题目：第三代空气质量模型的研究与应用

面对空气污染日益严重的现实，科学家们在努力寻找一种能够模拟出空气污染状况的方法或工具，用来对大气污染进行模拟分析，以此来提高空气污染治理的效果并让公众了解自己生存环境的空气质量。因此，开发和研究空气质量模型成为全球科学家们研究的热点。目前国际上最先进的空气质量模型是美国国家环保局(EPA)开发研制的第三代空气质量模型Models-3/CMAQ，其核心是CMAQ(Community Multiscale Air Quality)，也称为CMAQ模型。由于此模型的输入数据由中尺度气象模式MM5和污染排放模式SMOKE提供，因此完整的空气质量模型系统由MM5/SMOKE/CMAQ组成。自CMAQ模型发布以来，得到了广泛的应用。但是，其安装和数据模拟运行都是在字符界面下进行的，给一般研究者带来难以想象的困难。为了解决这一问题，本文采用当前Linux中最流行的界面开发软件Qt，对模型系统进行二次开发，极大地方便了用户的使用和操作。最后利用可视化操作界面中的MM5模块对西安市的气象条件进行了模拟，模拟结果与实际气象走势基本一致。
本文实现了集群机下空气质量模式运行环境的设计与搭建，并分析了模式在集群环境下的运行过程。在Fedora12下利用开发软件Qt4.6对空气质量模型CMAQMM5SMOKE进行图形化集成系统开发。改变了以前字符界面系统模式，大大降低了空气质量模型系统使用的难度。本文的主要工作如下：
(1) 在研究MM5/SMOKE/CMAQ模型的基础上，详细介绍了模型的框架结构、工作原理等问题，同时对集群机下搭建模型的方法做了研究。
(2) 在大量阅读空气质量模型操作手册及查阅相关资料的基础上，对CMAQ/MM5的工作原理进行了不断的实验和研究，成功的将模式移植到集群机系统上。并利用测试数据对美国东部地区的NO2进行了模拟，利用VERDI软件将模拟结果图形化输出。
(3) 针对空气质量模型复杂的安装和运行过程，利用图形界面开发工具对该模型作了改进，对Linux下图形界面开发软件Qt以及Qt中的信号与槽(signal and slot)机制做了介绍，设计了整个模式系统图形界面的框架。在Qt下实现了模型系统的可视化开发。首先利用类生成了系统中需要的窗体，然后通过Shell调用来完成对安装系统所需要的软件环境进行检查；接下来通过交互式对话窗口来实现用户对安装配置的修改；并且对整个模式数据的输入输出进行了可视化管理；最后用户可以利用本系统对自己研究区域的结果实现图形化输出，从而实现
了整个系统的智能化。完成了空气质量模型系统的可视化开发，实现了整个系统的智能化。
 (4) 利用系统中尺度数值模拟MM5模块，模拟了西安市的三维气象场。结果表明和实际气象走势基本一致。为将整个模式系统应用到西安市的空气质量模拟工作中打下了一定的基础。