环安CalpuffSystem介绍

环安区域大气CALPUFFSYSTEM 是根据新版大气导则推荐的EPA的CALPUFF程序开发的界面化软件。程序以CALPUFF为核心，提供一个良好的用户界面，以提高用户预测的方便性。同时，软件提供了功能较强的数据分析和图形处理功能。软件将EPA的CALMET、CALPUFF、CALPOST、数据预处理程序及建筑物下洗模型（BPIPRIME）有机的结合在一起，对其主要功能进行了封装，并根据国内环评特点进行了外部的扩展。因此，本软件绝不仅仅是一款CALPUFF的界面化软件，而是一款基于CALPUFF核心的新一代大气预测软件。与国内外同类软件比较，本软件更适合环评的需要。

“方便、快捷、功能强大”是开发这款软件的理念，也正是这款软件的特点：

• 具有气象数据管理功能，可以导入多种格式的地面和探空气象数据。
• 具有地面气象数据统计分析功能，可以满足《环境影响评价技术导则 大气环境》要求的风向、风速、温度要求，可以绘制风向频率和风速风玫瑰图。
• 可以绘制探空气象数据的风速、温度和湿度廓线分析图。
• 支持导入位图、CAD、SHP文件作为背景图。
• 支持通过经纬度和投影坐标设定预测网格
• 支持导入GOOGLE标注路线图和卫星图
• 污染源支持点源、面源、线源、体源，并支持通过鼠标绘制。
• 支持通过鼠标绘制建筑物，可以处理建筑物下洗。
• 污染物扩散可以考虑复杂地形，支持自动导入地形数据，表现复杂地形数据。
• 土地利用数据支持MODIS卫星数据，可以导入最近的卫星数据
• 具有污染物化学转化模块，可以预测由于硫氧化物、氮氧化物、VOCs在空气中发生化学反应生成的硫酸盐、硝酸盐。
• 具有污染物浓度分析功能，可以分析污染物浓度的各点高值、所有点最大值、逐步值和超标率。
• 支持多污染物的叠加处理。
• 具有能见度分析模块，可以计算硫酸盐、硝酸盐等污染物的消光系数来计算能见度。
• 软件并行版本包含并行计算模块，CALPUFF预测支持并行计算，可支持128进程计算。

另外，为了配合软件的使用，我们还提供以下服务。

• 1、免费为用户提供在线或电话咨询服务。
• 2、为用户提供CALMET用近5年的MM5/WRF模拟探空数据(收费)。

软件模块构成

1 .网格和离散点模块
CALPUFF是一个真正意义上的网格模型，可以将地形数据、土地利用数据、气象场数据、浓度和沉降数据网格化，即每个网格可以拥有以上的数据值，这决定了CALPUFF模型的网格是整个模型运行的基础。软件网格模块支持用户通过经纬度或者投影坐标的方式定义网格起点，并支持经纬度与UTM/兰伯特投影系统相互转化。软件提供了离散点矩阵功能，可用此加密网格点。

2 .背景图模块
软件支持位图导入，提供两点坐标法和两点距离法为位图建立坐标系。提供google地图下载工具，可以直接下载google在线地图到软件中。支持GIS图层和CAD图形导入到软件，导入的GIS/CAD图形的点线面可以转化为软件中的模型对象。

3 .地理数据管理模块
CALPUFF所需求的三大类地理数据，软件均提供了数据管理工具，软件销售时配套提供了数据光盘，用户地形数据、土地利用数据和海岸线数据按规则放置到对应目录下，在使用时即可通过简单设定的方式来获取数据。
地形数据：CALPUFF所需的网格点海拔高度，从地形数据中提取。软件提供的是SRTM3 90m分辨率地形数据。
土地利用数据：CALPUFF程序从土地利用数据中提取所需的地表粗糙度、反照率、波恩比、土壤热通量参数、植被叶面积指数等信息。CALPUFF原始土地利用数据为GLCC数据集，其分辨率约为1Km，数据较为陈旧与现状符合性较差。软件另有提供MODIS卫星数据，分辨率约为500m，可随时间更新而更新，现提供的数据为2013年制作的。海岸线数据：在海洋或者大湖周围地形数据会有噪声产生,海岸线数据用来计算陆海边界，解决粗分辨率海陆边界的无效和噪声数据。

4 .地面气象数据模块
CALMET需求的地面气象要素，为逐时的气象数据，包含的气象要素为风速、风向、气温、云量、云层高度、测站气压、相对湿度以及降水类型码（可选，应用于湿沉降模式）。地面气象数据处理工具管理多个地面站的地面数据，可以导入多种格式的小时地面气象观测数据。运行时将数据处理成统一的格式交由地面气象数据合并程序，最终建立一个CALMET可用的格式化的气象数据文件SURF.DAT。地面气象数据支持以下四种格式：

•  AERMET标准地面气象数据文件（OQA）
•  国内地面标准气象数据A文件
•  国外地面标准气象数据CD-144格式
•  国外地面标准气象数据HUSWO数据格式

除此之外，用户可以在地面气象数据窗口与EXCEL表进行交互。SURF.DAT格式请参考附录D。

地面气象数据管理工具可以统计分析地面气象数据的风向、风速、温度并可以绘制对应曲线图和风玫瑰图。

5 .探空气象数据模块
CALMET需求的探空气象要素，为每日两次的气象数据（GMT00时和GMT12时），包含的气象要素为风速、风向、气温、露点温度、气压和高程。
探空气象数据管理工具管理多个探空站的气象数据，可以导入多种格式的气象数据，并可在线下载探空数据并转换格式。运行时，将数据处理成统一的格式交由探空气象数据处理程序，最终转换为CALMET可识别的格式。
探空气象数据支持以下四种格式：

•  AERMET标准探空气象数据文件（OQA）
•  环境评估中心探空数据格式
•  国外探空数据格式TD6201
•  国外探空数据格式FSL

6. 降雨数据模块
降雨气象数据处理程序可以从多种格式的小时地面气象观测数据读取降雨数据，并建立一个CALMET可用的格式化的降雨数据数据文件PRECIP.DAT。j降雨气象数据包括以下四种格式：

• AERMET标准地面气象数据文件（OQA）
• 国内地面标准气象数据A文件
• 国外地面标准气象数据CD-144格式
• HUSWO数据格式（ALL）

7. 复杂风场模块
CALMET风场模块为一个包含空间变化因子的气象场、静风、熏烟、环流和地形、海岸效应的三维网格边界层气象学模型。可以模拟山谷风、海陆风、城市热岛环流等局地环流的风场。软件为CALMET模块提供了大量的默认参数，用户仅需修改少量的参数就可以运行风场模型。
8 烟团模块
CALPUFF烟团模型为非定常三维拉格朗日烟团输送模式。支持处理长距离传输影响、污染物去除（干沉降和湿沉降）、化学转换等复杂传输过程，可用于大范围和复杂场景下的污染物扩散模拟。
软件将化学模式与污染物相连接，实现了污染物自动选择。污染物子模块中为污染物提供了环境质量区标准限值，并可以实现预测区域内多个环境功能区分区域给点标准限值。为污染物提供了默认的干湿沉降参数，省却了用户自己设定的麻烦。

•  MESOPUFF II方案
  •  硫氧化物转变为硫酸盐氮氧化物转变为硝酸盐
•  RIVAD/ARM3方案
  •  NO与NO2相互转换过程
  •  NO2向NO3转换过程
  •  SO2向SO4转换过程
  •  气态HNO3与硝酸铵气溶胶之间的平衡
•  二次有机气溶胶SOA方案
  •  天然源VOC和人为源VOC

9 CALMET气象结果分析模块
软件可以给出逐时的温度、地面摩擦速度、混合层高度、对流速度尺度、降雨量、近地面温度、相对湿度的数据和等值线分布。

10. 污染物分析评价模块
软件为了表现与环评大气导则一致的预测结果，重新构造了后处理，使功能更为丰富。

• 支持多预测情景，并支持多预测情景叠加/削减等四则运算，方便用户做削减
• 增加复合污染物，方便处理PM2.5, 总PM2.5=一次PM2.5+1.375硫酸盐+1.28硝酸盐
• 与背景值逐时逐日叠加处理
• 支持处理浓度、干湿沉降值
• 各点最大值：根据用户设置的前n个高值输出关心点的前n个小时浓度和日平均浓度及网格点的最大浓度。在这里提供了高值出现的日期、浓度贡献值、背景监测值、预测值、浓度标准值和预测值的占标率。
• 保证率，根据保证率数值计算保证率
• 超标分析：根据用户的输入，提供关心点和网格点在预测期间的超标率和最大持续超标时间(如果出现超标)。
• 逐步值：提供预测的时间段内逐日和逐小时的浓度值及等值线分布图。

11. 并行计算模块
软件实现了CALPUFF模型并行计算，并行版在MPICH环境的支持下可以多进程计算，大幅度提升了计算速度。