北京地区FLEXPART模式适用性初步研究

FLEXPART是挪威大气研究所开发的拉格朗日粒子扩散模式.为客观地评价该模式在北京地区的适用性,以北京上甸子大气本底站为例,模拟了CO浓度变化及其源区分布特征,并与该站实测CO浓度和2006年排放源清单进行了比对.结果表明:①模式模拟的CO浓度变化趋势可以较好地反映上甸子地区CO浓度的日变化规律,CO浓度的模拟值与实测值的相关系数在春夏两季分别达到0.42和0.41;②春夏两季北京市污染气团主要源地分布在西-西南和西西南-南-南南东扇区,模式结果较好地体现了北京及周边地区CO源区的分布特征.初步研究表明,FLEXPART模式在北京地区是基本适用的.     

燃煤发电厂烟塔合一环境影响之二——华能北京热电厂烟塔合一设计环境影响估算

介绍了德国导则规范的污染物扩散模式.该模式为依照德国2002年空气清洁法研制的拉格朗日模式.利用该模式计算了华能北京热电厂烟塔合一设计通过120m冷却塔排放的烟气对地面造成的附加质量浓度.作为对比计算了与120m冷却塔排放量相同情况下通过240m烟囱排放的烟气对地面造成的附加质量浓度.计算结果表明,通过120m冷却塔排放烟气对地面造成的SO₂和PM₁₀附加年均质量浓度和日最大质量浓度总体小于通过240m烟囱排放对地面造成的结果.      

脉冲电化学氧化降解亚甲基蓝

为改善传统电化学氧化的缺陷,将脉冲式供电引入到电化学氧化中,利用Ti/PbO₂-PVDF电极,对亚甲基蓝（MB）模拟染料废水进行电化学氧化降解处理,分析初始浓度、脉冲电压、脉冲频率、占空比和NaCl浓度等因素对降解效果的影响.结果表明,当MB初始浓度为100mg/L,脉冲电压为5.5V,脉冲频率为1500Hz,占空比为50%,NaCl浓度为0.01mol/L时,降解效果最好.在相同条件下,比较脉冲与直流两种供电模式下的电化学氧化效果.结果表明脉冲模式下,90min内MB脱色率、COD去除率及电流效率分别为100%、94.5%和60.1%,均高于直流模式;脉冲模式下能耗为0.013kWh/gCOD,远小于直流模式的0.107kWh/gCOD.上述结果表明脉冲供电模式相比于直流供电模式具有明显优势.     

北京上甸子大气本底站CO2浓度的源汇区域代表性研究

为研究单个站点观测浓度的源汇区域代表性及所在区域的CO2通量特征,利用大气反转模式FLEXPART模拟确定影响上甸子站观测浓度的气团主要来源,利用Carbon Tracker模式反演CO2浓度和通量的时空分布,并通过数值迭代方法和相关性分析方法获取最优印痕函数阈值,得到影响测站CO2浓度的源汇区域范围.其次,将在线观测CO2浓度筛分为本底和非本底浓度,利用FLEXPART模式追踪测站本底和非本底源区,研究发现,本底和非本底源汇区域明显不同并随季节变化.在印痕函数大于一定阈值的潜在源区内,本底和非本底区域净通量变化趋势差异明显,而且在各通量分支中本底区域化石燃料通量较小、生物圈通量较大,非本底区域化石燃料通量较大、生物圈通量较小.通过反演模式能够定量得到影响测站观测浓度的源汇区域及区域通量特征.     

城市空气质量数值预报系统对PM2.5的数值模拟研究

发展了南京大学城市空气质量数值预报模式系统(NJU-CAQPS),在模式系统中引入了气溶胶模块.运用该系统对南京地区冬夏两季PM2.5浓度的时间变化规律和空间分布特征进行了数值模拟研究,通过与实际观测资料对比,检验发展后的模式系统对于细颗粒物的模拟性能.结果表明,南京市城近郊内冬夏两季PM2.5浓度具有明显的时空变化特征,一般在半夜和清晨会出现较高浓度,午后至傍晚浓度较低.冬季浓度高于夏季,冬夏两季算例的浓度日均值之比为1.51.空间分布受到排放源位置、地面流场等因素影响.二次气溶胶在PM2.5中占相当的份额,冬夏两季算例中二次气溶胶在PM2.5中所占比例分别为12%和15%,夏季二次气溶胶对PM2.5浓度贡献较冬季大.与实际观测资料的对比验证表明,经过发展的该模式系统对于城市PM2.5等颗粒物的模拟性能良好.     

多模式模拟评估奥运赛事期间可吸入颗粒物减排效果

以空气质量多模式系统为工具,分析奥运赛事期间可吸入颗粒物(PM10)浓度大幅减小特征,从气象场和排放源两方面研究PM10浓度大幅减小的主要原因.多模式系统由嵌套网格空气质量模式(NAQPMS)、通用空气质量多尺度模式(CMAQ)和复杂大气空气质量三维模式(CAMx)3个空气质量复合模型组成,并以中尺度气象模式(MM5)和稀疏矩阵排放处理模型(SMOKE)提供统一气象场及排放源.研究对比2006年8月、2008年8月两组气象条件下北京PM10浓度水平及模拟效果,结果表明奥运赛事期间PM10浓度大幅减小的主要原因不是气象因素,而是由于额外措施引起的PM10排放减少.同时采用多模式系统数值模拟反向评估,获得北京奥运赛事期间奥运控制及额外减排措施引起的PM10减排量,结果表明,奥运赛事期间所有额外控制措施对颗粒物浓度效果相当于在2008年8月气象条件下,削减大约200t.d-1的无组织PM10排放,相当于北京正常时期PM10排放的50%.     

甲醇柴油双燃料燃烧结合DOC/POC耦合大幅度减少发动机微粒排放的研究

对一台四缸增压中冷柴油机采用甲醇柴油双燃料模式,研究了甲醇替代率和柴油机氧化催化转化器耦合微粒催化转化器(DOC+POC)后处理装置对该发动机烟度和微粒数量、质量浓度的粒径分布特性的影响.试验结果表明,随甲醇替代率的增加,发动机烟度和微粒数浓度、质量浓度均有不同程度的降低,核态微粒浓度显著降低,聚集态微粒浓度基本保持不变.相比于DOC+POC对纯柴油发动机排气烟度25%左右的净化效率,在甲醇柴油双燃料模式下DOC+POC对排气烟度的平均净化效率在60%以上,最大达到96%,显示了该后处理技术在甲醇柴油双燃料模式下清洁排放的良好应用前景.     

CMAQ模式及其修正技术在上海市PM_(2.5)预报中的应用检验

利用CMAQ空气质量数值预报模式对上海市PM2.5浓度进行预报,选取10个囯控站点监测数据对预报进行验证评估.结果表明,CMAQ模式开展能够较好地模拟出PM2.5的时间变化趋势及浓度水平,但总体处于低估的水平,偏低幅度约25%,尤其在高污染阶段,模式的低估更为突出,达32%,这与污染源清单的不确定性有关.为提高PM2.5预报准确度,采用学习型线性回归方法对PM2.5浓度的数值预报结果进行修正,统计检验结果显示修正预报准确率由原来的76.4%提高到了79.3%,污染预报成功指数由56.4%提高至72.1%,明显提高了PM2.5浓度的预报效果,反映了引入实际监测数据对空气质量数值预报模式进行修正的研究意义和可行性.     

陶瓷膜接触器在润湿模式下吸收SO2的传质强化

将平均孔径为100 nm的Al_2O_3陶瓷膜组装成膜接触器,以单乙醇胺(MEA)为吸收剂,在考察吸收剂浓度对膜吸收过程影响的基础上,深入比较了陶瓷膜在润湿和非润湿模式下脱除SO_2的传质性能.实验结果表明,当MEA浓度大于0.26 mol·L~(-1)时,润湿模式下SO_2的脱除率和传质系数均高于非润湿模式.根据膜理论和阻力串联模型建立了陶瓷膜吸收SO_2的传质方程,理论计算表明,润湿模式下膜相传质阻力因瞬间化学反应的存在大幅降低,润湿模式更适用于脱除烟气中低浓度的SO_2.本研究结果可为陶瓷膜接触器在膜吸收领域的工业化应用和进一步传质优化提供参考.     

风蚀性粒子降尘浓度的动力学预报模式

为探求开放源露天煤尘在自然风力作用下的扩散情况,本研究采用空气动力学的数值计算方法,以离散相拉格朗日随机轨道为计算模型,预测了原煤、大矿、水洗和精煤4类煤种料堆的降尘浓度分布,并采用风洞试验对结果进行了对比验证.结果表明:动力学模式对风蚀粒子的预报误差在±25%,其中原煤种的预报度最高,误差10%.动力学模式与高斯沉降模式相比,高斯模式对尘源处的降尘浓度预报误差过大,动力学预报模式是基于颗粒群的运动轨迹的行为预报,能准确地描述粗大颗粒的跃移运动状态,对于满足Rosin-Rammler粒径分布的固体粒子降尘浓度的预报良好.     

Mathematical modeling of cloud chemistry in the Los Angeles basin

A mathematical model of cloud chemistry was evaluated with the cloud chemistry data collected by Richardset al. (1983,Atmospheric Environment17, 911–914) from 1981 to 1985 in stratus clouds in the Los Angeles Basin. The model simulates atmospheric chemistry including gas-phase chemistry, aqueous-phase chemistry and droplet mass transfer, vertical transport, rainfall and turbulent diffusion.Evaluation of the model entailed two major part. First, the equilibrium chemistry is evaluated with a total of 52 case studies. Then, the model with treatment of cloud chemistry, vertical transport and diffusion is evaluated with two case studies. The results of the model simulations show the importance of vertical transport in determining the chemical composition of stratiform clouds.The sensitivity of sulfate, nitrate, ammonium and hydrogen ion concentrations to precursor levels, various chemical kinetic and cloud microphysical parameters and various environmental conditions is discussed.     

亚洲大陆2000～2002年春季大气沙尘时空特征的数值模拟

将矿物沙尘释放与沉降模式和全球大气化学传输模式相耦合,建立了一个能够完整描述沙尘的扬起、输送和沉降动态过程的模式系统,并利用实时气象资料强迫该模式,对2000、2001和2002年春季(3～5月)亚洲大气沙尘时空特征进行了数值模拟研究.结果表明,模拟的3年春季平均大气柱沙尘浓度分布与地面观测的3年春季平均沙尘暴频率分布范围基本吻合,模拟的沙尘气溶胶光学厚度与卫星观测的气溶胶指数具有显著的相关性,验证了该模式对亚洲沙尘的扬起、传输和沉降过程及大气沙尘载荷时空特征有较好的模拟能力,并基于模拟的沙尘释放通量与沙尘气溶胶光学厚度的相关分析,探讨了亚洲沙尘可能的传输路径.     

A computational model for supercritical water oxidation of organic toxic wastes

A computational fluid dynamics (CFD) model was proposed to simulate the supercritical water oxidation (SCWO) process for organic wastes. The SUPERTRAPP code (by NIST) for thermodynamic and transport properties of hydrocarbon mixtures was incorporated into the commercialized general purpose CFD code CFD-ACE for flow under supercritical pressure. The global kinetic models for supercritical water oxidation of methanol and methane (developed at MIT Energy Lab) were implemented and validated in the CFD-ACE framework against experimental data from a tubular reactor. A series of parametric studies to investigate flow rates, thermal boundary conditions and reactor geometry was performed for methane SCWO in a co-axial reactor and the optimized operating conditions and reactor geometry were obtained. Detailed three-dimensional flow, heat and chemistry simulations of methanol SCWO in the CSTR at MIT Energy Lab were also performed with predicted conversions comparable to measurements.     

中国对流层二氧化硫光化学氧化过程的数值研究

利用一个三维非静力区域大气化学输送模式与中尺度气象模式MM5相连接构成一个数值模拟系统，模拟了中国地区对流层臭氧与其前体物的分布以及二氧化硫转化为硫酸盐的过程，模式扬地面源排放、大气输送和扩散、干沉积、气相化学反应和云雨过程。结果表明：日间，O3浓度主要由NOx和NMHC的源排放和光化学反应过程支配，大气辐射是光化学反应强弱的决定因子，其强度可使SO2、O3和SO4^2-的生成浓度呈现不同的日变化和季节变化，结果表明高浓度的O3对二氧化硫转化为硫酸盐的化学过程有很大的促进作用，然而，这种作用受NMHC浓度的影响很大，较高浓度的NMHC使O3浓度上升，但同时增加了对OH等自由基的消耗，使SO2的转化率降低。     

土壤优先流的理论研究和试验分析

在活动流场模型的基础上建立了新的溶质运移控制方程,研究了流场分形特征参数的计算方法;采用4组染色示踪试验资料,分析了活动流场模型模拟土壤水流运动和溶质运移宏观非均匀特征的适用性.模拟分析表明,活动流场模型能较准确地捕捉到土壤中的优先流特别是不稳定流的宏观运动特征;土壤存在大孔隙结构的情况下,水流和溶质将更快的迁移到深层土壤,活动流场模型模拟计算的入渗深度偏小,但大于连续性模型的模拟计算结果;当土壤中的大孔隙结构较少时,活动流场模型模拟预测的土壤含水率分布和溶质浓度分布与实测结果比较一致.     

Hailstones as cloud water composition probes: An initial assessment

This is a preliminary exploration of using hailstones as natural probes of cloud droplet chemistry Big hailstones grow primarily in the strongest updraft regions of the severest convective storms, so that if their chemical contents are representative of the cloud droplets from which they grow, they could be useful probes of chemical transport from the lower troposphere, where the anvils form and then evaporate. Results from chromatographic analyses of chloride, nitrate, nitrite, sulfate, and oxalate are presented from individual growth layers of hailstones collected from several different storms. In spite of considerable variability and possibilities of contamination from the ground, the results appear consistent enough to warrant further investigation of this possible source of data on cloud chemistry.     

The influence of environmental deterioration and network improvement on transport modal choice

We consider that transport modal choices are influenced by natural environmental change and transport network improvement. This paper examines how these impacts affect individuals’ decisions on selecting transport mode under an extension plan for the Osaka Monorail Loop-line. To estimate these impacts, we perform a Stated Choice (SC) experiment for collecting data in the neighborhood along the monorail's extended line. We estimate our model with the Heteroskedastic Extreme Value (HEV) specification in order to avoid the Independence of Irrelevant Alternatives (IIA) assumption in the Multinomial Logit (MNL) model. Both the results of full-sample and sub-sample data imply that residents prefer public transport modes (monorail or bus) to private cars when either the natural environment becomes worse or the transport network improves.