WRF-Chem与ADMS对城区尺度大气污染精细化模拟的比较

精细化模拟对城市大气污染预报、朔源和管控具有重要意义.本文以南京市江宁区为例,利用中尺度数值模式WRF-Chem和三维高斯型模式ADMS,针对典型污染个例,开展城区尺度大气污染高分辨模拟,并对其结果进行比较分析.此外,探讨了WRF-Chem中不同城市冠层方案的模拟效果以及ADMS中不同街道峡谷特征对街道内污染扩散的影响.结果表明,WRF-Chem和ADMS都可以合理模拟内外源对关心区域的影响,实现对城区尺度大气污染的高分辨和高效率模拟;相对SLAB、BEP城市冠层方案,WRF-Chem中的UCM方案表现更好,且其模拟性能较ADMS略优;ADMS模拟街道峡谷效应时,街道和建筑尺度参数对模拟结果有较大影响,街道越窄、建筑越高,越不利于街道内污染物的扩散.综合而言,对于城区尺度的大气污染精细化模拟,使用UCM方案的WRF-Chem和ADMS都具有一定的模拟能力,可以根据计算效率和分辨率的要求选用不同模型开展研究.     

随机价格下杉木人工林的碳汇收益及最优轮伐期确定

发展林业碳汇是应对全球气候变化及实现中国2060年碳中和的重要举措。基于改进的Faustmann-Hartman模型,以中国南方浙江、福建和江西三个省份杉木人工林为研究对象,使用时间序列模型拟合并预测中国碳排放权交易市场的碳汇价格,通过蒙特卡洛模拟确定最优轮伐期及碳汇收益。研究结果表明：（1）依次纳入木材收益、地上生物量碳汇收益和死亡有机质碳汇收益时,杉木人工林的最优轮伐期分别为21.85年、22.98年和22.88年;（2）上述三种情景下,林地期望价值的净现值分别为20408.20元/hm²、24587.29元/hm²和28101.11元/hm²;（3）全面考虑包含死亡有机质碳库在内的林业碳汇效益,能够稳定提高林地所有者收益约7.02%~21.61%。此外,应进一步考虑多轮伐期下税收政策及自然风险等因素对碳汇营林的影响,这是确定最优轮伐期和碳汇收益后续研究值得重视的问题。     

温压条件下不同含水高岭石对NH4+吸附的分子模拟

为研究高岭石对NH₄⁺吸附的微观情况,通过Material Studio软件对高岭石单胞进行收敛性测试后构建了4×2×1不同水化程度高岭石模型,采用量子力学和经典力学方法对模型晶胞进行了理论计算和吸附实验研究.结果显示,在交换关联泛函GGA-PW91,K点4×3×2,截断能600eV条件下,得到了高岭石稳定结构模型（误差<2%）;高岭石对NH₄⁺的吸附受温度影响明显,随温度升高,吸附量逐渐减少,与吸附实验结果一致;动力学结果显示吸附类型主要为物理吸附,吸附作用力为范德华力和库仑力.     

低NOx环境异戊二烯促进甲苯生成甲基丁烯二醛的模拟实验

在低NO_x浓度条件下开展甲苯和异戊二烯复合体系的烟雾箱模拟实验,使用高时间分辨率的在线质子转移反应飞行时间质谱(PTR-TOF-MS)实时监测混合体系中反应物与产物的浓度变化情况,探究人为源与天然源交汇过程中, 自然源挥发性有机物 (BVOCs)对人为挥发性有机物(AVOCs)化学降解的影响.结果表明,异戊二烯与甲苯竞争OH自由基,从而抑制了甲苯的化学降解,该竞争反应开始得越早,抑制效果越显著.研究还发现异戊二烯会增强甲苯RO₂降解途径产物的产量,生成更多1,4不饱和-二羰基化合物(如丁烯二醛和甲基丁烯二醛)与二羰基化合物(如乙二醛和甲基乙二醛),其中甲基丁烯二醛增量最高可达38.6%.此外,异戊二烯快速氧化生成的RO₂自由基碳数更少,可能与甲苯氧化生成的RO₂自由基发生了快速的交叉反应,有利于甲苯RO自由基的生成及裂解,最终导致甲苯RO₂途径裂解产物的增加.     

基于InVEST-PLUS模型的碳储量空间关联性及预测——以广东省为例

构建土地利用碳储量数据库,基于InVEST模型Carbon模块,得到广东省1990~2020年碳储量时空分布情况.用Moran’s I指数和Getis-Ord Gi^*分析格网尺度下碳储量时空分布特征,用Anselin Local Moran’s I得到LISA集聚图.然后运用PLUS模型和14个土地利用驱动因子预测2050年土地利用及其碳储量分布.结果表明,土地利用变化直接影响区域碳储量高低,林地、草地等具有生态服务功能地类碳密度最高,分别是188.44,329.34Mg/hm².碳储量空间格局整体呈现出中部低、北部高、东西中等的特点.碳储量空间分布特征与土地利用特征一致,碳储量显著高值集聚区域分布在建设用地少、生态用地多且连片的粤北地区,显著低值区域分布在国土开发强度和生态用地破碎化程度高的珠三角地带.在自然发展情景下,到2050年广东省土地利用碳储量将减少4327.21万Mg,随着国土空间进一步开发,环珠江口沿岸城市碳储量持续下降.增加植被生态系统碳储量,是实现碳中和的重要手段之一.要继续维持粤北山区生态保护屏障的重要地位,减缓珠三角城市土地开发强度,提高建设用地集约节约能力,形成平衡协调的土地利用和碳储量格局.     

尾矿库重金属污染土壤电动-植物模拟修复方法研究

尾矿库重金属污染土壤的修复过程复杂且缓慢。为缩短修复周期,促进土壤修复技术的智能化和精细化发展,灵活运用电动修复+植物萃取法的机理与规律,建立修复变量评价指标体系,融合随机森林分类器和GRA模拟算法,建立土壤模拟修复GRA-RF模型,并进行了模拟修复与实验修复对比。结果表明:1）修复变量中电压梯度（0.092）重要度等级值最高,其后是电流大小（0.078）、土壤湿度（0.074）、通电时间（0.069）、土壤动态pH值（0.066）、电极间距（0.063）、电极布置方式（0.06）、添加剂种类（0.057）和电极材料（0.053）,其余变量等级值小于平均值。按照变量重要度次序改变修复变量大小,直到获得最优修复效果;2）8个修复样本的模拟修复效率高于实验修复效率,修复环境A1~A4的相对误差分别为2.22%、4.72%、8.75%和3.89%,B1~B4分别为9.91%、8.28%、6.74%和5.63%,环境A下Cd、Cu和Pb的修复效果优于环境B,而Zn的修复效果则相反;3）通过对比算法错误率,GRA-RF模型的修复效果优于Random-RF。该方法真实模拟了污染土壤强化修复过程,通过优化修复变量指标提高土壤修复效率,为制定和改进土壤修复方案提供了参考。     

垃圾焚烧炉掺烧陈腐垃圾及其配风优化的数值模拟

以某350 t/d的垃圾焚烧炉为研究对象,采用CFD模拟方法研究了城市生活垃圾掺烧填埋场陈腐垃圾及不同配风方案对燃烧过程、流场分布及NO_x排放规律等影响。结果表明:掺烧陈腐垃圾延后了床层焦炭燃烧过程,有利于挥发分析出,从而使燃烧区及烟道气相燃烧更剧烈,提高了炉膛整体温度,但也加剧了局部超温,同时一烟道出口NO_x浓度从247.85 mg/Nm3降低到198.75 mg/Nm3。工况4增大了上下层二次风,使燃烧区流体充分混燃,且烟道流体湍动度增大,使炉膛内温度更加均匀,有利于缓解一烟道高温腐蚀现象。合适的配风比可极大降低一烟道出口NO_x浓度,使之从198.75 mg/Nm3降至89.80 mg/Nm3,同时也延长了炉膛烟气的停留时间。该研究结果可为垃圾焚烧炉改进陈腐垃圾掺烧比和配风比提供参考。     

咪唑基离子液体用于天然气脱水过程中的技术-环境评价

利用Aspen Plus建立离子液体天然气脱水的工艺流程模拟,结合灵敏度分析及生命周期评价方法,对该工艺应用不同离子液体产生的技术及环境影响进行比较,并分析离子液体结构对天然气脱水工艺技术及环境评价的影响。结果表明:与烷基链较短的阳离子结合的[BF₄]-离子液体具有较好的脱水性能（[EMIM][BF₄]>[BMIM][BF₄]>[OMIM][BF₄]）;对于生产1 kg甲烷气体而言,[BMIM][PF₆]脱水法的环境影响最大,达到[OMIM][BF₄]脱水法环境影响的5倍;此外,对于具有相同阴离子[BF₄]-的脱水情况,环境影响顺序为[OMIM][BF₄]<[BMIM][BF₄]<[EMIM][BF₄]。该结果从技术和环境评价的角度为筛选或开发天然气脱水过程中选择适当的离子液体提供了指导。     

地下水原位化学修复数值模拟研究进展

数值模拟是地下水原位化学修复设计的主要方法。从地下水原位化学修复过程的物理和化学作用出发,分析了土体平衡方程、流体相连续性方程和溶质运移方程等基本控制方程,比较了常用地下水原位修复数值模拟软件的特征,指出土体变形对地下水渗流和溶质运移的影响以及现有地下水原位化学修复模拟中存在的问题,需考虑以下3个方面:1)原位注入化学修复模拟时应考虑土体变形、地下水渗流和溶质运移的三维耦合模型和模拟计算;2)药剂注入方式以及药剂注入引起的土体变形和破坏及其对土体渗透性的影响;3)药剂注入对土体固结变形和强度的影响。     

机械厂遗留场地重金属污染特征及健康风险评价

以西南某机械厂遗留场地为研究对象,利用主成分分析法和克里金插值法分析了5种重金属(Ni、Pb、As、Co、V)的污染特征及来源,并在健康风险评价中引入蒙特卡罗模拟进行了不确定性分析。结果表明:研究区表层土壤中Ni、Pb、As和Co存在富集现象,V分布相对均匀。污染主要来源包括厂区内工业活动人为源、土壤母质自然源和周边工业活动大气沉降污染源。非致癌风险主要危害因子为As和Co,As为主要致癌因子。成人和儿童主要的暴露途径分别为皮肤接触和经口摄入。成人和儿童非致癌风险超过阈值的概率分别为11.60%和60.88%,致癌风险超过阈值的概率为4.36%和2.31%,对于成人和儿童最敏感参数分别为皮肤黏附系数和体重。研究结果可为重金属污染场地土壤风险管控或修复工作提供科学指导和技术支撑。