沙尘排放通量的计算方法和装置与流程

1.本发明涉及环境科学领域，尤其涉及一种沙尘排放通量的计算方法和装置。


背景技术：

2.大气气溶胶也称大气颗粒物，是指悬浮在大气中的固态或液态颗粒物的总称。气溶胶包含多种组分，例如硫酸盐、硝酸盐、铵盐、黑碳、有机碳、沙尘、海盐等，其与大气污染和气候变化密切相关，是当前大气环境和全球气候变化领域的重要研究课题。沙尘气溶胶是大气气溶胶的重要组成部分，主要源于荒漠化及干旱、半干旱地区陆-气界面的自然起沙过程。进入大气中的沙尘气溶胶粒子(特别是直径小于10μm的颗粒物)可以长时间悬浮于空气中并实现长距离输送，对全球的物理、化学和生物循环均有重要影响。例如沙尘气溶胶可以通过辐射效应、云微物理过程影响云和降水的形成以及全球气候变化。沙尘气溶胶可携带丰富的矿物元素和有机物并通过长距离输送沉降到海洋中，对海洋生态和化学循环产生影响。此外，春季大范围的沙尘天气过程也是我国北方地区严重的环境问题。
3.数值模拟是研究沙尘气溶胶在大气中生消演变的重要手段，而要实现沙尘的模拟，首先需要构建沙尘排放通量计算参数化方案，然后将其耦合到气象模式或大气化学输送模式中，实现对沙尘粒子的排放、平流、扩散、重力沉降、干湿沉降等的模拟。近几十年来，国内外学者发展了多种沙尘排放通量计算方案，并开展了模拟分析研究。总体来说，这些沙尘排放通量计算方案可以分成两大类，即经验性方案和基于物理过程的方案，相对来讲，基于物理过程的方案比经验性方案更为复杂，所需的输入数据和参数更多。虽然基于物理过程的方案其物理意义更为清晰明确，但由于其参数信息难以获取，严重限制了这类方案的应用。经验性方案的计算公式简单，实现方便，并且能够方便地纳入最新研究成果，目前仍然是应用最多、最广的沙尘排放计算方案类型。研究表明，当前各沙尘排放计算方案能够较好地模拟沙尘的大尺度基本特征，但是各方案对沙尘过程的定量和精细化模拟仍存在很大的局限性。例如，研究人员发现不同沙尘排放计算方案的起沙量模拟结果可以相差几个数量级。在实际业务应用中，沙尘模拟经常出现虚报问题，同时对于沙尘源区下游，经常出现模拟的沙尘浓度显著偏低。此外，沙尘排放计算方案通常只支持不同粒径段的模拟，而不支持精细化化学组分模拟。最后，沙尘排放计算方案的关键参数多为基于观测数据分析总结或拟合获得，这些参数仍具有很大的不确定性，需要持续进行验证、改进和本地化。
4.近年来，随着大气污染治理的深入推进，我国人为排放产生的颗粒物浓度持续降低。但自然沙尘过程仍周期性发生，特别是在我国北方地区的春季，强沙尘过程会导致大面积空气质量“爆表”，同时沙尘气溶胶甚至可以长距离输送到台湾省、海南省，恶化其本地空气质量。因此，研究沙尘气溶胶的生消演变及其对地区颗粒物浓度、组分构成、区域气候反馈等的影响具有重要意义。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种沙尘排放通量的计算方法和
装置。技术方案如下：
6.根据本发明的一方面，提供了一种沙尘排放通量的计算方法，所述方法包括：
7.获取气象数据作为大气化学输送模式的输入；
8.针对选定的地理网格，提取沙尘排放通量计算所需的气象数据和特征参量；
9.根据提取的所述气象数据和所述特征参量，确定所述地理网格的起沙能力并计算起沙系数和沙尘排放通量垂直分配系数；
10.基于所述起沙系数和所述沙尘排放通量垂直分配系数，计算沙尘的起沙排放通量。
11.可选的，所述起沙排放通量的计算还基于近地面摩擦速度，所述近地面摩擦速度基于地表粗糙度计算得到。
12.可选的，确定所述地理网格的起沙能力并计算起沙系数包括：
13.根据土地利用类型、植被比例、土壤类型、土壤温度、海冰标识、物理雪深、2米相对湿度中的至少两种数据确定所述地理网格的起沙能力；
14.根据所述地理网格的起沙能力，确定所述地理网格的起沙系数。
15.可选的，确定所述地理网格的起沙能力还包括：根据所述地理网格的临界摩擦速度确定所述地理网格的起沙能力，其中不同类型的地区具有不同的临界摩擦速度。
16.可选的，计算所述地理网格的沙尘排放通量垂直分配系数为：
17.对于沙漠地区：
18.dhk＝uk*58.44*hz
k-0.67
19.对于其他地区：
20.dhk＝uk*30.17*hz
k-0.48
21.其中dhk代表模式垂直第k层的权重，uk为模式垂直第k层的风速，hzk为模式垂直第k层距离地面的高度，所述dhk在模式所有垂直层加和权重中的占比即为垂直层k对应的垂直分配系数。
22.可选的，提取的所述气象数据和特征参量包括：不同垂直层上的风速u分量和v分量、10米风速u分量和v分量、2米温度、2米相对湿度、模式不同垂直层中心点距离地面高度、土地利用类型、土壤类型、土壤温度、土壤水分、海冰标识、物理雪深、植被比例、模拟月份中的一种或多种数据。
23.可选的，所述方法将沙尘气溶胶分为4档，不同档具有不同的沙尘粒径，对不同档的分配比例设置对应的分配系数。
24.可选的，基于如下公式计算沙尘的起沙排放通量：
[0025][0026]
其中df
ik
是起沙排放通量，i和k分别代表不同的沙尘粒径段和模式垂直层；a为起沙标准系数；ρ为空气密度；g是重力加速度；dt为积分的时间步长，在开展模拟前进行设置；de为所述起沙系数；u
*
是近地面摩擦速度；是所述临界摩擦速度；rh是近地面相对湿度，rh0是临界相对湿度；drfi为沙尘不同粒径分档的分配比例；dhfk为所述沙尘排放通量垂直分配系数；dzk为模式垂直层的厚度。
[0027]
可选的，所述方法还包括：
[0028]
获取预设的沙尘气溶胶中的多种化学组分的占比；
[0029]
根据每种化学组分的占比和所述沙尘的起沙排放通量，确定沙尘气溶胶中所述每种化学组分对应的排放通量。
[0030]
可选的，所述方法还包括：
[0031]
根据所述沙尘的起沙排放通量，模拟沙尘气溶胶的物理化学过程；
[0032]
根据所述沙尘气溶胶的物理化学过程的计算结果和输出频率设定，输出沙尘气溶胶的浓度分布。
[0033]
根据本发明的另一方面，提供了一种沙尘排放通量的计算装置，所述装置包括：
[0034]
获取模块，获取气象数据作为大气化学输送模式的输入；
[0035]
提取模块，针对选定的地理网格，提取沙尘排放通量计算所需的气象数据和特征参量；
[0036]
确定模块，根据提取的所述气象数据和所述特征参量，确定所述地理网格的起沙能力并计算起沙系数和沙尘排放通量垂直分配系数；
[0037]
计算模块，基于所述起沙系数和所述沙尘排放通量垂直分配系数，计算沙尘的起沙排放通量。
[0038]
根据本发明的另一方面，提供了一种电子设备，包括：
[0039]
处理器；以及
[0040]
存储程序的存储器，
[0041]
其中，所述程序包括指令，所述指令在由所述处理器执行时使所述处理器执行上述沙尘排放通量的计算方法。
[0042]
根据本发明的另一方面，提供了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其中，所述计算机指令用于使计算机执行上述沙尘排放通量的计算方法。
[0043]
本发明的沙尘排放通量计算方案，考虑了沙尘排放通量在垂直方向上的合理分配，改善了沙源地下游地区沙尘浓度模拟偏低的问题，并且更全面地考虑了起沙的多种限制因素，减少出现沙尘虚报的问题，可支持精细化的沙尘组分模拟，同时适用于全球-区域多种尺度，而且实现沙尘排放通量计算方案部分关键参数的本地化(如临界摩擦速度)，提升特定地区沙尘排放表征能力。
附图说明
[0044]
在下面结合附图对于示例性实施例的描述中，本发明的更多细节、特征和优点被公开，在附图中：
[0045]
图1示出了根据本发明示例性实施例的沙尘排放通量计算方法的流程图；
[0046]
图2示出了根据本发明示例性实施例的沙尘排放通量计算方法的流程图；
[0047]
图3示出了根据本发明示例性实施例的嵌套模拟的沙尘年均浓度空间分布示意图；
[0048]
图4示出了根据本发明示例性实施例的嵌套模拟的近地面沙尘年均浓度空间分布示意图；
[0049]
图5示出了根据本发明示例性实施例的沙尘排放通量计算装置的示意性框图；
[0050]
图6示出了能够用于实现本发明的实施例的示例性电子设备的结构框图。
具体实施方式
[0051]
下面将参照附图更详细地描述本发明的实施例。虽然附图中显示了本发明的某些实施例，然而应当理解的是，本发明可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本发明。应当理解的是，本发明的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本发明的保护范围。
[0052]
应当理解，本发明的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本发明的范围在此方面不受限制。
[0053]
本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
[0054]
需要注意，本发明中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
[0055]
本发明实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。
[0056]
本发明的沙尘排放通量计算方案耦合于大气化学输送模式中，作为大气化学输送模式的核心模块之一，可以实现沙尘气溶胶排放通量动态计算，进而依托于大气化学输送模式，进行沙尘气溶胶的平流、扩散、重力沉降、干湿沉降等过程模拟，提供模拟时段内沙尘气溶胶浓度的三维时空分布。
[0057]
下面将参照图1所示的沙尘排放通量计算方法的流程图，对沙尘排放通量计算方法进行介绍。
[0058]
步骤101，获取气象数据作为大气化学输送模式的输入。
[0059]
本实施例的沙尘排放通量计算方法耦合于大气化学输送模式中，大气化学输送模式需要三维气象要素场作为输入，以驱动大气化学模式进行化学成分的平流、扩散、干湿沉降等计算。气象要素场至少包括风速u分量、风速v分量、相对湿度、温度、气压、边界层高度、降水等。根据模拟的不同空间尺度及采用的大气化学输送模式，气象要素场可以通过全球气象再分析数据、全球大气环流模式模拟或中尺度气象模式(如wrf)模拟获得。此外，需要对三维气象要素场进行预处理，以满足采用的大气化学输送模式的输入要求。
[0060]
步骤102，针对选定的地理网格，提取沙尘排放通量计算所需的气象数据和特征参量。
[0061]
根据步骤101获取的气象数据，针对选定的地理网格，根据模拟时间，提取沙尘排放通量计算所需的气象要素和特征参量，包括但不限于模式不同垂直层上的风速u分量和v分量、10米风速u分量和v分量、2米温度、2米相对湿度、模式不同垂直层中心点距离地面高度、土地利用类型、土壤类型、土壤温度、土壤水分、海冰标识、物理雪深、植被比例、模拟月份等。在提取沙尘排放通量计算所需的气象要素和特征参量时，可以提取上述数据中的至少一种或多种数据，一种优选的方案是提取上述所有种类的数据。
[0062]
步骤103，确定地理网格的起沙能力，并计算起沙系数和沙尘排放通量垂直分配系数。
[0063]
根据步骤102提取的气象数据和特征参量，确定地理网格的起沙能力，并计算起沙系数和沙尘排放通量垂直分配系数。
[0064]
其中，首先可以在大气层的垂直方向上将大气层划分为多层，例如20层，每一层具有一定厚度，该每一层的厚度可以通过大气层的垂直方向上的总厚度除以总层数计算得到，也可以是每一层单独设置厚度。在计算沙尘排放通量时对不同的垂直层计算其对应的垂直分配系数，并且该垂直分配系数在沙漠地区和其他地区通过不同的公式进行计算，具体计算公式如下：
[0065]
对于沙漠地区：
[0066]
dhk＝uk*58.44*hz
k-0.67
[0067]
对于其他地区：
[0068]
dhk＝uk*30.17*hz
k-0.48
[0069]
其中dhk代表模式垂直第k层的权重，uk为模式垂直第k层的风速，hzk为模式垂直第k层距离地面的高度。dhk在模式所有垂直层(例如20层)加和权重中的占比即为垂直层k对应的垂直分配系数。
[0070]
本实施例通过引入垂直分配系数，更好地考虑沙尘排放在垂直方向的传输，增强沙尘在中高空的远距离输送能力，以改善沙源地下游地区沙尘浓度模拟偏低问题。
[0071]
其次，还需要识别该地理网格的起沙条件，识别该地理网格的起沙条件主要考虑以下参数：根据土地利用类型、植被比例、土壤类型、土壤温度、海冰标识、物理雪深、2米相对湿度中的至少两种数据确定所述地理网格的起沙能力。优先的，根据土地利用类型、植被比例、土壤类型、土壤温度、海冰标识、物理雪深、2米相对湿度的所有数据确定地理网格的起沙能力。
[0072]
可选的，根据土地利用类型，确定该地理网格的起沙能力。
[0073]
只有当土地利用类型为“裸地或低植被覆盖地”、“牧草地”、“灌木地”、“牧草地和灌木地混合区”、“热带稀树草原”等才具备基本起沙条件，并且不同土地利用类型的起沙能力不同，以一个0-1之间的系数来表示，例如“裸地或低植被覆盖地”对应1.0，而“灌木地”对应0.1。对于不具备起沙条件的类型，可以将起沙能力设置为0，后文同理，不再赘述。
[0074]
可选的，根据植被比例，确定该地理网格的起沙能力。
[0075]
只有当地理网格内植被比例小于50％才具备基本起沙条件，并且不同植被比例的起沙能力不同，以一个0-1之间的系数来表示，例如植被比例小于10％对应1.0，而植被比例大于10％且小于30％对应0.7。
[0076]
可选的，根据土壤类型，确定该地理网格的起沙能力。
[0077]
只有当土壤类型为“沙地”、“砂质壤土”、“泥沙”、“壤土”、“砂质粘壤土”等才具备基本起沙条件，并且不同土壤类型的起沙能力不同，以一个0-1之间的系数来表示，例如“沙地”或“泥沙”对应1.0，而“砂质粘壤土”对应0.85。
[0078]
可选的，根据土壤温度、海冰标识、物理雪深等，确定该地理网格的起沙能力。
[0079]
只有当土壤温度大于零度，没有海冰，没有雪覆盖的情况下才具备基本起沙条件。
[0080]
可选的，根据2米相对湿度，确定该地理网格的起沙能力。
[0081]
只有当2米相对湿度小于40％才具备基本起沙条件。
[0082]
可选的，根据临界摩擦速度确定该地理网格的起沙能力。
[0083]
临界摩擦速度是影响沙尘释放和输送的核心参数之一，反映了沙尘粒子进入大气所受到的阻力作用。只有当实际的大气摩擦速度大于临界摩擦速度才具备起沙条件。已有的经验性方案大多将临界摩擦速度取值为0.4m/s，而本实施例中不同类型的地区设置有不同的临界摩擦速度。本实施例基于中国地区的沙尘监测研究成果，对临界摩擦速度进行了本地化，提升中国地区沙尘排放表征能力。具体设置如下。
[0084][0085]
上述参数所对应的具体起沙能力可以由技术人员根据经验设置，或者通过预设算法(如查表法)计算得到，取值范围为[0，1]，本实施例对起沙能力的具体取值不作限定。
[0086]
在获得上述至少两个参数的起沙能力之后，可以根据地理网格的起沙能力，确定地理网格的起沙系数。具体的，每个地理网格可以获得至少两个起沙能力，将每个起沙能力相乘，得到的乘积即为地理网格的起沙系数。
[0087]
可选的，计算起沙排放通量还可以计算该地理网格的地表粗糙度。根据步骤102提取的土地利用类型和模拟月份，通过查表法，可以确定地表粗糙度。地表粗糙度是指因地表起伏不平或地物本身几何形状的影响，平均风速为0的高度。其表征了地表与大气的相互作用，反映地表对风速的消减作用，以及对风沙活动的影响。
[0088]
还有一个可选的参数为近地面摩擦速度u
*
，该参数的计算综合考虑地表粗糙度和边界层稳定度的影响，u
*
的计算公式如下所示：
[0089]u*
＝c1*c2
[0090]
其中c1主要与风速及地表粗糙度相关，计算公式如下：
[0091][0092]
其中wd代表风速大小，z0代表地表粗糙度。
[0093]
c2主要与边界层稳定度相关，边界层稳定度采用rb表示，c2的计算公式如下：
[0094]
当rb≥0，则
[0095][0096]
当rb＜0，则
[0097][0098]
其中rb和bb的计算公式如下：
[0099]
[0100][0101]
其中ta和ts分别代表大气2米温度和土壤温度，bb代表边界层稳定度调整因子。
[0102]
当然，还可以根据其他现有的算法计算近地面摩擦速度，本实施例对此不作限定。
[0103]
以上所有参数的计算过程中，通过计算该地理网格的起沙排放通量的垂直分配系数和近地面摩擦速度，为下一步的沙尘排放通量计算提供关键参数。并且根据土地利用类型、植被比例、土壤类型、土壤温度、海冰标识、物理雪深、2米相对湿度、临界摩擦速度识别地理网格是否具备起沙条件并计算该地理网格的起沙能力大小，其设置了更加全面、严格的起沙条件判定因子，以减少出现沙尘虚报问题。
[0104]
步骤104，基于起沙系数和沙尘排放通量垂直分配系数，计算沙尘的起沙排放通量。
[0105]
本实施例将沙尘气溶胶分为多档，优选为4档，分别为0.1～1μm、1～2.5μm、2.5～5μm、5～10μm，前两档为细颗粒，后两档为粗颗粒，不同档具有对应的分配比例，优先为该4档的分配比例分别是0.1、0.2、0.5、0.2。本实施例对每档沙尘气溶胶的粒径、分配比例不作限定。
[0106]
根据步骤103的起沙系数和沙尘排放通量垂直分配系数，计算沙尘的起沙排放通量的公式如下：
[0107][0108]
其中df
ik
是起沙排放通量(单位：kgm-2
s-1
)，i和k分别代表不同的沙尘粒径段和模式垂直层。a为起沙标准系数，取值为1.0x10-5
；ρ为空气密度(单位：kgm-3
)，取值为1.29；g是重力加速度(单位：m-2
s-2
)，取值为9.8；dt为积分的时间步长，在开展模拟前进行设置；de为起沙系数；u
*
是近地面摩擦速度，该参数的计算综合考虑地表粗糙度和边界层稳定度的影响；是临界摩擦速度，由步骤103计算获得；rh是近地面相对湿度，rh0是临界相对湿度，取值为40％；drfi为沙尘不同粒径分档的分配比例；dhfk为步骤103计算获得的沙尘排放通量垂直分配系数；dzk为模式垂直层的厚度。
[0109]
可选的，为了进一步精细化模拟沙尘中的不同化学组分，根据文献综合调研和中国地区沙尘观测结果，将沙尘气溶胶粒子的组分占比定义如下：
[0110]
表1沙尘气溶胶粒子中不同化学组分占比
[0111][0112]
本实施例的方法还可以包括：获取预设的沙尘气溶胶中的多种化学组分的占比；根据每种化学组分的占比和所述沙尘的起沙排放通量，确定沙尘气溶胶中所述每种化学组分对应的排放通量。
[0113]
具体的，在通过上述方法确定沙尘的起沙排放通量后，可以将起沙排放通量分别乘上每种化学组分的占比，得到沙尘中每种化学组分对应的排放通量。
[0114]
可选的，为了进一步模拟计算沙尘气溶胶的物理化学过程并获得沙尘气溶胶在大气中的浓度分布，参照图2所示的沙尘排放通量计算方法的流程图，在执行步骤104之后，还包括如下步骤：
[0115]
步骤105，根据沙尘的起沙排放通量，模拟沙尘气溶胶的物理化学过程。
[0116]
在步骤104获得不同粒径沙尘排放通量的基础上，在模拟区域范围内，逐网格积分计算沙尘气溶胶在大气中的物理化学过程，主要包括平流、扩散、对流、干沉降、湿沉降、重力沉降等，可以得到不同时刻不同空间位置上不同粒径沙尘气溶胶及其化学组分的浓度。
[0117]
步骤106，根据沙尘气溶胶的物理化学过程的计算结果和输出频率设定，输出沙尘气溶胶的浓度分布。
[0118]
在模拟时段内，根据预先设定的模拟结果输出频率(例如每小时)，输出不同粒径沙尘气溶胶及其化学组分的浓度三维分布，该输出结果可用于分析沙尘气溶胶的时空分布特征，及其对大气中总气溶胶浓度和组分构成的影响。
[0119]
在以上步骤101-106中，根据预先设定的模拟时段，针对不同的网格和时间步长，需要循环执行步骤102至105，动态模拟沙尘气溶胶在大气中的排放、平流、扩散、对流、重力沉降、干湿沉降等过程，最终获得不同时间和空间范围内沙尘气溶胶浓度的三维时空分布，如附图3、图4所示。在大气化学模式模拟过程中，可以通过对地理网格并行计算实现。
[0120]
当然，除了浓度三维分布，还可以通过图表的形式输出沙尘气溶胶的浓度分布，或者可以通过二维地图的形式输出沙尘气溶胶的浓度分布，本实施例对此不作限定。
[0121]
本实施例还可以采用两层嵌套模拟，其中外层覆盖全球，分辨率为1x1度，内层嵌套覆盖中国及其周边地区，分辨率为0.33x0.33度。本实施例的模拟时段覆盖2010年全年。在全球尺度上，沙源地和沙尘浓度高值区主要分布在北非、中东、我国西北地区以及北美西部、澳大利亚东部，在沙尘源区及周边区域，近地面沙尘年均浓度可以达到300μg/m3以上，在沙尘源区的下游海洋地区，沙尘年均浓度可以达到15μg/m3以上。在中国及周边区域，沙源地和沙尘浓度高值区主要分布在北方地区和我国西北地区，北方地区的近地面沙尘年均浓度可以达到150μg/m3以上。从北向南、从西向东，沙尘浓度逐步减小，这与沙源地的分布及盛行风带的分布一致。本实施例模拟的沙尘源地和沙尘浓度空间分布特征与现有的科学认知总体一致，可以合理反映沙尘的全球和区域分布。
[0122]
本发明实施例中，考虑了沙尘排放通量在垂直方向上的合理分配，改善了沙源地下游地区沙尘浓度模拟偏低的问题，并且更全面地考虑了起沙的多种限制因素，减少出现沙尘虚报的问题，可支持精细化的沙尘组分模拟，同时适用于全球-区域多种尺度，而且实现沙尘排放通量计算方案部分关键参数的本地化(如临界摩擦速度)，提升特定地区沙尘排放表征能力。
[0123]
本发明实施例提供了一种沙尘排放通量的计算装置，该装置用于实现上述沙尘排放通量的计算方法。如图5所示的沙尘排放通量的计算装置的示意性框图，沙尘排放通量的计算装置500包括：获取模块501，提取模块502，确定模块503，计算模块504。
[0124]
获取模块501，获取气象数据作为大气化学输送模式的输入；
[0125]
提取模块502，针对选定的地理网格，提取沙尘排放通量计算所需的气象数据和特
征参量；
[0126]
确定模块503，根据提取的所述气象数据和所述特征参量，确定所述地理网格的起沙能力并计算起沙系数和沙尘排放通量垂直分配系数；
[0127]
计算模块504，基于所述起沙系数和所述沙尘排放通量垂直分配系数，计算沙尘的起沙排放通量。
[0128]
可选的，确定模块504计算起沙排放通量时，还基于近地面摩擦速度，所述近地面摩擦速度基于地表粗糙度计算得到。。
[0129]
可选的，确定模块503确定所述地理网格的起沙条件包括：根据土地利用类型、植被比例、土壤类型、土壤温度、海冰标识、物理雪深、2米相对湿度中的至少两种数据确定所述地理网格的起沙能力。
[0130]
可选的，确定模块503确定所述地理网格的起沙条件还包括：根据所述地理网格的临界摩擦速度确定所述地理网格的起沙能力，其中不同类型的地区具有不同的临界摩擦速度。
[0131]
可选的，确定模块503计算所述地理网格的沙尘排放通量垂直分配系数为：
[0132]
对于沙漠地区：
[0133]
dhk＝uk*58.44*hz
k-0.67
[0134]
对于其他地区：
[0135]
dhk＝uk*30.17*hz
k-0.48
[0136]
其中dhk代表模式垂直第k层的权重，uk为模式垂直第k层的风速，hzk为模式垂直第k层距离地面的高度，所述dhk在模式所有垂直层加和权重中的占比即为垂直层k对应的垂直分配系数。
[0137]
可选的，所需气象数据和特征参量提取模块502提取的所述气象数据和特征参量包括：不同垂直层上的风速u分量和v分量、10米风速u分量和v分量、2米温度、2米相对湿度、模式不同垂直层中心点距离地面高度、土地利用类型、土壤类型、土壤温度、土壤水分、海冰标识、物理雪深、植被比例、模拟月份中的一种或多种数据。
[0138]
可选的，计算模块504将沙尘气溶胶分为4档，不同档具有不同的沙尘粒径，对不同档的分配比例设置对应的分配系数。优选的4档分别为0.1～1μm、1～2.5μm、2.5～5μm、5～10μm，前两档为细颗粒，后两档为粗颗粒，不同档具有对应的分配比例，优先为该4档的分配比例分别是0.1、0.2、0.5、0.2。
[0139]
可选的，计算模块504基于如下公式计算沙尘的起沙排放通量：
[0140][0141]
其中df
ik
是起沙排放通量，i和k分别代表不同的沙尘粒径段和模式垂直层；a为起沙标准系数；ρ为空气密度；g是重力加速度；dt为积分的时间步长，在开展模拟前进行设置；de为所述起沙系数；u
*
是近地面摩擦速度；是所述临界摩擦速度；rh是近地面相对湿度，rh0是临界相对湿度；drfi为沙尘不同粒径分档的分配比例；dhfk为所述沙尘排放通量垂直分配系数；dzk为模式垂直层的厚度。
[0142]
可选的，计算模块504还用于：
[0143]
获取预设的沙尘气溶胶中的多种化学组分的占比；
[0144]
根据每种化学组分的占比和所述沙尘的起沙排放通量，确定沙尘气溶胶中所述每种化学组分对应的排放通量。
[0145]
可选的，计算模块504还用于：
[0146]
根据所述沙尘的起沙排放通量，模拟沙尘气溶胶的物理化学过程；
[0147]
根据所述沙尘气溶胶的物理化学过程的计算结果和输出频率设定，输出沙尘气溶胶的浓度分布。
[0148]
本发明的沙尘排放通量计算方案，考虑了沙尘排放通量在垂直方向上的合理分配，改善了沙源地下游地区沙尘浓度模拟偏低的问题，并且更全面地考虑了起沙的多种限制因素，减少出现沙尘虚报的问题，可支持精细化的沙尘组分模拟，同时适用于全球-区域多种尺度，而且实现沙尘排放通量计算方案部分关键参数的本地化(如临界摩擦速度)，提升特定地区沙尘排放表征能力。
[0149]
本发明的示例性实施例还提供一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与至少一个处理器通信连接的存储器。所述存储器存储有能够被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序在被所述至少一个处理器执行时用于使所述电子设备执行根据本发明实施例的方法。
[0150]
本发明示例性实施例还提供一种存储有计算机程序的非瞬时计算机可读存储介质，其中，所述计算机程序在被计算机的处理器执行时用于使所述计算机执行根据本发明实施例的方法。
[0151]
本发明示例性实施例还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，其中，所述计算机程序在被计算机的处理器执行时用于使所述计算机执行根据本发明实施例的方法。
[0152]
参考图6，现将描述可以作为本发明的电子设备600的结构框图，其是可以应用于本发明的各方面的硬件设备的示例。电子设备旨在表示各种形式的数字电子的计算机设备，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。
[0153]
如图6所示，电子设备600包括计算单元601，其可以根据存储在只读存储器(rom)602中的计算机程序或者从存储单元608加载到随机访问存储器(ram)603中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在ram 603中，还可存储设备600操作所需的各种程序和数据。计算单元601、rom 602以及ram603通过总线604彼此相连。输入/输出(i/o)接口605也连接至总线604。
[0154]
电子设备600中的多个部件连接至i/o接口605，包括：输入单元606、输出单元607、存储单元608以及通信单元609。输入单元606可以是能向电子设备600输入信息的任何类型的设备，输入单元606可以接收输入的数字或字符信息，以及产生与电子设备的用户设置和/或功能控制有关的键信号输入。输出单元607可以是能呈现信息的任何类型的设备，并且可以包括但不限于显示器、扬声器、视频/音频输出终端、振动器和/或打印机。存储单元608可以包括但不限于磁盘、光盘。通信单元609允许电子设备600通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据，并且可以包括但不限于调制解调器、
网卡、红外通信设备、无线通信收发机和/或芯片组，例如蓝牙设备、wifi设备、wimax设备、蜂窝通信设备和/或类似物。
[0155]
计算单元601可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元601的一些示例包括但不限于中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、各种专用的人工智能(ai)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(dsp)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元601执行上文所描述的各个方法和处理。例如，在一些实施例中，沙尘排放通量的计算方法可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元608。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom 602和/或通信单元609而被载入和/或安装到电子设备600上。在一些实施例中，计算单元601可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行沙尘排放通量的计算方法。
[0156]
用于实施本发明的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
[0157]
在本发明的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
[0158]
如本发明使用的，术语“机器可读介质”和“计算机可读介质”指的是用于将机器指令和/或数据提供给可编程处理器的任何计算机程序产品、设备、和/或装置(例如，磁盘、光盘、存储器、可编程逻辑装置(pld))，包括，接收作为机器可读信号的机器指令的机器可读介质。术语“机器可读信号”指的是用于将机器指令和/或数据提供给可编程处理器的任何信号。
[0159]
为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，crt(阴极射线管)或者lcd(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
[0160]
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部
件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(lan)、广域网(wan)和互联网。
[0161]
计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。