[发明专利]一种中尺度大气光化学污染综合过程分析方法

说明书

本发明公开了一种中尺度大气光化学污染综合过程分析方法，在CALGRID空气质量模式中加入排放模块、水平平流和扩散模块、垂直平流和扩散模块和沉降模块、化学变化项模块，将每个时步当中各个过程引起的污染物浓度变化量输出，然后进行分析，以讨论污染事件中排放、输送、扩散、化学以及沉降等的相对贡献，使模式能够输出不同过程引起的污染物浓度变化等更多有助于理解空气污染过程细节的物理量。

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。

目前欧拉型的中尺度大气光化学模式，例如ARB的CALGRID模式具有较好的稳定性，针对二次污染源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。但CALGRID模式缺少综合过程分析功能，无法对影响污染物形成的不同过程进行定量分析。但综合过程分析功能在空气质量模式中很有必要性，化学反应物的排放，垂直和水平方向的平流与扩散，均相气相、均相液相以及非均相的化学转化、地表沉降、模式边界的输入输出等过程对污染物浓度的影响不一样，了解这些物理或化学因子在污染物形成过程中的相对作用，对研究污染物的形成，制定减少污染物浓度的控制对策具有重要意义。目前，无论实测的还是模式输出的常规小时浓度资料，提供的信息均为某时刻值，反应的该时段的初始态和最终态，即所有过程影响的总效果。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种中尺度大气光化学武软综合过程分析方法，使CALGRID模式能够输出不同过程引起的污染物浓度变化等更多有助于理解空气污染过程细节的物理量。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：一种中尺度大气光化学污染综合过程分析方法，包括以下步骤：

步骤1：以CALGRID模式为基础，考虑大气化学反应、大气输送与扩散、沉降、底面积高架排放源的影响，并对化学物种原始浓度中物理量的平均量分解为脉动量，得到化学物种浓度变化方程如式(1)，

式中，C是化学物种平均浓度，V是三维风矢量的平均量，K是湍流扩散系数，E是污染源排放，是由于沉降引起的物种浓度变化，P_CHEM是化学产生率，L_CHEM是化学损失率；式(1)中二阶湍流扩散项通过湍流扩散系数K理论闭合转化得到；式(1)中右侧多项式依次分别为平流项、扩散项、源项、沉降项、化学变化项；

步骤2：在一个积分时步内，通过CALGRID模式运行排放模块(源项)，并以排放模块造成污染物浓度的改变量ΔC的输出结果，直接作为该时步排放过程对污染物浓度变化的影响；

步骤3：在同一个积分时步内，通过CALGRID模式依次对水平平流和扩散模块、垂直平流和扩散模块和沉降模块，进行运算并输出对应过程造成的污染物浓度的改变量；

步骤4：在同一个积分时步内，继续通过CALGRID模式对化学变化项运算，并以化学变化模块造成污染物浓度的改变量ΔC的输出结果，直接作为该时步排放过程对污染物浓度变化的影响；

步骤5：接着再次通过CALGRID模式依次对沉降模块、垂直平流和扩散模块和水平平流和扩散模块，进行运算输出对应过程造成的污染物浓度的改变量，并与步骤3的输出结果进行求和，得到水平平流和扩散模块、垂直平流和扩散模块和沉降模块对应过程在该时步对污染物浓度变化的影响。