大气化学模式的数值计算方法

大气化学模式计算的一个重要研究热点是如何快速精确地对相互关联的非线性常微分方程组(ODES)进行数值积分求解。由于大气中各物种寿命长短相差很大,导致ODE_s具有了很强的刚性,因而在数值求算过程中存在着计算精度和计算效率的平衡问题。笔者介绍了当前几种常见的大气化学模式的计算方法,包括GEAR,QSSA(MQSSA),Y&B(MY&B),RADM,LSODE,SMVGEAR,小参数法,Gong and Cho及TWOSTEP等,并结合当前本领域内的部分研究成果对一些重要的方法进行了比较和分析。      

大气化学模式的数值计算方法

大气化学模式计算的一个重要研究热点是如何快速、精确地对相互关联的非线性常微分方程组（ＯＤＥｓ） 进行数值积分求解。由于大气中各物种寿命长短相差很大，导致ＯＤＥｓ 具有了很强的刚性，因而在数值求算过程中存在着计算精度和计算效率的平衡问题。笔者介绍了当前几种常见的大气化学模式的计算方法，包括ＧＥＡＲ，ＱＳＳＡ（ ＭＱＳＳＡ） ，Ｙ＆ Ｂ（ ＭＹ＆ Ｂ） ，ＲＡＤＭ ，ＬＳＯＤＥ，ＳＭＶＧＥＡＲ，小参数法，Ｇｏｎｇ ａｎｄ Ｃｈｏ及ＴＷＯＳＴＥＰ 等，并结合当前本领域内的部分研究成果对一些重要的方法进行了比较和分析     

图论在大气化学模式计算和灵敏度分析等中的应用

若用吉尔型法求解大气化模式，动力学模式和灵敏度度分析时，预估矩阵是不对称矩阵。在图论中该矩阵对应于一有向图（一种类型的反应图）顶点代表反应物或产物，边表示反应，图论中将向图划分成强成分可以用于ＬＵ分解一系列小矩阵代替直接ＬＵ分解预估矩阵本身，从而提高了效率，以大气化学模式的碳键机理和乙烷裂解动力学机理两例说明了，给出了许多划分强成分前后动力模型和灵敏度分析有关的有向图及其有关的矩阵，本法与间接法和     

化学质量平衡模式的原理和使用方法

化学质量平衡模式根据大气污染源和接受器受样本品所测得化学元素浓度去判断不同源类型对受体大气污染浓度的贡献。     

我国大气污染化学研究进展

本文综述了我国大气污染化学研究的概况，阐明了大气颗粒物（气溶胶）的表征研究，包括颗粒物的物理化学特性和环境化学行为；大气污染物的迁移、转化和归宿的规律，包括化学过程和大气化学模式的研究等。介绍了某些大气污染物的特殊分析测试方法和采样技术，对今后发展大气化学的展望和战略作了讨论。     

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.     

一个液相化学反应机理的建立和应用

利用比较积分反应速率的方法,建立了一个简化液相化学反应机理ARCML,并在各种大气状况下以及各种物理参数下对ARCML作了验证.然后利用ARCML模拟光化学烟雾形成初期的云水酸化过程,结果表明,自由基氧化s(Ⅳ)在污染或高NO_x的大气中非常重要.     

珠江广州段化学耗氧量(COD)数值模型

本文提出了珠江广州段COD数值模拟的控制方程、计算格式、方法、步骤和程序,并结合野外实测资料进行了参数校正和验证计算。并根据计算和实测结果对珠江广州段COD污染的时空变化特点进行讨论。本文的主要特点是:(1)考虑了COD模型的各项影响,尤其是感潮河网涨退潮交替的不定常流影响;(2)提出了感潮河网不定常流条件下COD模型数值计算中的叉口处理,即关联任意个河段的叉口处受涨退潮影响的处理方法。     

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.     

污染水体重金属形态分布的化学平衡模式

研究了湘江霞湾江段重金属污染区内镉、铅和铜的形态分布化学平衡模式,该模式体系包括12种金属和12种配体,涉及134个络合反应、42个沉淀反应和2个混合固体沉淀、5个氧化-还原反应、3种金属在颗粒物上的吸附反应。模拟研究了重金属沉淀的边界和区域,实验测定了该江段河水与重金属的络合容量和络合物的条件稳定常数作为有机配体的计算参数,考察了该江段悬浮沉积物对重金属吸附的表面络合常数作为吸附反应的输入参数。计算得到了该江段不同站位镉、铅和铜的形态分布,其结果与形态分析实测和水质分析结果基本一致。     

一个远距离输送-化学转化模式及其在酸雨研究中的应用

建立了一个将空气污染物远距离输送和大气边界层内气相化学反应模式相结合的拉格朗日模式,并应用于华南的酸雨研究.观测的SO_2浓度及硫酸盐浓度与计算结果比较,效果较好.     

土壤溶液中镉的化学形态及化学平衡研究

据土壤溶液的实际情况建立简便的平衡模式,研究了红壤、黄棕壤、黄潮土三种典型土壤溶液中Cd的化学形态和化学平衡.结果表明,溶液中Cd的主要形态为Cd~(2+)、CdCl~+和CdSO_4~6.黄潮土还有一定量的CdHCO_3~+,其它形态Cd很少,其中游离Cd~(2+)占绝大部分.红壤最高,黄棕壤次之.红壤施石灰后游离Cd~(2+)下降,CdSO_4~6增加;添加氯化物后,溶液pH下降,大量Cd进入溶液中,CdCl~+比例明显升高.溶液中Cd的形态分布与土壤Cd的生物有效性有一定关系.此外,溶解度图证明,供试土壤中不可能有Cd的矿物生成.Cd在固液相间的平衡受吸附解吸反应控制.     

重庆地区云水化学特性年际变化

重庆地区云水、雨水取样和化学分析结果表明,1989年与1985年相比较,市区雨水酸度变化不大,郊区(白市驿)雨水酸度略有增加;全地区云水酸度变化很大,1985年pH为6.15,1989年pH为4.56.化学组分分析表明,云雨水酸度增加,主要是水中酸性离子(SO_4~(2-),NO_3~-)浓度增加,碱性离子浓度减少造成的,并与大气质量变化,即SO_2浓度增加和飘尘量减少相对应.     

抗生素化学合成生产废水可生化性改善试验研究

采用水解酸化与Fenton试剂分别处理高浓度抗生素化学合成废水的厌氧出水,并采用MBR验证其生化性的改善。试验表明:在废水ρ(COD)平均为4 084 mg/L时,水解酸化COD去除率平均为26.2%,ρ(BOD5)/ρ(COD)从0.23提高到0.31,但无法保证MBR出水ρ(COD)<120 mg/L。Fenton试剂反应条件为:ρ(H2O2)=5 000 mg/L,ρ(Fe2+)=4 000 mg/L,pH=7,反应时间1 h,COD去除率达50%。混合废水经MBR处理后,出水ρ(COD)平均为98.4 mg/L,可稳定达《制药工业水污染物排放标准》。