一种估算细颗粒物及其前体物环境容量的新方法

摘要

本发明提供一种估算细颗粒物及其前体物环境容量的新方法，包括：得到大气静态总容量；得到污染物水平方向输送总量；得到干沉降总量和湿沉降总量，再求和得到沉降总量；得到水平扩散总量和垂直扩散总量，再求和得到扩散清除总量；将水平方向输送总量、沉降总量和扩散清除总量求和，得到大气动态容量；求和大气静态总容量和大气动态容量，再进行修正，得到污染物订正后的环境容量。优点为：从污染物生成、转化、消亡等物理化学过程量化大气对污染物的容纳能力，并且细颗粒物及其前体物的环境容量具有时空动态特征，采用本发明提供的方法估算大气污染物环境容量时，结果更为逼近真实监测值。还具有估算过程简单快速、计算量小的优点。

主权项

一种估算细颗粒物及其前体物环境容量的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对于被估算的三维评价区域，建立空间投影坐标系XYZ；其中，X方向和Y方向位于水平面；Z方向为垂直方向；步骤2，在水平方向，按设定的网格分辨率，将所述三维评价区域进行网格化处理，将其格网化为x*y个网格，其中，x为X方向网格数量，y为Y方向网格数量；在垂直方向，按照设定的垂直方向层数，再将已水平方向网格化的所述三维评价区域划分为z层，其中，z为Z方向的层数；步骤3，利用中尺度气象模式模拟计算所述三维评价区域评价年的气象要素逐小时均值，获得第三代空气质量模式模拟计算必需输入的气象参数，包括：每个网格在x方向的风速u_i,j,k以及每个网格在y方向的风速v_i,j,k；步骤4，利用第三代空气质量模式模拟计算所述三维评价区域评价年的大气污染物浓度逐小时均值，获得步骤2得到的每个网格的空气质量参数，包括：污染物成分、污染物的浓度c_i,j,k、干沉降过程清除的污染物浓度湿沉降过程清除的污染物浓度水平扩散过程清除的污染物浓度和垂直扩散过程清除的污染物浓度步骤5，读取基于国家环境空气质量标准等级的污染物标准浓度限值c_std以及各层评价柱体的体积V_k，基于公式1计算得到三维评价空间的大气静态总容量Q_static：$Q_{static}=\underset{k=1}{\overset{z}{\Sigma }}{c}_{std}\times V_k---\left(1\right)$步骤6，对于任意的第i,j,k网格，读取该网格的污染物浓度c_i,j,k、在x方向的风速u_i,j,k、在y方向的风速v_i,j,k、在x方向网格分辨率dx_i,j、在y方向的网格分辨率dy_i,j和网格高度dz_i,j,k；再读取到第i‑1,j,k网格的在x方向的风速u_i‑1,j,k、在y方向的网格分辨率dy_i‑1,j和网格高度dz_i‑1,j,k；再读取到第i,j‑1,k网格的在y方向的风速v_i,j‑1,k、在x方向网格分辨率dx_i,j‑1和网格高度dz_i,j‑1,k；然后，基于公式2计算得到第i,j,k网格的网格水平输送量F_i,j,k：$\begin{array}{c}{F}_{i,j,k}=c_{i,j,k}\times u_{i,j,k}\times {\mathrm{dy}}_{i,j}\times {\mathrm{dz}}_{i,j,k}\\ +c_{i,j,k}\times u_{i-1,j,k}\times {\mathrm{dy}}_{i-1,j}\times {\mathrm{dz}}_{i-1,j,k}\\ +c_{i,j,k}\times v_{i,j,k}\times {\mathrm{dx}}_{i,j}\times {\mathrm{dz}}_{i,j,k}\\ +c_{i,j,k}\times v_{i,j-1,k}\times {\mathrm{dx}}_{i,j-1}\times {\mathrm{dz}}_{i,j-1,k}\end{array}---\left(2\right)$在分别计算得到每个网格的网格水平输送量后，基于公式3，对每个网格的网格水平输送量进行求和计算，得到三维评价空间的污染物水平方向输送总量F：$F=\underset{i=1}{\overset{x}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{y}{\Sigma }}\underset{k=1}{\overset{z}{\Sigma }}{F}_{i,j,k}---\left(3\right)$步骤7，对于任意的第i,j,k网格，读取干沉降过程中该网格清除的污染物浓度和该网格保留的污染物浓度c_i,j,k；然后，基于公式4计算得到该网格的干沉降量$D_{{\mathrm{dry}}_{i,j,k}}=V_{{\mathrm{dry}}_{i,j,k}}\times c_{std}=\frac{c_{{\mathrm{dry}}_{i,j,k}}}{c_{{\mathrm{dry}}_{i,j,k}}+c_{i,j,k}}\times c_{std}---\left(4\right)$其中，代表干沉降速率；在分别计算得到每个网格的干沉降量后，基于公式5，对每个网格的干沉降量进行求和计算，得到三维评价空间的干沉降总量D_dry：$D_{dry}=\underset{i=1}{\overset{x}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{y}{\Sigma }}\underset{k=1}{\overset{z}{\Sigma }}{D}_{{\mathrm{dry}}_{i,j,k}}---\left(5\right)$步骤8，对于任意的第i,j,k网格，读取湿沉降过程中该网格清除的污染物浓度以及该网格保留的污染物浓度c_i,j,k；然后，基于公式6计算得到该网格的湿沉降量$D_{{\mathrm{wet}}_{i,j,k}}=V_{{\mathrm{wet}}_{i,j,k}}\times c_{std}=\frac{c_{{\mathrm{wet}}_{i,j,k}}}{c_{{\mathrm{wet}}_{i,j,k}}+c_{i,j,k}}\times c_{std}---\left(6\right)$其中，代表湿沉降速率；在分别计算得到每个网格的湿沉降量后，基于公式7，对每个网格的湿沉降量进行求和计算，得到三维评价空间的湿沉降总量D_wet：$D_{wet}=\underset{i=1}{\overset{x}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{y}{\Sigma }}\underset{k=1}{\overset{z}{\Sigma }}{D}_{{\mathrm{wet}}_{i,j,k}}---\left(7\right)$步骤9，基于公式8，将步骤7得到的干沉降总量D_dry和步骤8得到的湿沉降总量D_wet进行求和计算，得到三维评价空间的沉降总量Dep：Dep＝D_dry+D_wet                      (8)步骤10，对于任意的第i,j,k网格，读取水平扩散过程中该网格清除的污染物浓度和该网格保留的污染物浓度c_i,j,k；然后，基于公式9计算得到该网格的水平扩散量$D_{{\mathrm{hor}}_{i,j,k}}=V_{{\mathrm{hor}}_{i,j,k}}\times c_{std}=\frac{c_{{\mathrm{hor}}_{i,j,k}}}{c_{{\mathrm{hor}}_{i,j,k}}+c_{i,j,k}}\times c_{std}---\left(9\right)$其中，代表水平扩散速率；在分别计算得到每个网格的水平扩散量后，基于公式10，对每个网格的水平扩散量进行求和计算，得到三维评价空间的水平扩散总量D_hor：$D_{hor}=\underset{i=1}{\overset{x}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{y}{\Sigma }}\underset{k=1}{\overset{z}{\Sigma }}{D}_{{\mathrm{hor}}_{i,j,k}}---\left(10\right)$步骤11，对于任意的第i,j,k网格，读取垂直扩散过程中该网格清除的污染物浓度和该网格保留的污染物浓度c_i,j,k；然后，基于公式11计算得到该网格的垂直扩散量$D_{{\mathrm{ver}}_{i,j,k}}=V_{{\mathrm{ver}}_{i,j,k}}\times c_{std}=\frac{c_{{\mathrm{ver}}_{i,j,k}}}{c_{{\mathrm{ver}}_{i,j,k}}+c_{i,j,k}}\times c_{std}---\left(11\right)$其中，代表垂直扩散速率；在分别计算得到每个网格的垂直扩散量后，基于公式12，对每个网格的垂直扩散量进行求和计算，得到三维评价空间的垂直扩散总量D_ver：$D_{ver}=\underset{i=1}{\overset{x}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{y}{\Sigma }}\underset{k=1}{\overset{z}{\Sigma }}{D}_{{\mathrm{ver}}_{i,j,k}}---\left(12\right)$步骤12，基于公式13，将步骤10得到的水平扩散总量D_hor和步骤11得到的垂直扩散总量D_ver进行求和计算，得到三维评价空间的扩散清除总量Dif：Dif＝D_hor+D_ver                      (13)步骤13，基于公式14，将步骤6得到的污染物水平方向输送总量F、步骤9得到的沉降总量Dep和步骤12得到的扩散清除总量Dif进行求和计算，得到三维评价空间的大气动态容量Q_dynamic；Q_dynamic＝F+Dep+Dif                  (14)步骤14，基于公式15，将步骤5得到的大气静态总容量Q_static和步骤13得到的大气动态容量Q_dynamic进行求和计算，得到三维评价空间的污染物初始环境容量Q；Q＝Q_static+Q_dynamic                     (15)步骤15，读取到污染物转化率α，基于公式16，得到污染物订正后的环境容量Q’：Q'＝Q×1/α                         (16)；步骤15中，当污染物初始环境容量Q为一次细颗粒物初始环境容量时，按公式16得到的环境容量Q’即为一次细颗粒物环境容量，并且，此时α取值为1；当污染物初始环境容量Q为硫酸盐时，按公式16得到的环境容量Q’为二氧化硫环境容量，并且，此时α取值为：0＜α＜1；当污染物初始环境容量Q为硝酸盐时，按公式16得到的环境容量Q’为氮氧化物环境容量，并且，此时α取值为：0＜α＜1。