本發(fā)明屬于生態(tài)環(huán)境保護、城市設(shè)計、國土空間規(guī)劃，特別是涉及一種近地表小尺度空間臭氧污染氣象判定方法。

背景技術(shù)：

1、近年來我國臭氧(以下簡稱o3)背景濃度以每年約2–3μg/m3的速度增加，對流層近地面o3濃度過高時，會對人體健康和生態(tài)系統(tǒng)造成影響。高濃度o3暴露會對人體呼吸道、心血管和免疫系統(tǒng)等造成影響。o3污染生成原因除了前體污染物的排放，近地表溫度、太陽短波輻射、濕度和風(fēng)環(huán)境等氣象條件也是重要影響因素之一。

2、城市設(shè)計、國土空間規(guī)劃需要考慮生態(tài)環(huán)境保護與經(jīng)濟、社會發(fā)展的協(xié)調(diào)關(guān)系，如何將生態(tài)環(huán)境的價值融入到規(guī)劃和設(shè)計的整體思路中，以確保發(fā)展、生態(tài)環(huán)境和人體健康的共贏，是未來城市發(fā)展的主要方向。以建設(shè)用地為主的近地表空間，人體呼吸帶附近的o3污染氣象條件的判定方法可結(jié)合城市空間新城建設(shè)與舊城改造工作得以實施，從改善污染物擴散、減弱污染物生成的角度，優(yōu)化空間微氣候條件?，F(xiàn)行規(guī)劃與城市設(shè)計的生態(tài)環(huán)境價值融入方法主要為環(huán)境影響評價、“三線一單”空間管控。存在以下局限性：

3、其一，由于生態(tài)環(huán)境專業(yè)性較強，資料收集難度大，需另行委托專業(yè)機構(gòu)進行分析，耗費的人力成本、經(jīng)濟成本和時間成本均較高，且環(huán)評的技術(shù)要求尚未明確將近地表o3污染影響納入分析內(nèi)容，造成規(guī)劃與城市建設(shè)項目階段易忽略這一環(huán)境問題；

4、其二，涉及規(guī)劃、城市建設(shè)、氣象和生態(tài)環(huán)境等多個專業(yè)的工作體系，各自主管部門側(cè)重點不同，容易出現(xiàn)信息差；

5、其三，由于近地表空間微氣候環(huán)境較復(fù)雜，各個空間因建筑、地表、植被等要素的差異較大，空間微氣候情況各有不同，小尺度空間污染溯源也面臨較大難題。目前近地表空間o3污染生成的氣象條件研究成果不多，規(guī)劃師與設(shè)計師如何判定o3污染氣象條件與優(yōu)化空間微氣候，可依據(jù)的參考有限。

6、因此，迫切需要突破多個專業(yè)方法之間的局限性，抓取城市近地表小尺度空間o3污染生成的氣象主要因素，判定o3污染潛勢，并提出優(yōu)化空間微氣候的設(shè)計參考路徑，實現(xiàn)科學(xué)、高效的規(guī)劃與設(shè)計，并服務(wù)于空間精細管控。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在提供了一種近地表小尺度空間臭氧污染氣象判定方法，解決了現(xiàn)有的規(guī)劃、設(shè)計及建設(shè)項目融入生態(tài)環(huán)境保護理念，存在局限性的問題。

2、為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、提供了一種近地表小尺度空間臭氧污染氣象判定方法，其包括：

4、步驟1、獲取擬判定空間區(qū)域及其周邊區(qū)域的遙感影像，建立數(shù)字化判定空間；

5、步驟2、獲取擬判定空間區(qū)域周邊地面氣象站的氣象數(shù)據(jù)，選擇氣象數(shù)據(jù)中近地表o3污染易發(fā)季節(jié)的逐時數(shù)據(jù)，將逐時數(shù)據(jù)作為氣象因子；

6、步驟3、將數(shù)字化判定空間劃分為若干個空間單元網(wǎng)格；每個空間單元網(wǎng)格的具體尺寸可以自行設(shè)計，通常為2m×2m×2m，避免空間單元網(wǎng)格尺寸設(shè)計過大，否則會影響氣象模擬的精確性。

7、步驟4、將氣象因子帶入計算流體動力學(xué)模型，得出數(shù)字化判定空間內(nèi)的每個空間單元網(wǎng)格的近地表2m處的氣象因子；

8、步驟5、選取步驟4中氣象因子中造成o3污染生成的主要氣象因子，并計算各時段各主要氣象因子與典型o3污染生成氣象條件之間的偏離值，將偏離值加和得到o3污染生成氣象條件指數(shù)；

9、步驟6、篩選出數(shù)字化判定空間內(nèi)o3污染生成氣象條件指數(shù)數(shù)值大于預(yù)警數(shù)值的空間單元網(wǎng)格，并將篩選出的空間單元網(wǎng)格突出顯示為紅色并以可視化的方式輸出提示信息，提示篩選出空間單元網(wǎng)格對應(yīng)區(qū)域的氣象條件易生成o3污染；

10、步驟7、規(guī)劃及設(shè)計人員根據(jù)輸出提示信息，對擬判定空間區(qū)域進行調(diào)整空間布局，實現(xiàn)人機交互過程決策。

11、進一步地，在步驟1中，建立數(shù)字化判定空間的方法包括：

12、步驟1.1、獲取擬判定空間區(qū)域及其周邊區(qū)域分辨率高于1m的多光譜遙感影像，并進行實地校核、補充，從所在地的規(guī)劃或建設(shè)主管部門獲取空間矢量數(shù)據(jù)，錄入地理信息空間系統(tǒng)，建立空間數(shù)據(jù)庫；

13、步驟1.2、結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查，在空間數(shù)據(jù)庫中補充完善擬判定空間建筑物、植物、道路和地表情況細節(jié)數(shù)據(jù)，建立所述數(shù)字化判定空間。

14、進一步地，在步驟2中，逐時數(shù)據(jù)包括近地表o3污染易發(fā)季節(jié)5月至9月中的風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、相對濕度、總云量、低云量氣壓、降水量、短波輻射和露點溫度。

15、進一步地，在步驟3中，將數(shù)字化判定空間劃分為若干個空間單元網(wǎng)格之前，確定數(shù)字化判定空間的大氣邊界層、入流邊界和上邊界；采用一維邊界模型計算數(shù)字化判定空間的大氣邊界層，再根據(jù)大氣邊界層確定數(shù)字化判定空間的入流邊界與上邊界。

16、進一步地，在步驟4中，計算流體動力學(xué)模型包括大氣風(fēng)場模型、大氣溫度場與濕度場模型和輻射模型；

17、所述大氣風(fēng)場模型采用navier-stokes方程計算每個空間單元網(wǎng)格中三維渦流空氣流動，navier-stokes方程的表達式為：

18、

19、其中，表示局地氣體污染物隨時間的變化項；代表平流項；代表湍流引起的污染物變化項；qx(x,y,z)表示源項；sx(x,y,z)表示匯項，代表污染物傳輸擴散過程中被吸收、轉(zhuǎn)化和沉積；

20、所述大氣溫度場與濕度場模型模擬每個空間單元網(wǎng)格中建筑物和其他表面之間的熱交換過程，大氣溫度場與濕度場模型的表達式為：

21、

22、

23、其中，θ為大氣位溫；q為大氣比濕，單位為g/kg；kh，kq為湍流顯熱和水汽交換系數(shù)；cp為大氣比熱容；ρ為大氣密度；riw為凈長波輻射能量；qh和qq為大氣與植物之間的熱量和水汽交換；

24、所述輻射模型模擬太陽短波輻射、地表長波輻射在每個空間單元網(wǎng)格中的吸收、反射和散射，輻射模型的表達式為：

25、σsw,＝ef*lai(z)

26、

27、

28、

29、其中，σsw,,σsw,,分別為植物對太陽直接輻射、太陽散射輻射、向上和向下的長波輻射的指數(shù)衰減系數(shù)；lai為葉面積指數(shù)，f為葉片朝向系數(shù)，e為自然對數(shù)的底數(shù)。

30、進一步地，在步驟5中，主要氣象因子為每個空間單元網(wǎng)格的近地表2m處的氣溫、風(fēng)速、短波輻射和相對濕度。

31、進一步地，在步驟5中，每個空間單元網(wǎng)格中各時段各主要氣象因子偏離值的計算公式為：

32、

33、

34、

35、

36、其中，ts為氣溫指數(shù)，ti為每個空間單元網(wǎng)格近地表2m處的氣溫；rhs為相對濕度指數(shù)，rhi為每個空間單元網(wǎng)格近地表2m處的風(fēng)速；wss為風(fēng)速指數(shù)，wsi為每個空間單元網(wǎng)格近地表2m處的風(fēng)速；sws為短波輻射指數(shù)，swi為每個空間單元網(wǎng)格近地表2m處的短波輻射；a和b分別為相對濕度與風(fēng)速的修正系數(shù)，取0.1和0.0667；

37、o3污染生成氣象條件指數(shù)的計算公式為：

38、opmci＝ts+rhs+wss+sws

39、其中，opmci為o3污染生成氣象條件指數(shù)。

40、進一步地，在步驟6中，預(yù)警數(shù)值為1.5。

41、進一步地，在步驟7中，規(guī)劃及設(shè)計人員根據(jù)輸出提示信息，分析規(guī)劃建筑高度、規(guī)模、占地面積、綠地率等各方面限制因素，再通過權(quán)衡規(guī)劃各方訴求利弊，判斷是否調(diào)整空間布局，優(yōu)化設(shè)計方案，并最終實現(xiàn)人機交互過程決策。

42、本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明中的一種近地表小尺度空間臭氧污染氣象判定方法，不同于現(xiàn)有的規(guī)劃、設(shè)計及建設(shè)項目融入生態(tài)環(huán)境保護理念的技術(shù)方法，通過數(shù)字化還原判定空間地表建筑物、植被等情況，結(jié)合臭氧污染易發(fā)季節(jié)的地面氣象站數(shù)據(jù)，采用cfd方法流體力學(xué)與熱力交換學(xué)，模擬近地表小尺度空間主要氣象因子；計算判定區(qū)域各空間單元的o3污染生成氣象條件指數(shù)(opmci)，篩選出opmci較大的單元網(wǎng)格，輸出可視化成果，提示易生成o3污染的區(qū)域；根據(jù)輸出提示信息，結(jié)合規(guī)劃建設(shè)限制因素，再通過權(quán)衡各方訴求利弊，判斷是否調(diào)整空間布局，優(yōu)化設(shè)計方案，并最終實現(xiàn)人機交互過程決策。能突破規(guī)劃、城市建設(shè)、氣象和生態(tài)環(huán)境等多個專業(yè)體系的信息差壁壘，把解決近地表o3污染問題提前至城市規(guī)劃設(shè)計階段，由規(guī)劃設(shè)計師綜合空間規(guī)劃各方面訴求，最終確定優(yōu)化方案，引入科學(xué)精細管控的生態(tài)理念。