[發(fā)明專利]增加無機鹽氣溶膠化學(xué)過程的大氣污染模擬預(yù)測算法

在審

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• 申請日: 2018-01-09
• 公開（公告）號: CN108319808A
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝旻;王體健;李樹
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 南京蘇創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32273
• 代理人: 王華

本發(fā)明公開了一種增加無機鹽氣溶膠化學(xué)過程的大氣污染模擬預(yù)測算法，其基于CALGRID的化學(xué)模式，考慮大氣化學(xué)反應(yīng)、大氣輸送與擴散、沉降、地面面源和高架排放源的影響，并引入對無機鹽氣溶膠濃度的影響變化項，較好的反應(yīng)了SO₄^2?、NO₃^?、NH₄⁺氣溶膠及其前體物之間的平衡過程，具備了對無機鹽氣溶膠物理化學(xué)過程良好的模擬能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于大氣環(huán)境污染物檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及中尺度大氣光化學(xué)污染的改進 型預(yù)測模型。

背景技術(shù)

空氣質(zhì)量模式，是在對污染物排入大氣環(huán)境后傳輸、擴散、轉(zhuǎn)化和清除等一系列物理和化學(xué)過程的認(rèn)識基礎(chǔ)上，利用氣象、環(huán)境、物理、化學(xué)等學(xué)科的研究方法和計算機 技術(shù)，實現(xiàn)模擬和預(yù)報不同空間尺度上空氣污染物濃度分布狀況及變化趨勢的方法，在 空氣質(zhì)量預(yù)報、大氣污染控制、環(huán)境規(guī)劃與管理、城市建設(shè)及公共衛(wèi)生等方面均有重要 的實際應(yīng)用價值，具有廣闊的發(fā)展前景。

CALGRID是由美國加州的ARB(Air Resources Board)開發(fā)的，是歐拉型的中尺度大氣光化學(xué)模式，針對二次污染物如臭氧的模擬具有較好效果，主要適用于晴空條件下 的光化學(xué)反應(yīng)的模擬，包含了大氣輸送與擴散、氣相化學(xué)反應(yīng)、人為排放的點面線源、 干沉降等過程。

隨著城市化的進程加快和社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，以酸雨、光化學(xué)污染、灰霾污染物相互耦合疊加為特征的大氣復(fù)合污染成為了我國越來越突出的大氣環(huán)境問題。近些年， 對京津冀、長江三角洲、珠江三角洲等重點城市群的區(qū)域大氣復(fù)合污染的形成機制和綜 合防治的研究是我國環(huán)境保護研究的熱點問題。因此，要求空氣質(zhì)量模式能對多種大氣 污染物(痕量氣體、氣溶膠等)在不同尺度下(區(qū)域、城市等)的不同類型污染過程(氣 相、液相、非均相)進行模擬。為了更好的利用CALGRID模型認(rèn)識和理解痕量氣體的 氣相化學(xué)過程、氣溶膠微物理化學(xué)過程和液相化學(xué)過程，為大氣復(fù)合污染調(diào)控與治理提 供了理論支持，需要CALGRID不僅要能模擬解決與氣相化學(xué)反應(yīng)有關(guān)的臭氧污染問題， 還要能合理描述氣溶膠的物理化學(xué)過程，云雨水中的液相化學(xué)過程，以及與降水有關(guān)的 濕沉降過程。

此外，真實大氣中各種化學(xué)成分以及各類化學(xué)反應(yīng)過程是相互影響的。例如，臭氧和顆粒物之間，臭氧會影響無機鹽氣溶膠前體物SO₂、NO₂向硫酸鹽、硝酸鹽轉(zhuǎn)化，會 影響VOCs生成二次有機氣溶膠(SOA)的過程；另一方面，顆粒物會直接影響大氣輻 射，作為云凝結(jié)核(CCN)形成云滴間接影響大氣輻射，這些都會影響氣相成分的光化 學(xué)反應(yīng)，并且顆粒物表面的非均相化學(xué)過程也會影響大氣氣相成分的濃度。可見， CALGRID模型只有包括了各個化學(xué)過程，才能合理準(zhǔn)確的模擬預(yù)報臭氧、顆粒物等大 氣成分的濃度和沉降量。

我國是SO₂、NO_x、NH₃排放量較大的國家之一,加之自然源NO_x的大量排放,由 化學(xué)轉(zhuǎn)化而形成的硫酸鹽(SO₄^2-)、硝酸鹽(NO₃^-)、銨鹽(NH₄⁺)等次生氣溶膠在大氣 中具有相當(dāng)含量。因此，研究中國區(qū)域大氣污染(包括光化學(xué)污染)過程中，空氣質(zhì)量 模式準(zhǔn)確模擬無機鹽氣溶膠(硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽氣溶膠)對于模擬結(jié)果非常關(guān)鍵。 CALGRID原有模型中僅考慮氣相化學(xué)過程，缺乏對無機鹽氣溶膠的模擬能力。

相對于硫酸鹽氣溶膠而言,硝酸鹽氣溶膠具有揮發(fā)性,這是兩者最大的不同。為了模擬硝酸鹽氣溶膠的時空分布,需要引入熱力學(xué)平衡模式,從化學(xué)熱力學(xué)的觀點出發(fā)， 求得不同相態(tài)物種的平衡狀態(tài)及在此狀態(tài)下的平衡濃度。因此，有必要在CALGRID模 式中增加硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽濃度的熱力學(xué)平衡算法。

發(fā)明內(nèi)容