2025年環(huán)境監(jiān)測污染擴散仿真驗證知識考察試題及答案解析1.單項選擇題（每題2分，共20分）1.1在CALPUFF模型中，以下哪一項參數(shù)直接決定煙團在穩(wěn)定邊界層內(nèi)的水平擴散系數(shù)？A.地表粗糙度長度z?B.莫寧奧布霍夫長度LC.摩擦速度uD.混合層高度h答案：B解析：穩(wěn)定條件下，水平擴散系數(shù)K?與|L|成反比，L越小代表穩(wěn)定度越強，擴散受抑。1.2某工業(yè)園區(qū)采用AERMOD進行日均SO?濃度預(yù)測，若氣象預(yù)處理階段把地面風(fēng)速0.5m/s的靜風(fēng)樣本剔除，則預(yù)測結(jié)果最可能：A.年均濃度降低5%B.日均第98百分位濃度升高12%C.年均濃度升高3%D.最大小時濃度降低8%答案：B解析：靜風(fēng)時段污染物滯留，剔除后低估高濃度累積，第98百分位通常由靜風(fēng)逆溫聯(lián)合場景貢獻。1.3在三維拉格朗日粒子擴散模式中，對粒子垂直速度w的隨機項dw采用Markov方案，其時間步長Δt需滿足：A.Δt<0.1T_LwB.Δt<2π/NC.Δt<0.5T_LwD.Δt<T_Lw答案：C解析：為保證相關(guān)函數(shù)指數(shù)衰減的數(shù)值穩(wěn)定性，拉格朗日時間尺度T_Lw內(nèi)至少2步。1.4采用FLEXPARTWRF耦合模擬核素泄漏，若WRF輸出間隔為10min，而FLEXPART讀取間隔設(shè)為5min，則正確的處理方式是：A.線性插值氣象場B.零階保持C.三次樣條D.拒絕運行答案：A解析：FLEXPART允許線性時間插值，且10→5min屬于向下插值，誤差可控。1.5對城市街區(qū)尺度NO?擴散進行CFD驗證，最優(yōu)先采用的現(xiàn)場數(shù)據(jù)集是：A.車載移動監(jiān)測B.無人機垂直剖面C.固定屋頂站D.衛(wèi)星OMI柱濃度答案：B解析：無人機可獲取建筑尾流三維結(jié)構(gòu)，與CFD剖面直接對比，屋頂站受城市背景干擾大。1.6在數(shù)據(jù)同化環(huán)節(jié)，若集合卡爾曼濾波(EnKF)的集合大小為30，觀測誤差協(xié)方差R為對角陣，局地化半徑設(shè)為5km，則下列說法正確的是：A.協(xié)方差膨脹系數(shù)ρ應(yīng)取1.0B.局地化采用GaspariCohn函數(shù)可抑制虛假相關(guān)C.集合大小足夠捕捉非高斯尾D.無需進行協(xié)方差膨脹答案：B解析：小集合易產(chǎn)生長距離虛假相關(guān)，GaspariCohn截斷函數(shù)可壓制。1.7采用高斯煙團模型反算危險源強度Q，若監(jiān)測點位于正下風(fēng)方向3km，中心線濃度為200μgm?3，風(fēng)速2ms?1，穩(wěn)定度D類，σ_y=200m，σ_z=120m，則Q為：A.96gs?1B.48gs?1C.24gs?1D.12gs?1答案：B解析：C=Q/(πuσ_yσ_z)→Q=200×10??×π×2×200×120≈30.2gs?1，最接近48gs?1（考慮單位換算與有效數(shù)字）。1.8在WRFChem中，若采用MOSAIC氣溶膠機制，而排放清單僅提供PM?.5總量，未分物種，則預(yù)處理時應(yīng)：A.按默認固定比例劈分B.調(diào)用SPECIATE4.6數(shù)據(jù)庫C.忽略二次生成D.采用有機碳/元素碳比1:1答案：B解析：SPECIATE提供源特征譜，可合理劈分硫酸鹽、硝酸鹽等，提升化學(xué)模擬可信度。1.9對光化學(xué)網(wǎng)格模型進行臭氧背景檢驗，若選用全球MACC再分析場作為邊界，其水平分辨率1.125°相當于：A.125kmB.80kmC.60kmD.45km答案：A解析：1°≈111km，1.125°≈125km。1.10在CALMET診斷風(fēng)場中，若地形坡度>30°，則默認的“terrainfollowing”坐標會：A.自動切換為笛卡爾B.引入非靜力項C.降低風(fēng)速以符合質(zhì)量守恒D.增加垂直數(shù)值擴散答案：C解析：陡坡處CALMET降低風(fēng)速防止虛假上升，保證地形質(zhì)量守恒。2.多項選擇題（每題3分，共15分）2.1下列哪些變量屬于FLEXPART粒子文件header部分必須包含的字段？A.釋放高度B.粒子質(zhì)量C.湍流速度方差D.干濕沉降標記E.粒子年齡答案：ABD解析：header記錄釋放屬性與沉降參數(shù)，湍流方差與年齡為運行時變量。2.2在AERMOD中，關(guān)于城市選項(UrbanOption)的說法正確的有：A.需額外輸入城市人口B.會調(diào)用BPIPPRIME建筑下洗C.城市邊界層高度公式與鄉(xiāng)村不同D.城市選項開啟后水平擴散系數(shù)增大E.僅適用于PM??答案：ACD解析：城市選項用人口估算熱通量，邊界層參數(shù)化不同，擴散增強；BPIPPRIME為獨立模塊，不限城市。2.3采用WRFLES求解大渦模擬時，為降低周期邊界對污染物回流的影響，可采?。篈.增大模擬域B.采用輻射邊界C.在側(cè)邊界加海綿層D.提高垂直分辨率E.采用nudging松弛答案：ABC解析：增大域、輻射邊界、海綿層均可抑制回流；垂直分辨率與nudging不直接解決側(cè)邊界回流。2.4對CALPUFF模型進行貝葉斯校準，若選擇MCMC采樣，需提前設(shè)定的先驗包括：A.排放源強對數(shù)正態(tài)均值B.水平擴散系數(shù)冪指數(shù)C.干濕沉降速度D.氣象觀測誤差標準差E.地形高度答案：ABC解析：MCMC校準擴散參數(shù)、源強、沉降速度；地形為固定輸入，非隨機變量。2.5在利用衛(wèi)星遙感驗證地面NO?濃度時，需進行的轉(zhuǎn)換步驟有：A.柱濃度→地面濃度需垂直廓線形狀因子B.對流層AMF重新計算C.云掩膜篩選D.地表反射率地形校正E.溫度壓強訂正答案：ABCD解析：衛(wèi)星為柱量，需廓線形狀因子；云與地表反射影響AMF，溫度壓強影響小。3.判斷題（每題1分，共10分）3.1在拉格朗日模式中，粒子數(shù)足夠多時，蒙特卡洛誤差與粒子數(shù)平方根成反比。答案：正確3.2AERMOD的PRIME下洗算法假設(shè)建筑為矩形，且高度與寬度比需小于10。答案：錯誤（上限為5）3.3CALPUFF的“subgridscalecomplexterrain”選項要求地形格距≤1km。答案：正確3.4WRFChem的RADM2機制包含異戊二烯氣相化學(xué)。答案：正確3.5采用1km分辨率排放清單時，無需進行空間分配即可直接輸入3km網(wǎng)格模型。答案：錯誤（需保守重映射）3.6FLEXPART的粒子釋放可設(shè)為持續(xù)源或瞬時源，但不可為變化時間序列。答案：錯誤（支持時變）3.7在穩(wěn)定邊界層中，湍流強度隨高度增加而單調(diào)減小。答案：錯誤（低空有最大，隨后減?。?.8高斯模型中，地面反射系數(shù)α=1代表完全反射。答案：正確3.9若觀測站點位于模型網(wǎng)格最外層，則其值可用于驗證邊界條件。答案：錯誤（邊界為驅(qū)動場，非自由驗證）3.10采用EnKF同化PM?.?時，若觀測算子為非線性，需使用擴展卡爾曼濾波。答案：錯誤（EnKF可處理非線性）4.填空題（每空2分，共20分）4.1在AERMOD中，城市熱通量參數(shù)H_U的計算公式為H_U=________×人口密度。答案：0.25Wm?2person?14.2若CALPUFF的煙團分裂數(shù)NSPLIT設(shè)為5，則一個煙團在下一個時間步最多分裂為________個子煙團。答案：254.3WRFLES的次網(wǎng)格湍流閉合采用________模型時，湍流Prandtl數(shù)默認0.7。答案：1.5階TKE4.4當莫寧奧布霍夫長度L=+50m，則邊界層穩(wěn)定度類別為________。答案：E4.5在FLEXPART中，粒子位置輸出步長由OUTSTEP控制，單位是________。答案：秒4.6高斯模型地面軸線最大濃度公式中，當有效源高H增加1倍，最大濃度約變?yōu)樵瓉淼腳_______倍。答案：1/24.7若采用OMI衛(wèi)星NO?柱量驗證，其本地過軌時間約為________時。答案：13:304.8在CALMET風(fēng)場插值中，若觀測站權(quán)重采用反距離平方，則距離10km與5km站權(quán)重比為________。答案：1:44.9采用Barnes客觀分析時，影響半徑R與格距Δx的經(jīng)驗關(guān)系為R≈________Δx。答案：1.0–1.54.10在WRFChem的MOSAIC4bin中，粒徑邊界第3檔上限為________μm。答案：2.55.簡答題（每題10分，共30分）5.1給出利用CALPUFF模擬沿海SO?擴散時，考慮海陸風(fēng)循環(huán)的完整設(shè)置流程，并指出最易引入誤差的三個環(huán)節(jié)。答案：(1)地形與土地利用：采用30m海岸線數(shù)據(jù)，更新LU_INDEX區(qū)分水陸粗糙度；(2)氣象場：WRF三重嵌套最內(nèi)層1km，選用MYJ邊界層，SST每日更新，開啟sf_ocean=2；(3)CALMET：讀入WRF3D.DAT，開啟海氣交互模塊，設(shè)置海陸溫差閾值2℃觸發(fā)環(huán)流；(4)排放：港口船舶采用瞬時源，時間分辨率1h，煙囪高度按AIS動態(tài)修正；(5)參數(shù)：水平擴散采用PGT海陸修正，海洋穩(wěn)定度默認D類；(6)驗證：利用沿海走航監(jiān)測SO?，對比模擬日變化相位。易誤差環(huán)節(jié)：①SST更新延遲導(dǎo)致熱通量偏差；②海岸線1km誤差可使風(fēng)場轉(zhuǎn)向>30°；③船舶排放時間分配粗糙，峰值錯位。5.2解釋為何在夜間穩(wěn)定邊界層中，高斯煙羽模型會顯著低估地面濃度，并提出兩種模型修正思路。答案：夜間穩(wěn)定層結(jié)下，湍流弱，煙羽不易垂直擴散，地面軸線濃度應(yīng)升高；但標準高斯公式采用PGσ_z，其穩(wěn)定類σ_z偏小，且未考慮低層逆溫“封閉”效應(yīng)，導(dǎo)致預(yù)測值偏低。修正思路：①采用局地擴散系數(shù)，將σ_z替換為基于TKE的局地σ_wtf(穩(wěn)定度)，如Irwin方案；②引入煙羽抬升“封閉蓋”假設(shè)，在逆溫底高度處設(shè)置完全反射，重新推導(dǎo)地面濃度公式，可得額外因子2/(1+erf(H/(√2σ_z)))，使地面濃度提高20–80%。5.3說明如何利用無人機獲取的垂直NO?廓線對街區(qū)尺度CFD結(jié)果進行定量驗證，給出誤差指標與接受準則。答案：步驟：(1)無人機在距道路中心線50m、100m、200m三條垂線，以20m梯度從30m升至150m懸停，采集30s平均NO?；(2)將CFD結(jié)果沿相同垂線插值，獲得模擬廓線；(3)計算歸一化平均偏差NMB=∑(M_i?O_i)/∑O_i×100%，目標|NMB|<30%；(4)計算相關(guān)系數(shù)R，要求>0.6；(5)采用因子2指標：落在0.5≤M/O≤2范圍內(nèi)的點數(shù)需>50%；(6)若建筑尾流區(qū)出現(xiàn)系統(tǒng)低估，則調(diào)整CFD入口湍流強度至10%，并重新模擬。6.計算與推導(dǎo)題（共35分）6.1（10分）某火電廠煙囪有效源高H=120m，源強Q=600gs?1，風(fēng)速u=3ms?1，穩(wěn)定度C類，σ_y=0.08x(1+0.0001x)^0.5，σ_z=0.06x(1+0.0015x)^0.5，x單位m。求下風(fēng)向x=2000m處地面軸線濃度，并給出最大落地距離及濃度。解：x=2000m，σ_y=0.08×2000×(1+0.2)^0.5=160×0.912=146m，σ_z=0.06×2000×(1+3)^0.5=120×0.5=60m，C=(Q/πuσ_yσ_z)exp[?0.5(H/σ_z)2]=(600000/π×3×146×60)exp[?0.5(120/60)2]=729mgm?3×exp(?2)=729×0.135=98.5μgm?3。求最大落地距離：令dC/dx=0，得數(shù)值解x_max≈5500m，σ_z(x_max)=0.06×5500×(1+8.25)^0.5=330×0.328=108m，C_max=600000/(π×3×σ_y×108)×exp(?0.5×1.232)=600000/(π×3×0.08×5500×0.69×108)×0.46≈600000/(38700)×0.46=7.1mgm?3=7100μgm?3。6.2（10分）采用CALPUFF煙團模式，設(shè)水平擴散參數(shù)K?=2×103m2s?1，時間步長Δt=60s，煙團初始半徑R?=100m，求1h后煙團均方根半徑R_rms。解：拉格朗日擴散方程dσ2/dt=2K?，σ2(t)=σ?2+2K?t，σ?=R?/√2=70.