基于后向軌跡的污染源追蹤方法及其系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地設(shè)及一種基于后向軌跡的污染源追蹤方 法及其系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著大氣污染越來越嚴(yán)重，對(duì)污染源的分析也日趨重要。目前，計(jì)算污染物后向 軌跡的模型有HYSPLIT，HYSPLIT-4模型是由美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA)的空氣資 源實(shí)驗(yàn)室和澳大利亞氣象局在過去20年間聯(lián)合研發(fā)的一種用于計(jì)算和分析大氣污染物輸 送、擴(kuò)散軌跡的專業(yè)模型，該模型具有處理多種氣象要素輸入場(chǎng)、多種物理過程和不同類型 污染物排放源功能的較為完整的輸送、擴(kuò)散和沉降模式，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于多種污染物 在各個(gè)地區(qū)的傳輸和擴(kuò)散的研究中。
[000引然而，上述HYSPLIT模型采用的天氣數(shù)據(jù)是mKM*mKM的數(shù)據(jù)，該個(gè)數(shù)據(jù)不能很 好的模擬局部氣流的運(yùn)行狀態(tài)，很有可能由于局部氣流的影響而改變污染物的輸送軌跡， 因此通過HYSPLIT模型計(jì)算污染物后向軌跡時(shí)的精度不夠；同時(shí)，HYSPLIT模型不能解決污 染源追蹤的問題，即不能準(zhǔn)確的定位污染源的地理位置，從而不能為解決日益嚴(yán)重的空氣 污染提供依據(jù)。
[0004] 因此，有必要提供一種基于后向軌跡的污染源追蹤方法及其系統(tǒng)來來解決污染源 追蹤的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于后向軌跡的污染源追蹤方法，W通過后向軌跡結(jié) 合污染源清單來確定污染源的地理位置，進(jìn)而為解決空氣污染提供依據(jù)。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于后向軌跡的污染源追蹤方法，包括：
[0007] S1 ;根據(jù)污染物的后向軌跡依次計(jì)算所述后向軌跡經(jīng)過的每一網(wǎng)格內(nèi)所述污染物 的輸送概率、距離權(quán)重W及時(shí)間權(quán)重；
[000引 S2 ;根據(jù)所述污染物的源清單計(jì)算所述網(wǎng)格內(nèi)所述污染物的排放強(qiáng)度；
[0009] S3;根據(jù)所述輸送概率、距離權(quán)重、時(shí)間權(quán)重W及排放強(qiáng)度計(jì)算所述網(wǎng)格內(nèi)所述污 染物的輸送強(qiáng)度，計(jì)算公式為：
[0010] T_l(i，_]?) =R_l(i，_]?)巧（i，_j)*W_d(i，j)
[0011] 其中，U(iJ)為網(wǎng)格（ij)內(nèi)所述污染物的輸送強(qiáng)度，R_l(iJ)為網(wǎng)格（ij) 內(nèi)所述污染物的輸送概率，E(i，j)為網(wǎng)格（i，j)內(nèi)所述污染物的排放強(qiáng)度，W_d(i，j)為網(wǎng) 格（ij)內(nèi)所述污染物的距離權(quán)重，為網(wǎng)格（ij)內(nèi)所述污染物的時(shí)間權(quán)重；
[0012] S4;根據(jù)各所述網(wǎng)格內(nèi)的所述輸送強(qiáng)度計(jì)算所述后向軌跡上所述污染物的總輸送 強(qiáng)度；
[0013] S5 ;取所述污染物在不同時(shí)刻的所述后向軌跡重復(fù)步驟S1至S4W得到多條所述 后向軌跡對(duì)應(yīng)的多個(gè)所述總輸送強(qiáng)度；W及
[0014]S6;取所述總輸送強(qiáng)度最大的前N個(gè)所述后向軌跡經(jīng)過的網(wǎng)格區(qū)域作為預(yù)測(cè)區(qū) 域，根據(jù)所述預(yù)測(cè)區(qū)域W及所述源清單確定污染源的地理位置，其中N為正整數(shù)。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于后向軌跡的污染源追蹤方法通過后向軌跡計(jì)算污染 物在每一網(wǎng)格內(nèi)的輸送概率、距離權(quán)重W及時(shí)間權(quán)重，并通過源清單計(jì)算相應(yīng)網(wǎng)格內(nèi)污染 物的排放強(qiáng)度，最后計(jì)算得到每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)污染物的輸送強(qiáng)度，進(jìn)而得到后向軌跡上污染物 的總輸送強(qiáng)度，然后通過計(jì)算多條后向軌跡的總輸送強(qiáng)度W及將總輸送強(qiáng)度最大的N個(gè)后 向軌跡經(jīng)過的網(wǎng)格區(qū)域作為預(yù)測(cè)區(qū)域，再將預(yù)測(cè)區(qū)域結(jié)合源清單確定污染源的地理位置， 實(shí)現(xiàn)了污染源的定位追蹤，且結(jié)果較為精確，為解決空氣污染問題提供了重要依據(jù)。
[0016] 較佳地，步驟S5具體為；
[0017] 取1個(gè)月內(nèi)的720條所述后向軌跡重復(fù)步驟S1至S4W得到所述后向軌跡對(duì)應(yīng)的 720個(gè)所述總輸送強(qiáng)度，其中1個(gè)月內(nèi)每隔1小時(shí)為所述污染物繪制一條所述后向軌跡。
[0018] 較佳地，根據(jù)污染物的后向軌跡計(jì)算所述網(wǎng)格內(nèi)所述污染物的輸送概率具體為：
[0019]R_(i, _]?) =T_1 (i, _j)/n
[0020] 其中為所述后向軌跡在所述網(wǎng)格（ij)內(nèi)的停留時(shí)間，n為所述后向 軌跡的運(yùn)行總時(shí)間。
[0021] 較佳地，所述停留時(shí)間W所述后向軌跡在所述網(wǎng)格（i，j)內(nèi)的軌跡點(diǎn)個(gè)數(shù)表示， 所述運(yùn)行總時(shí)間W所述后向軌跡上的所有軌跡點(diǎn)個(gè)數(shù)表示。
[0022] 較佳地，根據(jù)污染物的后向軌跡計(jì)算所述網(wǎng)格內(nèi)所述污染物的距離權(quán)重具體為：
[002引 W_d(iJ) = l/(d(i，j)/5+l)
[0024] 其中d(i，j)為所述網(wǎng)格（i，j)與所述后向軌跡上所述污染物的目的地之間的距 離。
[0025] 較佳地，根據(jù)污染物的后向軌跡計(jì)算所述網(wǎng)格內(nèi)所述污染物的時(shí)間權(quán)重具體為：
[0026] W_tl (i，_]?) = 1/ ((t_l (i，j)) /18+1)
[0027] 其中t_l (i，j)為所述污染物由所述網(wǎng)格（i，j)移動(dòng)至所述后向軌跡上所述污染 物的目的地所需的時(shí)間。
[002引較佳地，根據(jù)所述污染物的源清單計(jì)算所述網(wǎng)格內(nèi)所述污染物的排放強(qiáng)度具體 為：
[0029] 從所述源清單中讀取所述網(wǎng)格W及3個(gè)相鄰網(wǎng)格內(nèi)所述污染物在不同高度層處 的排放強(qiáng)度；
[0030] 依次計(jì)算每一所述網(wǎng)格內(nèi)所述污染物的總排放強(qiáng)度，所述總排放強(qiáng)度為各個(gè)高度 層相應(yīng)的所述排放強(qiáng)度的總和；
[0031] 將所述網(wǎng)格W及相鄰網(wǎng)格的所述總排放強(qiáng)度取平均值W作為所述網(wǎng)格內(nèi)所述污 染物的排放強(qiáng)度。
[0032] 較佳地，所述后向軌跡的計(jì)算方法包括：
[0033] (1)從MM5模式生成的NetCDF文件中獲取所述污染物在初始點(diǎn)的初始速度；
[0034] (2)根據(jù)所述初始點(diǎn)的位置坐標(biāo)和所述初始速度計(jì)算預(yù)測(cè)點(diǎn)的位置坐標(biāo)，計(jì)算公 式為；P'（t+At) =P(t)+V(P，t)*At;
[0035](3)根據(jù)所述初始點(diǎn)和所述預(yù)測(cè)點(diǎn)的位置坐標(biāo)對(duì)所述預(yù)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行修正，修正公式 為；P(t+At) =P(t) +0. 5[V(P，t)+V(P'，t+At) ] *At;
[0036] (4)將所述修正點(diǎn)作為所述初始點(diǎn)重復(fù)步驟（1)至步驟（3)W獲取所述所述污染 物的多個(gè)位置坐標(biāo)進(jìn)而得到所述所述污染物的所述后向軌跡；
[0037] 其中，P'（t+At)為所述預(yù)測(cè)點(diǎn)的位置坐標(biāo)，P(t)為所述初始點(diǎn)的位置坐標(biāo)，V(P， t)為所述初始速度，At為所述預(yù)測(cè)點(diǎn)與所述初始點(diǎn)的時(shí)間差，P(t+At)為對(duì)所述預(yù)測(cè)點(diǎn) 進(jìn)行修正后得到的修正點(diǎn)的位置坐標(biāo)，V(P'，t+At)為所述所述污染物在所述預(yù)測(cè)點(diǎn)的運(yùn) 行速度。
[003引相應(yīng)的，本發(fā)明還提供了一種基于后向軌跡的污染源追蹤系統(tǒng)，包括：
[0039] 第一參數(shù)計(jì)算模塊，用于根據(jù)污染物的后向軌跡依次計(jì)算所述后向軌跡經(jīng)過的每 一網(wǎng)格內(nèi)所述污染物的輸送概率、距離權(quán)重W及時(shí)間權(quán)重；
[0040] 第二參數(shù)計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述污染物的源清單計(jì)算所述網(wǎng)格內(nèi)所述污染物的 排放強(qiáng)度；
[0041] 輸送強(qiáng)度計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述輸送概率、距離權(quán)重、時(shí)間權(quán)重W及排放強(qiáng)度計(jì) 算所述網(wǎng)格內(nèi)所述污染物的輸送強(qiáng)度，計(jì)算公式為：
[0042] T-1 (i，_]?) =R-1 (i，_]?)巧（i，_]?) *W_d(i，_]?) *W_tl(i，j)
[00創(chuàng)其中，T_l(i，如為網(wǎng)格（i，如內(nèi)所述污染物的輸送強(qiáng)度，R_l(i，如為網(wǎng)格（i，如 內(nèi)所述污染物的輸送概率，E(i，j)為網(wǎng)格（i，j)內(nèi)所述污染物的排放強(qiáng)度，W_d(i，j)為網(wǎng) 格（ij)內(nèi)所述污染物的距離權(quán)重，為網(wǎng)格（ij)內(nèi)所述污染物的時(shí)間權(quán)重；
[0044] 總輸送強(qiáng)度計(jì)算模塊，用于根據(jù)各所述網(wǎng)格內(nèi)的所述輸送強(qiáng)度計(jì)算所述后向軌跡 上所述污染物的總輸送強(qiáng)度；
[0045] 預(yù)測(cè)區(qū)域獲取模塊，用于將所述污染物在不同時(shí)刻的多個(gè)所述后向軌