AERMOD模型中的浮力线源buoyant line
一、AERMOD模型中各类型源
1、《User’s Guide for the AMS/EPA Regulatory Model (AERMOD)2021》指出：
模型有能力处理多种类型的源，包括点源、体源、面源、开放源、浮力线源和非浮力线源。AERMOD将非浮力线源看作为区域面源、线源或者一系列体源。
2、《AERMOD Model Formulation and Evaluation》5.7节中指出了各种源特征化的参数，翻译如下：
AERMOD的使用者可以将一个源特征化为点、面、体、道路（roadway）或者浮力线源（buoyant line）。
从浮力线和点源(BLP)模型中来的浮力线源算法(Schulman和Scire, 1980)从AERMOD15181版开始被纳入到AERMOD。模型的输入包括独立线的排放速率和平均释放高度，以及平均建筑长度、平均建筑高度、平均建筑宽度、平均线源宽度、平均建筑间隔和平均浮力。
3、《User’s Guide for the AMS/EPA Regulatory Model (AERMOD)2021》浮力线源的单独说明：
从15181版本开始，在SO路径中增加了浮力线源类型。目前的实现是基于浮力线和点源(BLP)分散模型(Schulman和Scire, 1980)中的浮力线源算法，只有很少的修改和类似的限制。浮力线源由一条或多条线组成，假设多条线是平行的，尽管每条线可以有不同的长度、高度和基准高程。AERMOD将检查单个浮力线源中的线是否与第一条线平行，允许误差在5°以内，如果某条浮力线超出容忍范围，AERMOD将发出警告信息，但模型将继续模运行。浮力线源类型还要求用户为组成浮力线源的一组线输入长度、宽度、高度和分离距离的平均值。
二、浮力线源的基本输入：
| SO LOCATION Srcid Srctyp Xs1 Ys1 Xs2 Ys2 (Zs) | |
| 污染源ID | Srcid |
| 污染源类型 | Srctyp |
| 位置参数LOCATION | Xs1 Ys1 Xs2 Ys2 海拔高度(Zs) |
| SO SRCPARAM Srcid Blemis Relhgt | |
| 排放参数 | 排放速率Blemis、释放高度（离地）Relhgt |
浮力线源还要求用户输入代表整个浮力线源的平均值，而不是组成浮力线源的各个线的平均值。
从版本 21112 开始，用户可以指定多个浮力线源组，每个组由多个单独的浮力线组成。每个浮力线源组（以前称为浮力线源）要求用户使用 BLPINPUT 关键字输入代表该组的平均值。 通过使用 BLPGROUP 关键字（如下所述）通过 BLPGrpID 将每个单独的浮力线与浮力线组相关联，将平均参数应用于浮力线组。 如果仅对一个浮力线组进行建模，则 BLPGrpID 在 BLPINPUT 关键字上是可选的。 在对单个浮力线组进行建模时，允许 BLPGrpID 是可选的，可以让旧版控制文件与 AERMOD 一起运行。 这些作为 BLPIPUT 关键字的参数输入
| 语法Syntax: | SO BLPINPUT BLPGrpID Blavgblen Blavgbhgt Blavgbwid Blavglwid Blavgbsep Blavgfprm SO、关键字BLPINPUT、组IDBLPGrpID、平均建筑物长度Blavgblen、平均建筑物高度Blavgbhgt、平均建筑物宽度Blavgbwid、线源平均宽度Blavglwid、线源间平均距离Blavgbsep、平均浮力参数Blavgfprm（m4/s3） |
| 类型Type: | 强制Mandatory, 可重复Repeatable |
| Order: | BLPINPUT keywords must appear before the BLPGROUP keywords The order of the BLPINPUT records and their associated buoyant lines (as defined on theBLPGROUP keywords and linked through the BLPGrpIDs) must be in the same order asthe lines on the SO LOCATION record |
BLPGROUP 关键字将一条或多条单独的浮力线与浮力线组和相应的 BLPPINPUT 关键字相关联。要处理两个或多个浮力线源，此关键字是必需的；对于单个浮力线源建模，关键字是可选的，即，当省略时，所有单独的线都被视为单个浮力线源。
| 语法Syntax: |
SO BLPGROUP
BLPGrpID SrcID (or SrcRng) or SO BLPGROUP ALL |
| 类型Type: | 强制Mandatory, 可重复Repeatable |
| Order: | BLPINPUT keywords must appear before the BLPGROUP keywords |
三、点源烟羽抬升计算回顾
在《AERMOD Model Formulation and Evaluation》中5.6节给出了AERMOD模型计算烟羽抬升的计算说明，分别给出了在对流边界层CBL和稳定边界层SBL（注：AERMOD将行星边界层PBL根据热通量划分为CBL和SBL，这个计算需要云量）。计算公式。
在CBL中直接烟羽的抬升由动量和浮力共同影响，计算公式如下：
其中Fm为动力通量，Fb为浮力通量（m4/s3），x为受体距离污染源的距离，β1为常数等于0.6，μp为风速计算量。
简单解释为直接烟羽的抬升高度为烟羽的动力抬升和浮力抬升之和，浮力和动力通量越大，抬升高度越高；受体距离污染源中心越远，抬升高度越高；风速越大，抬升高度越低。
在SBL烟羽抬升的计算更为复杂，但是原理与CBL中类似。
四、浮力线源的烟羽抬升
浮力线源的输入参数中，源参数和建筑物参数都比较好理解，唯一有个平均浮力参数Blavgfprm（m4/s3）好像是第一次见，那么这个参数具体是干什么用的，在文档中并没有给出明确说明。
看起来这里的平均浮力参数Blavgfprm（m4/s3）就是这里的浮力通量，为了最终确定，需要在源代码中找到答案。首先发现一个新的源码文件bline.f，看说明为专门为浮力线源计算所用，里面就有计算抬升的函数，并没有在以往的烟羽抬升计算文件prise.f中。
bline.f给出了计算抬升的子函数SUBROUTINE BL_RISE(U,ISTAB,S)，用于中性（NEUTRAL (OR UNSTABLE)）和稳定条件下使用可选的垂向风剪切修正的有效风速计算线源抬升。
SUBROUTINE BL_RISE(U,ISTAB,S)
C*********************************************************
C BL_RISE Routine of the AMS/EPA Regulatory Model – AERMOD
C Calculates line source plume rise using an optional vertical wind
C shear corrected ‘effective’ wind speed for both neutral and
C stable conditions
C Input
C U = wind speed
C S = computed parameter for stable conditions
C ISTAB = P-G stability category
C Input via module.f
C LEFF = effective building length
C R0 = edge radius
C LD = LEFF * sin (theta), where theta = angle between flow
C vector and the orientation of the line source
C FPRMXNB = fprime * number of lines
C BL_XFB = distance to full buoyancy
C BL_XFS = distance to final rise for stable conditions
C XDIST = array of intermediate distances for downwash calcs
C
C Output
C DH = array of intermediate plume rise values
C
抬升计算为求解Z**3 + A*Z**2 + B*Z + C = 0方程，
A = 1.5915494D0 * LEFF + 5.0D0 * R0
B = R0 * (5.3051648D0 * LD + 8.333333D0 * R0)
C在不同稳定条件下和不同距离下计算公式不同，采用以下两个公式：
C = -0.4420971D0 * (FPRMXNB/BL_XFB) * (X/U)**3
C = -1.3262912D0 * FPRMXNB * (BL_XFB*BL_XFB/3.0D0 + X*X – BL_XFB*X)/U**3
该方程类似于CBL的抬升计算公式（见上述公式）。平均浮力参数Blavgfprm（m4/s3）主要用在有效风速U的计算中。
五、为什么要有浮力线源
剩下最后一个问题，AERMOD模型已经搞出了线源，还计划搞道路线源roadway line source，用来模拟移动源的近地表释放，那么为什么还要搞浮力线源，而且还把老掉牙的稳定度纳入其中，从这点来说倒是英雄所见略同，毕竟AFTOX和SLAB模型都需要稳定度，就是稳定度的计算上要想想办法，国内不测总云量/低云量了。
请参考《Buoyant Fugitive Sources Approach to Modeling》。
也可参考 浮力线和点源 （BLP） 色散模型用户指南。最终报告（技术报告）|OSTI.GOV
此处将这篇文章的大致含义摘要如下：
1、文章认为现在对点源的研究已经很成熟，但是对于an open top roof monitor, a slatted configuration, an open side walled cupola, or just a long hole in the roof研究很少，文章认为他们为上述装置设置了不少组合，但是准确性都不大行，因此认为为上述排放选择合适的排放是一门艺术而不是科学。上述东西大概是指屋顶上的排放，包括屋顶上的通风口、屋顶的风机等
2、当气体被加热或者释放到一个低温度的大气时，由于气体的密度低于环境空气时，气体会具有浮力。浮力气体释放带着烟羽上升到高于释放点可称为烟羽抬升。当烟羽顺着下风向到一定距离时，由于环境空气会夹带/混合到烟羽中，烟羽会变得中性并停止抬升。即使对于屋顶的排放，这一点也十分重要，原因是扩散模型在计算浓度时对抬升高度十分敏感，如果模型没有考虑这种抬升，那么模型的计算值可能会偏高。
3、现在的主要模型没有考虑到浮力抬升计算，EPA最终决定将该方法纳入到AERMOD模型中。
4、Scire 和 Schulman 1980 年的论文认为浮力源的抬升对于计算准确的地面浓度是重要的，EPA很早就认识到了这一点，并在处理点源和通风口时采用了Briggs的理论和方式来处理烟羽抬升。尽管已经认识到线源释放温度高于环境温度的烟羽是浮力烟羽，但直到引入BLP模型，建模人员才能解释这一点。。
5、文章认识到计算点源的抬升与计算常通风口的抬升存在很大的不同，点源假设环境空气进入到烟羽中，从而冷却烟羽使其变得中性从而丧失浮力，实际上是附近的空气来自高温度的烟羽，导致烟羽在很远的地方仍能保持浮力。
6、虽然面临了包括编程在内的很多挑战，EPA最终还是在AERMOD模型加入了BLP，但是组合性能并不是太好，希望得到改进，这个版本将在2016版的《空气质量模型指南》推广。
六、最后的补充，稳定度是如何计算的。
Calc1.f中有个子函数 SUBROUTINE LTOPG(LSTAB)用于稳定度计算，是采用莫宁-奥布霍夫长度MONIN-OBUKHOV LENGTH (L)和地表粗糙度SURFACE ROUGHNESS LENGTH (Z0)进行。大家不用担心输入低云量了，毕竟没用上。
Z0 = ZR0
IF(Z0 .GT. 0.5D0) Z0 = 0.5D0
IF(Z0 .LT. 0.01D0) Z0 = 0.01D0
IF(EL .LT. 0.0D0) THEN
XEL = -EL
IF(XEL .LE. XL(Z0,-70.0D0,4.35D0)) THEN
C STABILITY A
LSTAB=1
ELSE IF(XEL .LE. XL(Z0,-85.2D0,0.502D0)) THEN
C STABILITY B
LSTAB=2
ELSE IF(XEL .LE. XL(Z0,-245.0D0,0.050D0)) THEN
C STABILITY C
LSTAB=3
ELSE
C STABILITY D
LSTAB=4
ENDIF
ELSE
IF(EL .GE. XL(Z0,-327.0D0,0.627D0)) THEN
C STABILITY D
LSTAB=4
ELSE IF(EL .GE. XL(Z0,-70.0D0,0.295D0)) THEN
C STABILITY E
LSTAB=5
ELSE
C STABILITY F
LSTAB=6
ENDIF
ENDIF
