对流云云中酸化的数值模拟——Ⅰ.模式建立和初步结果

发展了一维半、时变、微物理过程参数化处理的对流云云雨酸化的物理-化学模式,较为全面地考虑了污染气体向液水的质量传输过程以及液相化学反应动力学过程.通过初步模拟发现,垂直上升气流会很快把低层高浓度SO_τ气体输送到云的上层,从而使酸化过程得到加强;云滴与雨滴微物理结构的不同,对污染气体的吸收影响很大,小的云滴比雨滴更易酸化,云、雨水对污染气体的吸收和云、雨水的比含水量有关.因对流云云内外交换强烈,液水吸收掉的污染气体量相对于环境场而言是很小的.     

回收法氧化镁湿法烟气脱硫机理和工艺基础研究

以氧化镁浆液作为吸收液,对空气与SO₂混合气的鼓泡吸收做了全过程的实验观察.测试分析表明,在高效而稳定的脱硫过程中,吸收液的酸化是由HSO₃^-所致;酸化趋势与SO₂水解规律相一致,由初期高pH值下SO₃^2-为主的缓变到低pH值下HSO₃^-为主的剧变;吸收液温度对脱硫率的影响不敏感;MgSO₃相对高的溶解度和易氧化性及MgSO₄良好的水溶性保持了MgO脱硫的高效率(>98%)和高利用率.燃煤烟气脱硫工业试验确认了MgSO₄经吸收液循环可提浓至实验温度(40～50℃)下的饱和浓度而不产生有害影响,脱硫率因脱硫活性物质的富集反而提高,从而显示出回收工艺的技术经济可行性.     

云下洗脱-Eulerian模式

在Eulerian模式中,在大气氨浓度大于硝酸的条件下,简要讨论了各种污染物对雨水组成的影响.结果表明,在本文考虑的情况下,氨对SO_2气体洗脱和SO~(2-)形成的影响最大,且能抑制雨水的酸化;过氧化氢的作用略小于氨.气溶胶对雨水SO_4~(2-)浓度的贡献小于气体.云下H_2O_2和O_3氧化能力的大小取决于雨水的pH、降落距离和各自的浓度.在雨水pH高,降落距离短和各自浓度小时,O_3的氧化能力大于H_2O_2,反之则H_2O_2大于O_3.对韶关降水酸化的模拟表明,考虑气体污染物补充机制的Eulerian模式可以较好地模拟现场降水酸化过程.     

广州地区春季酸雨的物理和化学特征

对1986年春季广州地区酸雨综合观测的雨滴谱和离子成分资料表明:春季有频繁的酸雨出现,其中SO2-₄, NO-₃、NH+₄和Ca2+四种离子成分是影响雨水酸性的主要因素。由于春季降雨常是间歇性小雨,雨滴谱型窄,雨滴均方直径仅0.5mm左右,这种降雨类型有利于冲洗大气中的气溶胶粒子和污染气体。雨水酸度和电导率随降雨过程的延续而呈下降趋势。      

模拟潮汐和植被对湿地温室气体通量的影响研究

以福建省九龙江入海口的滩涂潮间带作为研究对象,通过原位采样和室内人工微宇宙实验,利用静态箱-气相色谱法,研究了潮汐植被对湿地CH₄、CO₂和N₂O 3种重要温室气体通量的影响.结果表明,3种温室气体通量在模拟潮汐和植被作用下表现出明显的差异.模拟潮汐对CH₄和N₂O通量的影响没有明显的规律,总量上都表现为排放;对CO₂通量具有显著影响,退潮时抑制,表现为吸收,涨潮时促进,表现为排放.植被促进CH₄的排放,对CO₂通量影响无明显规律,对N₂O通量表现为抑制作用.植被除了自身对温室气体直接作用外,还通过改变沉积物的理化性质影响微生物活动,进而影响温室气体通量.综合分析,植被对温室气体通量的影响要比模拟潮汐作用明显.     

氯化亚砜酰化尾气的吸收和利用

氯化亚砜酰化尾气为HCl、SO_2,采用微负压抽吸,水-碱-水三级吸收,可有效地除去这两种气体.吸收液经中和可得到CaCl_2、Na_2SO_3两种产物.     

西南地区酸雨形成大气化学过程

通过野外观测、实验室实验和数值模拟研究了西南地区酸雨形成大气化学过程.新认识如下:①人为排放引起的酸雨及空气污染,目前尚未明显波及到西藏高原;②在重污染区SO_2污染严重,不管降水云是否酸性或污染,降水总是酸性、受污染的,云下洗脱痕量气体及颗粒物起重要作用,氧化剂是降水酸化的控制剂;③在典型农村地区,降水化学组成依赖于降水云的化学组成,即依赖于云化学,酸化过程中SO_2是控制剂;④该地区主要氧化剂是H_2O_2,高度越高,云水中H_2O_2含量越高;⑤该地区是硫酸型酸雨,硝酸含量有上升趋势,在考虑降水酸度时有机酸贡献不可忽视;⑥降水中很多元素来自颗粒物,颗粒物缓冲参数化并耦合到云下洗脱模型中,大大缩小了观测与数值模拟的降水酸度之差.     

酸雾

最近研究表明,雾可以凝聚高浓度酸性硫酸盐和硝酸盐。在美国加州南部,有时发现雾水的酸度比一般的雨水高100倍。雾水比雨水酸的原因是雾的形成靠近地面,而那高度污染严重,又因为雾的沫滴比雨滴水量少得多,不象雨滴那样能稀释酸度。     

太原市PM2.5积累特征及重污染天气成因分析

收集了太原市2014-2018年秋冬季（10月-翌年2月） PM_2.5、SO₂、NO₂和CO浓度数据以及对应时刻气象资料,基于逐日PM_2.5在16：00-01：00时的变化将其分为消散过程、慢速积累过程和快速积累过程,从PM_2.5积累的角度分析了太原市PM_2.5的污染特征及影响因素,并将其运用于重污染天气形成过程的探讨.结果表明,太原秋冬季慢速积累过程占比最高为44%,快速积累过程占27%,消散过程占29%.10月以慢速积累为主占比超过60%,11和12月快速积累占比最高接近40%,1、2月慢速积累再次占主导地位;快速积累过程占比最高的年份为2014年和2016年均超过35%,慢速积累和消散占比最高的年份均为2017年.慢速积累状态下,二次污染物的生成有助于PM_2.5的积累速率增加;快速积累状态下一次污染物对PM_2.5积累速率影响更明显;发生快速积累时,来自临汾、晋城等东南方向区域输送显著增加.太原市重污染天气的形成过程以慢速积累为主,占比77%.重污染天气下,市区多以硫酸盐和硝酸盐复合污染为主,而郊区以硝酸盐污染为主.     

层状云降水中化学过程的数值模拟

对一维时变的层状云物理化学模式的化学过程作了研究,引入了较为细致的化学模式,并以类似化学反应方程式的方式处理了气液传输、碰并和云雨转化过程。在此基础上讨论了典型条件下的云雨酸化过程。模拟结果表明,高空云雨水组成随时间逐渐减小,地面雨水组成呈峰型分布。在降水后期pH值主要同O₃和SO₂有关;主要来自气溶胶,来自NH₃,气体和气溶胶对的贡献大致相当,和Ca￣(2＋)的云下清除约占60％～80％;在降水前期H₂O₂时S(Ⅳ)的氧化超过O₃,降水后期S(Ⅳ)的氧化主要通过O₃。      

中国酸沉降:来源、影响与控制

总结我国酸沉降观测与模拟、来源与影响以及控制与成效,不仅能为未来我国大气污染治理提供科学依据,也能为国际酸沉降控制提供参考.本文回顾了40年来我国酸沉降研究的发展历程,对有关酸雨时空分布特征、致酸气体排放、土壤和地表水酸化、酸化缓冲机制、临界负荷区划以及酸雨控制对策等研究进展进行综述.我国酸雨污染经历了快速发展、污染缓和、再次恶化和持续改善4个阶段,与酸性气体——二氧化硫和氮氧化物的排放趋势相一致.我国酸雨区主要分布在长江以南及青藏高原以东的广大地区以及四川盆地,而不是排放最为集中的华北地区,反映出氨气和盐基阳离子排放的较强中和作用.作为酸沉降的主要危害,我国土壤酸化严重,而地表水酸化与欧美相比并不突出,原因是盐基阳离子沉降和硫氮转化（如硫酸根吸附和反硝化等过程）提供了特别的缓冲作用.随着二氧化硫排放优先于氮氧化物得到初步控制,我国降水化学组成由硫酸型转变成硫酸-硝酸-铵混合型,从而氮沉降,特别是铵沉降对我国土壤酸化的贡献越发显现.国家“两控区”划分、大气污染物总量控制与“大气污染防治行动计划”等政策的实施,有效控制了我国酸沉降的发展,酸化的土壤和地表水开始出现恢复的趋势.     

二氧化硫浓度的垂直分布对云下雨水酸化的影响

用一物理化学模式讨论了云下雨水的酸化过程.参照重庆地区的实际情况,讨论了SO_2随高度指数分布和其它分布对酸化的影响及近地面层高浓度SO_2对酸化的影响.SO_2平均浓度与实际垂直分布相比较,地面雨水成份相差较小,用平均浓度代替实际垂直分布是可行的.     

An Eulerian model for a slowly moving cold frontal system with sulfur chemistry: Model description and application

Simple sulfur chemistry is incorporated with a diagnostic cloud module to furnish an Eulerian model for slowly moving cold frontal systems. Chemical species include sulfur dioxide and sulfate in air, cloud and rain water. The diagnostic method to determine cloud water content is rather crude at present, but the primary results, including a three-dimensionmal test, seem reasonable. Two-dimensional applications of the model are made for a precipitation event presented in a frontal process in March 1988, Guagdong Province, southern China. The cross-section is selected to be representative of major industrial areas of Guangdong. The analysis of the modeling results displays the effects of the lifting and shearing of the wind field onto the distribution patterns of pollutant distributions. Clouds are shown widely polluted with the lifting and entrainment of the polluted air from lower layers, so that acid rain was generated in the precipitation area following the front, covering the most part of Guangdong Province. The pllutants are transported northerly with the front surface are generally transported southerly, but in-cloud pollutants are transported northerly with a wider extension. The results qualitatively show that the transport of acidic precursors in such a weather system is of medium scale and the acidic deposition in Guangdong might be contributed mainly by the sources of Guangdong Province itself.     

Parameterization of episodical cloud and rainout events in large-scale atmospheric chemistry models

A parameterization scheme taking into account the episodical nature of rainout and incloud chemical transformation has been tested in a 2-D channel model. In the liquid phase many soluble gases are observed in concentrations never experienced in the gas phase. The effects on the trace gases SO₂ and hydrogen peroxide, when they are modified by clouds and precipitation, are studied. When incloud interaction of SO₂ and hydrogen peroxide is taken into consideration, calculated hydrogen peroxide profiles are brought closer to observed distributions. The effect of varying the time periods between cloud and rain events is tested. The impact on the formation and destruction of tropospheric ozone is also discussed.     

云下降雨洗脱痕量气体时S(IV)的液相氧化过程

用数值模拟跟踪S(Ⅳ)氧化生成SO_4~2的行为,研究SO_2及NH_3等气体浓度、降雨酸度、雨滴大小、持续降雨时间等因素对四个氧化途径(O_3氧化,H_2O_2酸催化氧化;Mn~(2+),Fe~(3+)催化氧化;降落到地面后S(Ⅳ)的氧化)的影响。 计算结果表明,我国北方地区云下降雨洗脱SO_2等痕量气体时,降雨中四个氧化途径都起作用,而以O_3氧化过程为主,在西南地区,首先是O_3氧化S(Ⅳ)起主要作用,而降雨的进一步酸化则是H_2O_2酸催化氧化S(Ⅳ),降雨过程中Mn~(2+),Fe~(3+)催化氧化S(Ⅳ)不是最主要途径。     

On the drop and aerosol size dependence of aqueous sulfate formation in a continental cumulus cloud

An entraining air parcel model including microphysical and chemical processes is used to investigate the drop size dependence of pollutant concentrations in a growing cloud under continental background conditions. For the calculation of the chemical processes, the drop size of the cloud drops and their initial dry particle size before activation is taken into account. The size dependence of the pollutant concentration in drops smaller than 8 μm radius is mainly influenced by the activation and fast condensational growth of recently entrained particles. In drops larger than 20 μm radius the main process influencing the drop size dependence of the pollutant concentration is coalescence between drops. The size dependence in drops between 8 and 20 μm radius is determined by the drops activated at the cloud base and the drops growing on particles that are entrained at higher altitudes, the influence of the latter rapidly increasing with height. Drops that are growing on large particles are polluted with initital aerosol matter to such an extent that sulfate production by oxidation is not significant in them. In drops growing on small particles the initial aerosol load has relatively little influence on the chemical processes in the drop. Oxidation of S(IV), especially by ozone, takes place mainly in these drops. The dependence of chemical processes of initial dryk particle size holds throughout the most of the cloud, until coalescence starts playing a role. If the cloud evaporates before producing precipitation-sized drops, the increase of aerosol mass due to cloud chemical processes is found to have taken place in the aerosol accumulation mode. If precipitation-sized drops were produced during the cloud stage, the soluble volume fraction of the aerosol matter has increased throughout the aerosol size distribution, but mainly in the accumulation mode.