基于观测和模拟的HCBD大气寿命研究

作     者：晋童 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王艳

授予年度：2019年

学科分类：082803[工学-农业生物环境与能源工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 

主      题：六氯-1,3-丁二烯 化学箱模型 大气寿命 大气反应机理 

摘      要：六氯-1,3-丁二烯(Hexachloro-1,3-butadiene,HCBD)是一种持久性有机污染物(POPs),具有毒性、生物积累性、持久性、远距离传输性等危害特性,其在中国的排放量逐年升高,远超其他各国,且在生物体内也被检测到,因此渐渐为人们所重视。六氯-1,3-丁二烯属于VOCs,可以从水土表面和湿润土壤中快速挥发进入大气,大气中含量远超其他介质,所以研究六氯-1,3-丁二烯在大气中的转化过程和停留时间具有重要意义,基于该研究背景,本课题选择以六氯-1,3-丁二烯的大气寿命作为研究对象。以往关于六氯-1,3-丁二烯大气寿命计算方面的研究计算过程较为粗糙,不够准确。本研究将六氯-1,3-丁二烯的反应机理和C1气相化学反应机理加入MCM气相化学反应机制中,基于BOXMOX化学箱模型构建出可以模拟六氯-1,3-丁二烯浓度和反应过程的大气化学反应箱模型,并借助在线监测数据及其他物理气象数据的约束,在BOXMOX大气化学反应箱模型中对相关自由基浓度和六氯-1,3-丁二烯的大气寿命进行了模拟计算。根据模型模拟结果得知,六氯-1,3-丁二烯被OH自由基氧化降解约占其消耗总量的80-90%,被CI自由基氧化消耗的六氯-1,3-丁二烯约占10-20%,而NO3、HO2、O3消耗六氯-1,3-丁二烯的总量不及0.001%。可以认为六氯-1,3-丁二烯被OH自由基氧化降解的反应占主导,与CI自由基的反应占次要地位,而与NO3、HO2、O3的反应程度极低。通过对六氯-1,3-丁二烯大气寿命的模拟与计算,认为以中国东部地区的污染水平,六氯-1,3-丁二烯的大气寿命约为1.76年。六氯-1,3-丁二烯被OH自由基氧化降解的反应速率常数取值对其大气寿命估值影响非常大;其次,模型中有无CI反应机制和CINO2浓度的持续约束对大气寿命模拟也有较大影响;CINO2浓度取值影响稍小;光解速率常数计算方法和N2O5浓度持续约束对六氯-1,3-丁二烯大气寿命模拟计算影响很小;模型中边界层高度取值和TUV模型参数取值对各自由基浓度模拟和大气寿命计算影响甚微,可忽略不计。本研究构建出了可以模拟六氯-1,3-丁二烯浓度和反应过程的大气化学反应箱模型,通过该模型模拟出了各自由基浓度并模拟计算得出各种模拟条件下的六氯-1,3-丁二烯大气寿命,通过分析确定了符合中国东部地区污染条件的六氯-1,3-丁二烯大气寿命,并分析得出了各模拟条件对六氯-1,3-丁二烯大气寿命的影响,为今后相关决策及治理方案提供了可靠的依据。