扩散模型综述

城市交通道路机动车尾气的扩散模型综述

摘要：归纳了国内外机动车尾气扩散模型,基于开阔道路型、街道峡谷型和交叉道路型3类城市典型交通道路,探讨了各种机动车尾气扩散模式的优缺点和适用性。

关键词：扩散模式；城市典型道路；机动车排气

引言

2009年我国首次成为世界汽车产销第一大国，机动车污染日益严重，机动车尾气排放成为我国大中城市空气污染的主要来源[1]。机动车排放污染对城市低空大气环境和人体健康危害较大。近年来，城市热点区域（街道峡谷、交叉道口）的机动车污染扩散问题日益得到广泛重视。上世纪中页，国外研究专家就开始开发针对城市交通道路机动车尾气的扩散模型[2]。研究方法基本上是在把握城市道路参数、交通参数和气象参数等的基础上，考察各类机动车排放因子，运用湍流扩散理论及大气化学理论等确定污染物浓度。其发展经历了从简单到复杂，从计算地面最大浓度到计算地面浓度时空分布，从点源到面源及复合源的过程[3]。根据城市典型交通道路，可分为三类模型：开阔道路扩散模型、街道峡谷扩散模型、交叉道路扩散模型。

1. 开阔道路扩散模型

开阔道路为城市道路的主干，由于路面比较宽阔，车流量大，车速较快，两侧高层建筑物较少，或建筑物的平均高度与道路宽度之比较小，所以污染物易受气象参数影响而快速扩散，尾气污染物浓度与车流量往往有很高的相关性。适用于此类道路的机动车尾气扩散模型主要为基于高斯理论的扩散模型，主要有CALRoads[4] 、GM[4]、H IWAY[5] 、TEXIN–2[6] 、GFLSM[7]、ISMAP[8]、TRAQSIM[9]等，在我国应用最多的是CALRoads 模型。

1.1CALRoads模型

CALRoads[4]模型是由美国加利福尼亚交通部开发的道路大气扩散模型, 包括CALINE4、CAL3QHC 和CAL3QHCR 的3个模块。CALINE 模型系列的最近版本是CALINE4 模型，它基于高斯扩散方程，应用混合层的概念来描述道路上方污染物的扩散。CAL3QHC 模型是预测道路交叉口附近机动车污染物排放质量浓度的模式, 其中包括CALINE 线源扩散模式和信号灯交叉口交通排队长度算法。CAL3QHC 模式最多可以模拟120条路段、60个受点的污染物质量浓度[10]。CALRoads 模型仅限于预测地形条件相对简单、气象条件相对稳定的高速公路和城市开阔型道路及停车场等场所在微尺度区域内受点的污染物质量浓度，而且输入参数较繁杂，和GIS结合以进行空间数据管理、分析和可视化的难度较大。

2 扩散模型

2.1 高斯模型

燃气泄漏后会在泄漏源附近形成气团，气团在大气中的扩散计算通常采用高斯模型。高斯模型的基本形式是在如下的假设条件下推导出来的[1、9]：假定燃气在扩散的过程中没有沉降、化合、分解及地面吸收的发生；燃气连续均匀地排放；扩散空间的风速、大气稳定度都均匀、稳定；在水平和垂直方向上都服从正态分布。

泄漏燃气相对密度小于或接近1的连续泄漏采用高斯烟羽模型。以泄漏点为原点，风向方向为x轴的空间坐标系中的某一点(x，y，z)处的质量浓度计算公式如下[9]：

平均风速＞1m/s时：

平均风速=0.5～1m/s时：

平均风速＜0.5m/s时，假设气团围绕泄漏点浓度均匀分布，则距离泄漏点r处的燃气质量浓度为：

式中ρd(x，y，z)——扩散燃气在点(x，y，z)处的质量浓度，kg/m3

x、y、z——x、y、z方向上距泄漏点的距离，m

ua——平均风速，m/s

δx、δy、δz——x、y、z方向的扩散系数，m

h——泄漏点高度，m

ρd(r)——距离泄漏点r处的燃气质量浓度，kg/m3

r——空间内任意一点到泄漏点的距离，m

a、b——扩散系数，m

t——静风持续时间，s，取3600的整数倍

扩散系数可查HJ/T 2.2—93《环境影响评价技术导则大气环境》得到。

2.2 重气扩散模型

液化石油气密度比空气密度大，属于重气。该类气体泄漏时在重力的作用下会下沉，这时使用高斯模型计算的结果会使泄漏燃气扩散速度偏大，泄漏源附近的浓度偏小。为了解决这个问题，可以引入最早由Van Ulden提出，并由Manju Mohan等发展的箱式模型[1]。箱式模型分为两个阶段：泄漏后的重气扩散阶段和重气效应消失后的被动气体扩散阶段。

重气泄漏后首先是重气扩散阶段。在这个阶段，重气云团由于重力作用逐渐下沉并不断卷吸周围的空气，在卷吸空气的同时，气云受热，最终当重气云团与空气的密度差＜0.001kg/m3时，可认为气云转变成中性状态。

- 1 - 扩散模型综述

扩散模型是一种用来表示影响和改变传播物的模型，最初由关注传播的学者们利用。它可以帮助人们了解社会传播的复杂性，以及影响这种传播的各种因素，因此它在多种学科领域，如社会网络分析、社会心理学和社会学等领域，都有着广泛的应用。

二、扩散模型的种类

1、点状扩散模型：点状扩散模型是最简单的扩散模型，它假设传播物品只有一个源，即称之为源，它是主要索引中心，围绕它，源会向它周围的节点传播。

2、线状扩散模型：线状扩散模型是比较完整的扩散模型，它指的是物品由许多源传播至许多接收者，而这些源和接收者之间是有联系的。

3、面状扩散模型：面状扩散模型是传播物品由多个源传播至多个接收者，而这些源和接收者之间互相关联。

三、应用

1、新闻传播：新闻传播可以使用扩散模型来分析新闻在社会传播中的趋势，以及影响新闻传播的因素，以便更好地宣传信息。

2、产品传播：产品传播是商业组织在社会网络中的基本活动，可以使用扩散模型分析与影响产品传播的影响因素，以便更好地实现宣传信息。

3、疾病传播：疾病传播是指疾病在人群之间的传播，可以使用扩散模型分析疾病传播的过程，以及影响疾病传播的因素，以便更好 - 2 - 地实现防控策略。

四、优缺点

1、优点：扩散模型能够简单准确地描述传播的基本特征，具有良好的实用性。此外，其复杂性也可以被广泛应用于多种情况中，营造出不同的扩散路径。

2、缺点：扩散模型的传播影响因素多，因而研究较为复杂；另外，由于扩散模型计算量较大，对计算资源的要求较高，因此在实际应用中受到一定程度的限制。

五、总结

扩散模型是用来表示影响和改变传播物的有效模型，它有着广泛的应用范围，如新闻传播、产品传播、疾病传播等，但其复杂性以及计算量较大等因素，也使得其应用受到一定程度的限制。

第２６卷第２期　２０Ｏ７年２月　工业技术经济　Ｖ０１．２６．Ｎｏ．２　总第１６０期　

技术创新扩散模型　

宋海荣董景荣刘超　

（重庆师范大学，重庆４０００４７）　

［摘要］　本文对附录中２０个扩散模型的分类方法进行了概述，这些分类法分别从模型结构、拐　

点位置、内外部影响系数等角度对模型进行分类。这些不同的分类法不仅能为给定的数据集进行模型选　

择提供帮助，而且还能为研究更为柔性的扩散模型提供有力的理论基础。　

［关键词］　拐点影响系数组合预测模型选择　

（中图分类号）Ｆ１２４．３　【文献标识码］Ｂ　

Ｏ引　言　

技术创新扩散模型就是应用扩散理论来描述和预测　

社会系统中的创新扩散而建立的一系列假设的数学分析　

模型。到目前为止，已出现大量的形形色色的技术创新　扩散模型，最具代表性的是Ｓ型系列扩散模型。这类模　

型是建立在潜在采用者总体扩散率宏观统计行为分析基　

础上，反映技术创新扩散速度的时间过程，具体扩散过　

程建立ｓ型模型的基本方法是曲线拟合法ｌ－１　Ｊ。　

自２０世纪６０年代起，扩散模型的研究日趋活跃，　

早期阶段主要集中于基本模型和Ｂａｓｓ模型族的研究，但　

这些模型均服从基本模型中的基本假设。市场学家和经　

济学家在基本模型和Ｂａｓｓ模型族的基础上，添加了更多　

的参数以使模型柔性化，这些参数涉及变化的环境、创　

新的竞争、多阶段采用、创新的内在关系等，如纳入价　格因子的模型，动态竞争技术扩散模型，多阶段技术扩　

散模型，基于市场竞争、广告的各种扩散模型Ｌ２Ｊ。　

尽管这些基本扩散模型（包括基本模型和Ｂａｓｓ模型　

族）存在局限性，但由于现有模型的研究大都是在这些　

模型基础上的扩展，因此探讨这些基本扩散模型之间的　

内在联系和区别，可为研究更为柔性的扩散模型提供有　力的理论基础【３　Ｊ。本文主要是综述了不同的学者对基本　

扩散模型的分类，以及这些分类法的现实意义。　

１根据模型公式结构分类　

这种分类方法比较简单，主要是根据模型的不同结　构把附录中２０个基本扩散模型分为三类。第一类模型具