WRF-CMAQ气象化学耦合模式的运用及分析

黑碳气溶胶是大气污染物的重要组成部分，参与大气物理、大气化学、大气光化学过程，对气候、环境及人体健康等方面产生影响。《WRF-CMAQ气象化学耦合模式的运用过程分析》基于WRF-CMAQ模型的运算结果，分析黑碳气溶胶的分布规律。首先介绍CMAQ模型、WRF模型，确定排放源清单的概况，然后介绍基于WRF-CMAQ气象化学耦合模型的参数设置，运行此模型得到武汉地区黑碳气溶胶的质量浓度，最后以武汉市一年期的黑碳气溶胶实测数据作为实例进行验证，确定耦合模型的精度。

目录
第1章 CMAQ模型简介 1
1.1 CMAQ模型的功能 1
1.1.1 CMAQ模型的应用方向 1
1.1.2 CMAQ模型应用实例 2
1.1.3 CMAQ功能概述 2
1.2 CMAQ系统安装 5
1.2.1 安装准备 5
1.2.2 安装文件 5
1.2.3 运行程序 6
1.3 CMAQ主要输入模块 7
1.3.1 气象化学交互模块MCIP 8
1.3.2 初始场和边界场条件模块ICON和BCON 8
1.3.3 光化学速率计算模块JPROC 9
1.3.4 化学机制编译模块CHEMMECH 10
1.3.5 过程分析模块PROCAN 10
1.4 CMAQ主程序 11
1.4.1 模型构建程序 12
1.4.2 边界条件程序 12
1.4.3 化学传输程序 14
1.4.4 初始条件程序 20
1.4.5 气象化学接口程序 22
第2章 WRF模型基本框架 24
2.1 WRF模型的整体框架介绍 24
2.2 WRF的预处理系统 25
2.2.1 预处理系统简介 25
2.2.2 WPS各程序的功能 26
2.2.3 WPS创建嵌套区域 27
2.2.4 用于方案的静态数据 29
2.2.5 WPS中并行 30
2.2.6 WPS处理程序 31
2.2.7 格式化气象要素场数据 33
2.2.8 生成并编辑变量名列表 33
2.2.9 GEOGRID二进制格式写静态数据 35
2.2.10 namelist变量的讲述 36
2.2.11 GEOGRID和METGRID中可行的插值方案 40
2.3 WRF-NMM初始化 42
2.4 WRF-NMM模型基本特性 43
2.4.1 物理参数化方案选项 44
2.4.2 变量列表说明 47
2.4.3 运行WRF 48
2.4.4 多区域的设计 49
第3章 排放源清单的建立与分析 52
3.1 建立排放源清单的步骤 52
3.2 建立排放源清单的工具 54
3.2.1 MeteoInfo软件 54
3.2.2 MEIC源清单 54
3.3 排放源清单的预处理过程 56
3.4 区域排放源清单制作流程 57
第4章 WRF-CMAQ气象化学耦合模型的构建 58
4.1 CMAQ的输入文件 58
4.2 CMAQ模型诊断输出文件和平流输出文件 68
4.2.1 CCTM基础输出文件 68
4.2.2 用于诊断CMAQ模型的输出辅助文件 69
4.2.3 定义网格层、结构域与化学过程 70
4.3 CMAQ模型主要文件体系 72
4.3.1 BCON编译及环境参数设置 73
4.3.2 Calmap文件配置和环境变量 75
4.3.3 CCTM文件配置和环境变量 76
4.3.4 CHEMMECH和CSV 2NML文件配置及环境变量 81
4.3.5 ICON文件配置和环境变量 83
4.3.6 JPROC文件配置和环境变量 85
4.3.7 LTNG_ 2D_DATA文件配置和环境变量 86
4.3.8 MCIP文件配置和环境变量 87
4.3.9 PARIO文件配置和环境变量 90
4.3.10 PROCAN文件配置和环境变量 90
4.3.11 STENEX文件配置和环境变量 91
第5章 多尺度空气质量模型WRF-CMAQ主要模块的配置及其环境变量设置——以武汉市区域模拟为例 92
5.1 排放源清单的构建 92
5.1.1 前处理 92
5.1.2 参数设置 92
5.1.3 运行程序 93
5.2 基于WRF-CMAQ气象化学耦合模型的大气污染物扩散运动的模拟 94
5.2.1 实施方案 94
5.2.2 模拟区域选择子系统 95
5.2.3 WRF气象模型参数化方案设计子系统 95
5.2.4 排放源制作及其处理子系统 95
5.2.5 CMAQ模型参数化方案子系统 96
5.2.6 编译和配置区域大气质量模型CMAQ 96
5.2.7 耦合中尺度大气模型WRF和区域大气质量模型CMAQ 97
5.3 MCIP模块的编译与运行 97
5.3.1 创建MCIP可执行文件 97
5.3.2 配置和执行MCIP运行脚本 100
5.4 BCON模块的编译与运行 102
5.4.1 使用模型构建器配置BCON脚本 102
5.4.2 创建BCON可执行文件 104
5.4.3 配置BCON运行脚本 104
5.5 ICON模块的编译与运行 106
5.5.1 配置ICON的运行脚本 107
5.5.2 运行ICON脚本 109
5.6 CCTM模块的编译与运行 110
5.6.1 使用模型编译器脚本 110
5.6.2 创建CCTM可执行文件 113
5.6.3 配置CCTM运行脚本(run script) 113
5.6.4 执行CCTM运行脚本(run script) 117
5.7 运行WPS 117
5.8 模拟结果与分析 121
第6章 武汉市城区黑碳浓度的模拟值与实测值的对比 139
6.1 实地监测条件 139
6.1.1 采样区 139
6.1.2 采样地点 140
6.1.3 采样仪器 141
6.1.4 采样数据的处理 141
6.2 实测值与模拟值的对比 141
6.3 模型验证 142
第7章 武汉市城区黑碳气溶胶质量浓度的分布规律 144
7.1 武汉市城区黑碳气溶胶质量浓度的垂向空间分布规律 144
7.1.1 垂向BC质量浓度的时间变化规律 144
7.1.2 水平方向BC质量浓度的空间变化规律 147
7.2 武汉市城区黑碳气溶胶质量浓度的横向空间分布规律 149
7.2.1 日均值空间分布特征 149
7.2.2 月均值空间分布特征 150
7.3 武汉市城区黑碳气溶胶质量浓度的时间分布规律 155
7.3.1 月变化特征 155
7.3.2 季节变化特征 156
7.4 武汉市城区黑碳气溶胶时空分布特征的原因分析 160
7.4.1 时间差异的原因分析 160
7.4.2 空间差异的原因分析 161
第8章 武汉市城区黑碳质量浓度的相关因素及轨迹分析 162
8.1 武汉市城区黑碳气溶胶浓度的气象因素分析 162
8.1.1 降水对黑碳气溶胶浓度的影响 162
8.1.2 温度对黑碳气溶胶的影响 163
8.1.3 风对黑碳气溶胶的影响 163
8.1.4 能见度对黑碳气溶胶的影响 164
8.1.5 多元线性回归分析 165
8.2 武汉市城区黑碳气溶胶和其他大气污染物的相互关系 166
8.3 武汉市城区典型黑碳污染事件的轨迹分析 168
8.3.1 三个高度层气团运动轨迹的季节差异分析 169
8.3.2 污染日三个高度层气团运动轨迹分析 172
参考文献 175