用于创建气流场数据库的系统和用于预测扩散物质的扩散状况的系统的制作方法

xiaoxiao2020-08-01  4

专利名称:用于创建气流场数据库的系统和用于预测扩散物质的扩散状况的系统的制作方法
技术领域
本发明涉及用于创建气流场数据库的系统和用于预测扩散物质的扩散状况的系统,所述系统被设计为能够以降低的计算负荷来获得准确的气流场数据库,并且能够准确、 迅速地预测扩散物质的扩散状况。
背景技术
扩散状况预测方法正在研发之中,如果在事故中放射性物质从处理该放射性物质的设施中释放到外部(进入大气中),扩散状况预测方法对放射性物质的扩散范围以及各个地点或位置处的放射性物质的浓度进行预测,以预测可能受到放射性物质危害的区域。该扩散状况预测方法不仅可以应用于预测放射性物质的扩散状况,还可以应用于计算各个地点气体的浓度,例如在气体(烟)从工厂的烟囱中排放出来扩散到大气中的情况下,或者可以应用于在环境评估的分析中分析扩散物质的扩散状况。在通过计算来预测排放到大气中的扩散物质的扩散状况时,首先获得气流场数据,然后基于气流场数据来获得扩散场数据。在例如核电站中针对事故的紧急控制系统中,有必要预测和评估在扩散源(核电站等)周围每个方向上数千米的区域上有害气体的扩散。在当前系统下,根据基于广域气象数据的数值仿真模型,使用数值流体分析(CFD 计算流体动力学),来计算稳态的气流场数据和/或非稳态的气流场数据。然后(或者同时地),使用CFD,根据稳态的气流场数据计算稳态的扩散数据,或者根据非稳态的气流场数据计算非稳态的扩散数据。CFD是指一种计算技术,用于在计算机中设定与真实的地理区域(地球表面上的区域)对应的计算区域,将该计算区域划分成网格,并在每个网格处相对于时间对变量(风速、温度等)的微分方程进行积分,从而分析气流场数据或扩散场数据。利用当前气体状况预测计算(用于获得气流场数据的计算),基于气象GPV(网格点值)数据和气象观测数据(例如AMEDAS数据),对用于分析大气现象的偏微分方程进行数值分析。这样,通过计算,获得在从事件(例如,放射性物质向外部排放)发生时刻到预定时间之后的时刻这一时间范围内,以一定时间增量,在各个时刻在多个评估点(各个网格点位置)处的风向和风速;简而言之,以一定时间间隔或一定时间增量,获得气流场数据。利用当前的扩散状况预测计算(用于获得扩散场数据的计算),将释放的扩散物质的浓度和性状以及上述气流场数据代入用于计算扩散物质(颗粒)的扩散状况的扩散方程中,从而获得以一定时间增量在各个网格点位置处的扩散物质的浓度(即,扩散场数据)。已经研发了多种形式的“用于计算扩散物质(颗粒)的扩散状况的扩散方程”。一个示例是由Colorado State University和ATMET,USA开发的HYPACT (混合颗粒和浓度传输模型)代码。然而,对于上述常规技术,花费了大量时间来计算气流场数据或扩散场数据。特别是扩散场数据的计算需要很长时间。在这些情况下,本发明的发明人已提出了能够在短时间内预测扩散状况的扩散状况预测系统(参见专利文献1)。对于所提出的扩散状况预测系统,预先准备气流场数据库,该气流场数据库显示了在包括扩散源所在的对象地点在内的地理区域中的气体状况。具体地,结合涉及到风向和大气稳定度的不同组合的多种情况,预先准备气流场数据库。当扩散物质从作为对象地点的扩散源排放到大气中时,从气流场数据库获取气流场数据,该气流场数据涉及的风向和大气稳定度与从在扩散物质排放时从气象条件获得的风向和大气稳定度相同。使用从气流场数据库获取的气流场数据,通过CFD来计算扩散状况,从而可以在短时间内快速预测排放物质的扩散状况。将参照图16说明专利文献1中描述的扩散状况预测系统,图16是系统配置图。如图16所示,存储单元10存储有预先获得的气流场数据库DBl。该气流场数据库 DBl包括与覆盖了大气稳定度和风向的不同组合的112种情况对应的气流场数据(d-Al到 d-G16),例如参见图17所示。每个气流场数据(例如,d-Al)是在特定风向和特定大气稳定度的组合中、具有风向、风速、气温、湿度、降水量、气压等作为数据元素的数据(例如,风向是1,大气稳定度是 A)。气流场数据计算单元11从气象数据输入单元12接收在对象日期和时间处的气象数据α,作为输入。对象日期和时间是指扩散物质(例如,放射性物质)从扩散源(例如, 核电站)排放到大气中的日期和时间。气象数据α具有16种风向、风速、气温、湿度、降水量、气压等中的任何元素作为数据元素。气流场数据计算单元11顺序地执行以下计算(1)根据输入的气象数据α的数据元素(具体地,风速和气温),计算气象数据α 的大气稳定度。(2)然后,从气流场数据库DB 1中提取包括了与气象数据α的“风向和大气稳定度”尽可能接近的“风向和大气稳定度”的多个气流场数据。对所提取的多个气流场数据进行插值,以通过计算获得“风向和大气稳定度”与气象数据α的“风向和大气稳定度”相同的新的气流场数据。将新的气流场数据作为气流场数据dt馈送至扩散场数据计算单元13。扩散场数据计算单元13将气流场数据dt代入用于计算扩散物质(颗粒)的扩散状况的扩散方程中,以获得扩散场数据。该扩散场数据显示了扩散物质的扩展状况(扩散区域,扩散浓度),可以从扩散场数据中预测扩散状况。已经开发了多种类型的“用于计算扩散物质(颗粒)的扩散状况的扩散方程”。例如,使用由Colorado State University和ATMET,USA开发的HYPACT (混合颗粒和浓度传输模型)代码。根据该示例,当要获得气流场数据dt时,不执行CFD计算,而是从已经准备好用于使用的气流场数据库DBl中提取对象日期和时间处与气象数据α的“风向和大气稳定度” 尽可能接近的“风向和大气稳定度”的气流场数据。对所提取的多个气流场数据进行插值。由此该过程单独而言是足够的,所以可以在短时间内获得气流场数据dt,从而可以在短时间内获得扩散场数据。现有技术文献专利文献专利文献1 JP-A-2005-283202专利文献2 日本专利No. 371265
发明内容
本发明要解决的技术问题理论上,可以创建如图17所示的气流场数据库DBl。然而,常规上还不存在能够以降低的计算负荷创建气流场数据库并以高精度创建气流场数据库的具体技术。鉴于上述常规技术,提出了本发明。本发明的目的是提供一种气流场数据库创建系统,其能够简单地、以降低的计算负荷来创建高精度的气流场数据库,该气流场数据库包括与覆盖了风向和大气稳定度的不同组合的各个情况对应的气流场数据。本发明的另一目的是提供一种针对扩散物质的扩散状况预测系统,其能够使用由上述气流场数据库创建系统创建的气流场数据库,准确、快速地预测扩散状况。解决技术问题的手段用于解决上述技术问题的本发明的构成是一种气流场数据库创建系统,包括长期广域气流场数据计算单元,在其中设定有与包括扩散源所在的对象地点在内的具有预设范围的地理区域相对应的计算区域,并且还设定有计算模型,该计算模型通过计算用于分析大气现象的方程来获得气象数据,所述长期广域气流场数据计算单元将作为全球规模长期广域实际气象数据的全球气象再分析数据的气象数据,设定为所述计算区域的进入边界条件,并通过所述计算模型执行计算,以在预定的一定时期期间以预定的一定时间间隔,获得气流场数据,所述气流场数据包括在所述计算区域中设定的多个网格点的位置处的气象数据;大气稳定度计算/添加单元,其预先选择所述多个网格点之一作为代表网格点, 并将大气稳定度添加至由长期广域气流场数据计算单元获得的相应气流场数据,大气稳定度是根据相应气流场数据的代表网格点的位置处的气象数据来计算的;基于风向/基于大气稳定度的分类单元,其基于相应气流场数据的代表网格点处的风向和大气稳定度,将相应气流场数据分类到多种情况,该多种情况覆盖了风向和大气稳定度的不同组合;以及基于风向/基于大气稳定度的气流场数据库创建单元,其针对气流场数据被分类到的每一种情况,在时间上连续存在气流场数据的时间区间中选择气流场数据之一作为代表气流场数据,并且将所选的代表气流场数据与该情况关联,作为该情况的气流场数据,以创建气流场数据库。本发明的另一构成是上述气流场数据库创建系统,其中,在针对每一种情况在时间上连续存在气流场数据的时间区间中选择气流场数据之一作为代表气流场数据时,基于风向/基于大气稳定度的气流场数据库创建单元
针对每一种情况,判断其中气流场数据在时间上连续存在的时间区间,选择所述时间区间中的最长时间区间,如果存在多个最长时间区间,则选择时间上在前的时间区间,以及选择在所选的最长时间区间的中点时刻处的气流场数据,或者如果在中点时刻没有气流场数据,则选择紧接在中点时刻之前的时刻处的气流场数据,作为代表气流场数据。本发明的另一构成是一种气流场数据库创建系统,包括计算条件输入单元,在其中设定有按照大气稳定度分类的气温垂直分布以及按照大气稳定度分类的风速垂直分布,并且设定有计算条件,所述计算条件包括根据大气稳定度和风向数据的气温垂直分布和风速垂直分布的组合;稳定气流计算单元,在其中设定有与包括扩散源所在的对象地点在内的具有预设范围的地理区域相对应的计算区域,并且还设定有计算模型,该计算模型通过计算用于分析大气现象的方程来获得气象数据,所述稳定气流计算单元将从所述计算条件输入单元输入的计算条件设定为所述计算区域的进入边界条件,其中所述计算条件包括根据大气稳定度和风向数据的气温垂直分布和风速垂直分布的组合,并且所述稳定气流计算单元通过所述计算模型执行计算,以在预定的一定时期期间以预定的一定时间间隔,获得气流场数据, 所述气流场数据包括在所述计算区域中设定的多个网格点的位置处的气象数据;以及基于风向/基于大气稳定度的气流场数据库创建单元,其将所述稳定气流计算单元获得的多个气流场数据与覆盖了风向和大气稳定度的不同组合的情况相关联,以创建基于风向/基于大气稳定度的气流场数据库。本发明的再一构成是一种针对扩散物质的扩散状况预测系统,包括存储单元,其存储有包括针对多种情况的气流场数据的气流场数据库,所述多种情况覆盖了将扩散物质排放到大气中的扩散源所在的对象地点处的风向和大气稳定度的不同组合;气象数据输入单元,其输入对象日期和时间处的气象数据;气流场数据计算单元,其基于从气象数据输入单元输入的所述对象日期和时间处的气象数据来获得风向和大气稳定度,从存储单元中获得风向和大气稳定度与所述对象日期和时间处的气象数据的风向和大气稳定度尽可能接近的多个气流场数据,对所述多个气流场数据进行插值计算,以获得风向和大气稳定度与所述对象日期和时间处的气象数据的风向和大气稳定度等同的气流场数据,并馈送该气流场数据;以及扩散场数据计算单元,其将从气流场数据计算单元馈送的气流场数据代入用于计算扩散物质的扩散状况的扩散方程,以获得扩散物质的扩散场数据;以及其中,存储单元中存储的气流场数据库是已通过前述气流场数据库创建系统创建的。本发明的技术效果根据本发明的气流场数据库创建系统,将全球气象再分析数据设定为针对计算区域的进入边界条件,并且通过计算模型获得计算区域中的气流场数据。然后,针对各个气流场数据获得代表大气稳定度和代表气流场数据,并且将代表气流场数据分配给覆盖了不同风向和大气稳定度的多种情况。通过该过程,可以简单地创建气流场数据库。因此,能够准确地创建扩散源所在的对象地点处的气流场数据库,但降低了计算负荷。
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此外,根据本发明的气流场数据库创建系统,将针对多个方向,包括根据大气稳定度和风向的气温垂直分布数据和风速垂直分布数据的组合的计算条件设定为针对计算区域的四边的进入边界条件,并通过计算模型获得计算区域中各个网格点处的气流场数据, 从而可以容易地创建基于风向/基于大气稳定度的气流场数据库。此外,根据本发明的针对扩散物质的扩散状况预测系统,当要获得气流场数据时, 不执行CFD计算,而是从准备好用于使用的气流场数据库中提取涉及与所述对象日期和时间处的气象数据的“风向和大气稳定度”尽可能接近的“风向和大气稳定度”的气流场数据。 将提取的气流场数据进行插值。由于由此该过程单独而言是足够的,所以可以在短时间内获得气流场数据,从而可以在短时间内获得扩散场数据。


图1是示出了根据本发明实施例1的气流场数据库创建系统的系统配置图。图2是示出了计算区域的说明图。图3是示出了通过计算获得的气流场数据的说明图。图4是示出了添加有稳定度的气流场数据的说明图。图5是示出了基于风向/基于大气稳定度的气流场数据的发生状况的特征视图。图6是示出了用于选择代表气流场数据的技术的说明图。图7是示出了用于选择代表气流场数据的技术的说明图。图8是示出了用于选择代表气流场数据的技术的说明图。图9是示出了基于风向/基于大气稳定度的气流场数据库的特征视图。图10是示出了本发明的实施例1和2的变体的说明图。图11是示出了根据本发明实施例2的气流场数据库创建系统的系统配置图.图12是示出了基于大气稳定度的气温垂直分布的特征视图。图13是示出了基于大气稳定度的风速垂直分布的特征视图。图14是示出了基于风向/基于大气稳定度的气流场数据库的特征视图。图15是根据本发明实施例3的针对扩散物质的扩散状况预测系统的系统配置图。图16是示出了常规扩散状况预测系统的系统配置图。图17是示出了常规气流场数据库的说明图。
具体实施例方式基于本发明实施例详细描述本发明的具体实施方式
。实施例1<气流场数据库创建系统>首先描述气流场数据库创建系统的第一示例。如图1所示,第一气流场数据库创建系统100包括长期广域气流场数据计算单元 101、大气稳定度计算/添加单元102、基于风向/基于大气稳定度的分类单元103、以及基于风向/基于大气稳定度的气流场数据库创建单元104。气流场数据库创建系统100基于从全球气象再分析数据库50中获得的全球气象再分析数据G,创建基于风向/基于大气稳定度的气流场数据库。
全球气象再分析数据库50拥有作为全球规模上的长期广域实际气象数据的全球气象再分析数据,并且具有例如过去50到100年的每小时的气象数据,该数据的栅格间距 (网格间距)是200Km。来自全球气象再分析数据库50的全球气象再分析数据G的具体示例是主要由 NCEP(环境预测国家中心)提供的再分析数据、由ECMWF(中度范围气象预报欧洲中心)提供的再分析数据ERA-40、以及气象GPV(网格点值)数据。在气流场数据库创建系统100的长期广域气流场数据计算单元101中设定与包括扩散源(例如,核电站)所在的对象地点在内的地理区域相对应的计算区域R(参见图2)。 在该计算区域R中,一个边的长度例如对应于lOOOKm,该计算区域R被划分成网格图案(例如,划分成40X40个空间)。此外,在长期广域气流场数据计算单元101中设定偏微分方程的计算模型来获得气象数据,从而通过仿真计算来获得计算区域R的各个网格点G1X41 = 1681个位置)处的气象数据,所述计算模型例如是RAMS (区域大气建模系统)或WRF (气象研究与预报模型系统),用于通过对用于分析大气现象的偏微分方程的微分分析计算。长期广域气流场数据计算单元101将来自全球气象再分析数据库50的全球气象再分析数据G的气象数据设定为针对计算区域R的四边的进入边界条件,并且使用例如 RAMS等计算模型来执行计算,以获得例如包括去年各个网格点处的每小时气象数据在内的气流场数据。图3示出了由长期广域气流场数据计算单元101计算的气流场数据G。例如,气流场数据d01.01.01代表在1月1日1:00点,各个网格点(41X41 = 1681个位置)处的气象数据。气流场数据d01.01.01代表在1月1日2:00点,各个网格点处(41X41 = 1681 个位置)处的气象数据。这样,计算范围从1月1日1:00点的气流场数据dOl. 01. 01到12月31 H 24:00 点的气流场数据dl2. 31. 24的气流场数据d,即,8760( 小时X365天)个气流场数据d。大气稳定度计算/添加单元102如下计算这8760个气流场数据d的大气稳定度各个气流场数据d代表了计算区域R中所述多个网格点(41X41 = 1681个位置) 处的气象数据;在这种情况下,要获得所述多个网格点(1681个位置)处的所有稳定度是很复杂的。因此,在该实施例中,预先选择所述多个网格点中的一个作为代表网格点,并根据该代表网格点处的气象数据的风速和温度来计算大气稳定度。将代表网格点处的大气稳定度看作气流场数据d(在所述多个网格点处的气象数据)的大气稳定度。这里,进行计算,将大气稳定度分类到三个类别非稳定Si,中立S2和稳定S3。此外,大气稳定度计算/添加单元102添加如上获得的代表网格点处的大气稳定度,作为每个气流场数据d的大气稳定度。图4示出了与各个气流场数据d相关联地添加的稳定度。例如,当针对1月1日1:00点的气流场数据dOl. 01. 01,从代表网格点处的气象数据获得的大气稳定度是S3时,将大气稳定度S3添加至气流场数据(101.01.01(1月1日 1:00点在41X41 = 1681个位置处的气象数据)。当针对12月31日24:00点的气流场数据dl2. 31. 24,从代表网格点处的气象数据获得的大气稳定度是Sl时,将大气稳定度Sl添加至气流场数据dl2. 31. 24(12月31日24:00点在41 X 41 = 1681个位置处的气象数据)。
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基于风向/基于大气稳定度的分类单元103中设定有针对48种情况(16个方向X3种稳定度)的分类,该48种情况覆盖了风向和大气稳定度的不同组合,其中风向是 16个方向,大气稳定度分为三种类别。利用在每个气流场数据d的代表网格点处的风向和大气稳定度,来确定8760( 小时X 365天)个气流场数据d属于48种情况中的哪些情况。S卩,基于在每个气流场数据d的代表网格点处的风向和大气稳定度,将每个气流场数据d分类到覆盖了风向和大气稳定度的不同组合的48种情况之一。换言之,将每个气流场数据d分配给其中“风向和大气稳定度”与该气流场数据d的代表网格点处的“风向和大气稳定度”相同的情况。图5示出了已将气流场数据d分类到覆盖了风向和大气稳定度的不同组合的48 种情况(16 X 3种情况)时,分类到各种情况的气流场数据d的数目。在图5中,N表示北,E表示东,S表示南,W表示西,并且NNE例如表示风向北-东北。图5的具体说明如下例如,在风向1 (N)和大气稳定度S 1的情况中有8个气流场数据d,在风向1 (N)和大气稳定度S2的情况中有1 个气流场数据d。这里注意,8760( 小时X 365天)个气流场数据d被分类到48种情况(16个方向X 3种稳定度)中的任意情况。基于风向/基于大气稳定度的气流场数据库创建单元104从48种情况(16个方向X3种稳定度)的每一种情况中选择一个气流场数据d(选择方法将稍后描述),并且采用该选择的气流场数据d作为该情况下(特定风向和特定大气稳定度)的代表气流场数据。现在将说明从单个情况(特定风向和特定大气稳定度)中包括的多个气流场数据 d之中选择代表气流场数据d的技术。该选择技术如下在特定的单个情况(特定风向和特定大气稳定度)中包括多个气流场数据。因此, 判断气流场数据在时间上连续存在的时间区间,并选择这些时间区间中的最长时间区间。 如果有多个最长时间区间,则选择时间上在前的时间区间。采用由此选择的最长时间区间的中点时间处的气流场数据(如果在中点时间处不存在气流场数据,则选择紧接在中点时间之前的时间点处的气流场数据),作为代表气流场数据。通过示例具体描述该选择技术。在风向I(N)和大气稳定度Sl的情况中,假设如图6所示包括8个气流场数据d。在这种情况下,在具有三个连续小时的时间区间Tl中存在气流场数据d02. 15. 05,d02. 15. 06 和d02. 15. 07,并且在具有两个连续小时的时间区间T2中存在气流场数据dll. 11. 09和 dll. 11. 10。采用最长时间区间Tl的中点时间处的气流场数据d02. 15. 06作为代表气流场数据。在风向I(N)和大气稳定度Sl的情况中,假设如图7所示包括8个气流场数据 d。在这种情况下,在具有四个连续小时的时间区间Tl中存在气流场数据d02. 15.05, d02. 15. 06,d02. 15. 07和d02. 15. 08,并且在具有两个连续小时的时间区间T2中存在气流场数据dll. 11.09和dll. 11. 10。采用最长时间区间Tl中紧接在中点时间之前的时刻处的气流场数据d02. 15. 06作为代表气流场数据。在风向I(N)和大气稳定度Sl的情况中,假设如图8所示包括8个气流场数据d。在这种情况下,在具有三个连续小时的时间区间Tl中存在气流场数据d02. 15. 05,d02. 15. 06 和d02. 15. 07,并且在具有三个连续小时的时间区间T2中存在气流场数据dll. 11.08, dll. 11. 09和dll. 11. 10。采用时间上在前的时间区间Tl的中点时间处的气流场数据 d02. 15. 06作为代表气流场数据。还在覆盖了风向和大气稳定度的不同组合的其他情况中,针对各种情况选择代表气流场数据。基于风向/基于大气稳定度的气流场数据库创建单元104将已经针对覆盖了风向和大气稳定度的不同组合的48种情况(16个方向X3种稳定度)分别选择的代表气流场数据d,设定为这些情况的气流场数据。这样,将代表气流场数据d与48种情况(16个方向X3种稳定度)相关联,以创建如图9所示的气流场数据库。在该气流场数据库中,例如,将针对风向I(N)和大气稳定度Sl的情况的气流场数据设定为气流场数据d02. 15. 06。S卩,在风向是1 (N)和大气稳定度是Sl的情况中,将各个网格点(41X41 = 1681个位置)处的气象数据设定为2月15日6:00点的气流场数据 d02. 15. 06。根据上述实施例1的系统,将全球气象再分析数据G设定为计算区域R的进入边界条件,并通过计算模型获得计算区域R中的气流场数据。然后,针对各个气流场数据,获得代表大气稳定度和代表气流场数据,并将代表气流场数据分配给覆盖了不同风向和大气稳定度的48种情况。由此,可以准确创建扩散源所在的对象地点的气流场数据库,但降低了计算负荷。〈实施例1的修改〉在实施例1中,结合图2所示计算区域R,创建了气流场数据库,如图9所示,该气流场数据库显示了针对覆盖了不同风向和大气稳定度的各种情况的气流场数据。在实施例1的修改中,将计算区域R划分成多个(例如,4个)小计算区域rl,r2, r3和r4,并且在这些小计算区域之间设置缓冲区域B,如图10所示。在各个小计算区域rl,r2, r3和r4中,通过实施例1中的相同技术来分别创建气流场数据库。S卩,创建小计算区域rl中的气流场数据库DBrl,小计算区域r2中的气流场数据库 DBr2,小计算区域r3中的气流场数据库DBr3以及小计算区域r4中的气流场数据库DBr4。通过对气流场数据库DBrl、DBr2、DBr3和DBr4进行插值,来获得缓冲区域B的数据库。以上述方式,创建针对整个计算区域R的气流场数据库。根据该技术,可以更加精确和快速地获得针对更多个局部区域(小计算区域)的气流场数据。实施例2<气流场数据库创建系统>下面,描述气流场数据库创建系统的第二示例。
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如图11所示,第二气流场数据库创建系统200包括计算条件输入单元201、稳定气流计算单元202、以及基于风向/基于大气稳定度的分类单元203。计算条件输入单元201中设定有按照大气稳定度(Si、S2、S3)分类的气温垂直分布数据(如图12所示)以及按照大气稳定度(S1、S2、S3)分类的风速垂直分布数据(如图 13所示)。大气稳定度Sl表示非稳定状况,大气稳定度S2表示中立状况,大气稳定度S3表示稳定状况。计算条件输入单元201向稳定气流计算单元202输入针对覆盖了风向(16个方向)和大气稳定度(3种稳定度)的不同组合的48种情况的相应计算条件。即,计算条件输入单元201输入计算条件,这些计算条件包括根据大气稳定度和针对16个方向的风向数据的气温垂直分布数据和风速垂直分布数据的组合。具体地,当大气稳定度为Sl时,计算条件输入单元201输入16种计算条件,该16 种计算条件包括针对大气稳定度Sl和16个方向的风向数据的气温垂直分布数据和风速垂直分布数据的组合。当大气稳定度为S2时,计算条件输入单元201输入16种计算条件,该16种计算条件包括针对大气稳定度S2和16个方向的风向数据的气温垂直分布数据和风速垂直分布数据的组合。当大气稳定度为S3时,计算条件输入单元201输入16种计算条件,该16种计算条件包括针对大气稳定度S3和16个方向的风向数据的气温垂直分布数据和风速垂直分布数据的组合。稳定气流计算单元202中设定有与包括扩散源(例如,核电站)所在的对象地点在内的地理区域相对应的计算区域R(见图2~)。在该计算区域R中,一个边的长度例如对应于lOOOKm,该计算区域R划分成网格图案(例如,划分成40X40个空间)。此外,在稳定气流计算单元202中设定有偏微分方程的计算模型,以通过仿真计算来获得计算区域R的各个网格点(41X41个位置)处的气象数据,其中,计算模型例如是 RAMS (区域大气建模系统)或WRF (气象研究和预报模型)(该模型是气象力学模型),或者是FLUENT (商标)或STAR-CD (商标)(该模型是流体力学模型),用于通过大气现象分析的偏微分方程的微分分析计算来获得气象数据。稳定气流计算单元202将从计算条件输入单元201输入的计算条件设定为针对计算区域R的四边的进入边界条件,该计算条件包括针对大气稳定度和16个方向的风向数据的气温垂直分布数据和风速垂直分布数据的组合。通过使用例如RAMS等计算模型进行计算,针对覆盖了风向和大气稳定度的不同组合的48种情况,稳定气流计算单元202获得48个气流场数据,即,dl. Sl到dl6. S3 (在计算区域R中各个网格点处的气象数据)。基于风向/基于大气稳定度的分类单元203将稳定气流计算单元202获得的48个气流场数据dl. Sl到die. S3与覆盖了风向和大气稳定度的不同组合的48种情况相关联, 从而创建如图14所示的基于风向/基于大气稳定度的气流场数据库。例如,在图14中,当风向是1并且大气稳定度是Sl时,气流场数据是dl. Si。在实施例2中,将计算条件设定为针对计算区域R的四边的进入边界条件,该计算条件包括针对大气稳定度和16个方向的风向数据的气温垂直分布数据和风速垂直分布数据的组合,并且通过计算模型获得在计算区域R中各个网格点处的气流场数据,从而可以容易地创建基于风向/基于大气稳定度的气流场数据库。〈实施例2的修改〉在实施例2中,结合图2所示计算区域R,创建了气流场数据库,如图14所示,该气流场数据库显示了针对覆盖了不同风向和大气稳定度的各种情况的气流场数据。在实施例2的修改中,将计算区域R划分成多个(例如,4个)小计算区域rl,r2, r3和r4,并且在这些小计算区域之间设置缓冲区域B,如图10所示。在各个小计算区域rl,r2, r3和r4中,通过实施例2中的相同技术来分别创建气流场数据库。S卩,创建小计算区域rl中的气流场数据库DBrl,小计算区域r2中的气流场数据库 DBr2,小计算区域r3中的气流场数据库DBr3以及小计算区域r4中的气流场数据库DBr4。通过对气流场数据库DBrl、DBr2、DBr3和DBr4进行插值,来获得缓冲区域B的数据库。以上述方式,创建针对整个计算区域R的气流场数据库。根据该技术,可以更加精确和快速地获得针对更多个局部区域(小计算区域)的气流场数据。实施例3<针对扩散物质的扩散状况预测系统>接下来,参照图15描述根据本发明实施例3的针对扩散物质的扩散状况预测系统。如图15所示,存储单元110存储有如图9所示的气流场数据库(称为气流场数据库DB101),该气流场数据库是由实施例1的气流场数据库创建系统100获得的。气流场数据计算单元111从气象数据输入单元112接收在对象日期和时间处的气象数据α,作为输入。该对象日期和时间是指扩散物质(例如,放射性物质)从扩散源(例如,核电站)排放到大气中的日期和时间。气象数据α具有16个风向、风速、气温、湿度、 降水量、气压等中的任意元素,作为数据元素。气流场数据计算单元111顺序地执行下面计算(1)首先,根据输入的气象数据α的数据元素(具体地,风速和气温),计算气象数据α的大气稳定度。(2)然后,从气流场数据库DBlOl中提取包括了与气象数据α的“风向和大气稳定度”尽可能接近的“风向和大气稳定度”的多个气流场数据。对所提取的多个气流场数据进行插值,以通过计算获得“风向和大气稳定度”与气象数据α的“风向和大气稳定度”相同的新的气流场数据。将新的气流场数据作为气流场数据dt馈送至扩散场数据计算单元 113。扩散场数据计算单元113将气流场数据dt代入用于计算扩散物质(颗粒)的扩散状况的扩散方程中,以获得扩散场数据。该扩散场数据显示了扩散物质的扩散状况(扩散区域,扩散浓度),可以从扩散场数据中预测扩散状况。已经开发了多种类型的“用于计算扩散物质(颗粒)的扩散状况的扩散方程”。例如,使用由Colorado State University和ATMET,USA开发的HYPACT (混合颗粒和浓度传输模型)代码。根据该示例,当要获得气流场数据dt时,不执行CFD计算,而是从已经准备好用于使用的气流场数据库DBlOl中提取与对象日期和时间处的气象数据α的“风向和大气稳定度”尽可能接近的“风向和大气稳定度”的气流场数据。对所提取的多个气流场数据进行插值。由此该过程单独而言是足够的,所以可以在短时间内获得气流场数据dt,从而可以在短时间内获得扩散场数据。在上述实施例3中,使用由实施例1获得的气流场数据库(见图9)。但是,也可以使用由实施例1的修改获得的气流场数据库、由实施例2获得的气流场数据库(见图14)、 或者由实施例2的修改获得的气流场数据库。工业实用性本发明不仅可以应用于针对扩散物质的扩散状况预测系统,还可以应用于核设施的紧急辅助系统、以及用于预测由于NBC(核、生物或化学试剂)恐怖威胁而导致的损害的系统。附图标记的说明50全球气象再分析数据库100气流场数据库创建系统101长期广域气流场数据计算单元102大气稳定度计算/添加单元103基于风向/基于大气稳定度的分类单元104基于风向/基于大气稳定度的气流场数据库创建单元110存储单元111气流场数据计算单元112气象数据输入单元113扩散场数据计算单元200气流场数据库创建系统201计算条件输入单元202稳定气流场计算单元203基于风向/基于大气稳定度的气流场数据库创建单元
1权利要求
1.一种气流场数据库创建系统,包括长期广域气流场数据计算单元,在其中设定有与包括扩散源所在的对象地点在内的具有预设范围的地理区域相对应的计算区域,并且还设定有计算模型,该计算模型通过计算用于分析大气现象的方程来获得气象数据,所述长期广域气流场数据计算单元将作为全球规模长期广域实际气象数据的全球气象再分析的气象数据,设定为所述计算区域的进入边界条件,并通过所述计算模型来执行计算,以在预定的一定时期期间以预定的一定时间间隔获得气流场数据,所述气流场数据包括在所述计算区域中设定的多个网格点的位置处的气象数据;大气稳定度计算/添加单元,其预先选择所述多个网格点之一作为代表网格点,并将大气稳定度添加至由长期广域气流场数据计算单元获得的相应气流场数据,大气稳定度是根据相应气流场数据的代表网格点的位置处的气象数据来计算的;基于风向/基于大气稳定度的分类单元,其基于相应气流场数据的代表网格点处的风向和大气稳定度,将相应气流场数据分类到多种情况,所述多种情况覆盖了风向和大气稳定度的不同组合;以及基于风向/基于大气稳定度的气流场数据库创建单元,其针对气流场数据被分类到的每一种情况,在时间上连续存在气流场数据的时间区间中选择气流场数据之一作为代表气流场数据,并且将所选的代表气流场数据与该情况关联,作为该情况的气流场数据,以创建气流场数据库。
2.根据权利要求1所述的气流场数据库创建系统,其中,在针对每一种情况,在时间上连续存在气流场数据的时间区间中,选择气流场数据之一作为代表气流场数据时,基于风向/基于大气稳定度的气流场数据库创建单元 针对每一种情况,判断其中气流场数据在时间上连续存在的时间区间, 选择所述时间区间中的最长时间区间,如果存在多个最长时间区间,则选择时间上在前的时间区间,以及选择在所选的最长时间区间的中点时刻处的气流场数据,或者如果在中点时刻没有气流场数据,则选择紧接在中点时刻之前的时刻处的气流场数据,作为代表气流场数据。
3.一种气流场数据库创建系统,包括计算条件输入单元,在其中设定有按照大气稳定度分类的气温垂直分布以及按照大气稳定度分类的风速垂直分布,并且设定有计算条件,所述计算条件包括根据大气稳定度和风向数据的气温垂直分布和风速垂直分布的组合;稳定气流计算单元,在其中设定有与包括扩散源所在的对象地点在内的具有预设范围的地理区域相对应的计算区域,并且还设定有计算模型,该计算模型通过计算用于分析大气现象的方程来获得气象数据,所述稳定气流计算单元将从所述计算条件输入单元输入的计算条件设定为所述计算区域的进入边界条件,其中所述计算条件包括根据大气稳定度和风向数据的气温垂直分布和风速垂直分布的组合,并且所述稳定气流计算单元通过所述计算模型执行计算,以在预定的一定时期期间以预定的一定时间间隔获得气流场数据,所述气流场数据包括在所述计算区域中设定的多个网格点的位置处的气象数据;以及基于风向/基于大气稳定度的气流场数据库创建单元,其将所述稳定气流计算单元获得的多个气流场数据与覆盖了风向和大气稳定度的不同组合的情况相关联,以创建基于风向/基于大气稳定度的气流场数据库。
4. 一种针对扩散物质的扩散状况预测系统,包括存储单元,其存储有包括针对多种情况的气流场数据的气流场数据库,所述多种情况覆盖了将扩散物质排放到大气中的扩散源所在的对象地点处的风向和大气稳定度的不同组合;气象数据输入单元,其输入对象日期和时间处的气象数据;气流场数据计算单元,其基于从气象数据输入单元输入的所述对象日期和时间处的气象数据,获得风向和大气稳定度,从存储单元中获得风向和大气稳定度与所述对象日期和时间处的气象数据的风向和大气稳定度尽可能接近的多个气流场数据,对所述多个气流场数据进行插值计算,以获得风向和大气稳定度与所述对象日期和时间处的气象数据的风向和大气稳定度等同的气流场数据,并馈送该气流场数据;以及扩散场数据计算单元,其将从气流场数据计算单元馈送的气流场数据代入用于计算扩散物质的扩散状况的扩散方程,以获得扩散物质的扩散场数据;以及其中,存储单元中存储的气流场数据库是已由权利要求1到3之一所述的气流场数据库创建系统创建的。
全文摘要
长期广域气流场数据计算单元(101)使用全球气象再分析的气象数据G作为计算区域的进入边界条件,通过RAMS等获得一年中每小时气流场数据。大气稳定度计算/添加单元(102)获得各个气流场数据的代表气流场数据的稳定度,并将获得的稳定度添加至各个气流场数据。基于风向/基于大气稳定度的分类单元(103)将各个气流场数据分类到覆盖了风向和大气稳定度的不同组合的多种情况。基于风向/基于大气稳定度的气流场数据库创建单元(104)选择作为各种情况的代表的气流场数据,并将所选的代表气流场数据与覆盖了风向和大气稳定度的不同组合的各种情况关联,从而以降低的计算负荷创建高精度气流场数据库。
文档编号G06Q10/00GK102216811SQ20098014525
公开日2011年10月12日 申请日期2009年10月27日 优先权日2008年11月12日
发明者大场良二, 米田次郎 申请人:三菱重工业株式会社

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