[发明专利]增加有机气溶胶化学过程的大气污染模拟预测算法

说明书

本发明公开了一种增加有机气溶胶化学过程的大气污染模拟预测算法，其基于CALGRID的化学模式，考虑大气化学反应、大气输送与扩散、沉降、地面面源和高架排放源的影响，并引入对有机气溶胶浓度的影响变化项，本发明建立的SOA查表法也能够反映有机气溶胶SOA及其前体物的关系，基本具备了SORGAM气溶胶模式的模拟能力。

技术领域

本发明属于大气环境污染物检测技术领域，尤其涉及中尺度大气光化学污染的改进型预测模型。

背景技术

空气质量模式，是在对污染物排入大气环境后传输、扩散、转化和清除等一系列物理和化学过程的认识基础上，利用气象、环境、物理、化学等学科的研究方法和计算机技术，实现模拟和预报不同空间尺度上空气污染物浓度分布状况及变化趋势的方法，在空气质量预报、大气污染控制、环境规划与管理、城市建设及公共卫生等方面均有重要的实际应用价值，具有广阔的发展前景。

CALGRID是由美国加州的ARB(Air Resources Board)开发的，是欧拉型的中尺度大气光化学模式，针对二次污染物如臭氧的模拟具有较好效果，主要适用于晴空条件下的光化学反应的模拟，包含了大气输送与扩散、气相化学反应、人为排放的点面线源、干沉降等过程。

随着城市化的进程加快和社会经济的快速发展，以酸雨、光化学污染、灰霾污染物相互耦合叠加为特征的大气复合污染成为了我国越来越突出的大气环境问题。近些年，对京津冀、长江三角洲、珠江三角洲等重点城市群的区域大气复合污染的形成机制和综合防治的研究是我国环境保护研究的热点问题。因此，要求空气质量模式能对多种大气污染物(痕量气体、气溶胶等)在不同尺度下(区域、城市等)的不同类型污染过程(气相、液相、非均相)进行模拟。为了更好的利用CALGRID模型认识和理解痕量气体的气相化学过程、气溶胶微物理化学过程和液相化学过程，为大气复合污染调控与治理提供了理论支持，需要CALGRID不仅要能模拟解决与气相化学反应有关的臭氧污染问题，还要能合理描述气溶胶的物理化学过程，云雨水中的液相化学过程，以及与降水有关的湿沉降过程。

此外，真实大气中各种化学成分以及各类化学反应过程是相互影响的。例如，臭氧和颗粒物之间，臭氧会影响无机盐气溶胶前体物SO₂、NO₂向硫酸盐、硝酸盐转化，会影响VOCs生成二次有机气溶胶(SOA)的过程；另一方面，颗粒物会直接影响大气辐射，作为云凝结核(CCN)形成云滴间接影响大气辐射，这些都会影响气相成分的光化学反应，并且颗粒物表面的非均相化学过程也会影响大气气相成分的浓度。可见，CALGRID模型只有包括了各个化学过程，才能合理准确的模拟预报臭氧、颗粒物等大气成分的浓度和沉降量。

有机气溶胶是大气气溶胶的重要成分，在污染严重的城市地区一般占PM_2.5和PM₁₀质量的20～60％，而在偏远地区大约占PM₁₀的30～50％。无论在污染地区还是在偏远的背景地区，有机气溶胶都是由数百种有机化合物组成的混合物，其中许多具有致癌、致畸和致突变性，如多环芳烃、多氯联苯和其它含氯有机化合物。它们还能够影响大气能见度，是大气光化学烟雾、酸沉降的重要贡献者，可通过长距离传输对区域和全球环境产生重要影响。随着经济的高速发展，中国出现了城市和区域性大气颗粒物污染现象，有机气溶胶日益成为大气污染控制的关键污染物和控制的难点。因此，有必要在CALGRID中补充增加有机气溶胶的模拟能力。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种增加有机气溶胶化学过程的大气污染模拟预测算法,有效的对大气颗粒物污染，尤其是对大气中挥发性有机物的气溶胶浓度变化进行了模拟预测，对大气污染的控制和防治提高了理论依据和指导。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：一种增加有机气溶胶化学过程的大气污染模拟预测算法，包括以下步骤：