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北冰洋乙型六氯环己烷环境行为数值模拟

北冰洋乙型六氯环己烷环境行为数值模拟

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作者：杨朴非哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

乙型六氯环己烷(β-HCH)作为一种代表性的物质因其很强的洋流传输能力在北极研究中得到了广泛的关注。但是目前尚无研究定量描述β-HCH进入北冰洋的传输途径。北极质量平衡箱式模型(AMBBM)是一种用于评估POPs在北冰洋的传输途径的浓度模... 详细信息

乙型六氯环己烷(β-HCH)作为一种代表性的物质因其很强的洋流传输能力在北极研究中得到了广泛的关注。但是目前尚无研究定量描述β-HCH进入北冰洋的传输途径。北极质量平衡箱式模型(AMBBM)是一种用于评估POPs在北冰洋的传输途径的浓度模型,曾经成功地应用于α-HCH的北极归趋分析。本研究将广泛使用的逸度方法,用于重建和优化AMBBM,用于分别计算北极多介质环境中β-HCH的浓度,定量分析β-HCH在北冰洋的传输途径和归宿,探求环境相界面之间的传质规律。在构建AMBBM之前,本研究通过OCED软件计算长距离传输潜力(LRTP)解释了β-HCH的传输路径是以液相流体为主,而α-HCH以大气传输为主。本研究搜集了多种建模所需的数据,建立了逸度方法下的AMBBM模型,通过对模型结果的分析比较β-HCH与α-HCH在北冰洋的环境行为区别。该模型通过了质量平衡校验,浓度对比和灵敏性分析等模型评估过程。大气长距离传输具有高效性,北极上空的β-HCH与全球各国的排放量有高度相关性。北极海水中的β-HCH浓度相比于大气中的β-HCH浓度变化更加平缓,且峰值出现得更晚。相应的,北极生物相中β-HCH浓度与北冰洋溶解相中浓度相比,同样变化更平缓,峰值也出现的更晚。本研究通过流量统计分析,在1945-2020年间,β-HCH进入北冰洋的路径中,洋流传输是最重要的传输途径(57.22%),紧随其后的是大气传输(24.52%),在大气传输中,降水造成的湿溶解占据了绝对的主导地位(92.31%)。由于流量较小,河流运输的β-HCH量最少(18.26%)。在β-HCH的归宿中,有78.45%的β-HCH通过洋流的方式离开北冰洋,约有10%的β-HCH分别通过生物降解和海水下潜的方式从北冰洋中去除,而北冰洋的挥发量很低,1945-2020年间,仅有0.2%的β-HCH以挥发的形式离开北冰洋。截至2020年,还有2.18%的β-HCH残留在北冰洋环境中。该模型共有四个界面,其中气-水界面最为复杂,降水是主要的传输途径,而干湿沉降、气体扩散的流量很小。北极大气中的β-HCH浓度经历了两个阶段,在第一个阶段,大气中的β-HCH由全世界使用排放,经过大气长距离传输(LRAT)进入北极大气。在第二个阶段,部分大气中β-HCH由北冰洋海水挥发至大气中,部分大气中的β-HCH仍旧由LRAT提供。水-粒界面处于平衡态,没有净交换;水-生物界面通过生物的营养摄入过程与环境维持一个很大的逸度差,也通过生物的呼吸作用、排遗和新陈代谢从生物相中去除。气-粒界面使用了气粒分配恒稳态理论计算。

关键词：乙型六氯环己烷环境建模多介质逸度模型环境行为

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