利用同化资料改进WRF-Chem对华北地区秋季PM_(2.5)预报的研究

气溶胶初始场同化能够提高WRF-Chem气象-气溶胶耦合预报的准确度。为了讨论气溶胶同化在不同时刻对耦合模式预报的影响,针对2015年10月一次重度霾污染过程,进行了一天4个不同时刻的气象-气溶胶联合同化及短时预报试验研究。结果表明,在同化气象资料的基础上同化气溶胶观测资料能够改善不确定性较大的排放源清单带来的模拟高估问题,减小初始场PM_(2.5)的正偏差;随着初始场PM_(2.5)浓度的下降,气溶胶导致的地面辐射的下降减弱,使得日间时刻6 h预报场的向下短波辐射量增加;日间近地面温度和湿度对辐射量变化的响应(增温减湿)呈现为在空间大面积上的重合和时间上的同步,这种响应在循环滚动预报的影响下即使在夜间也得到了延续;近地面增温减湿的结构有助于边界层向上发展,从而促进气溶胶的向上传输,最终进一步减弱预报场对地表PM_(2.5)的高估。因此,气溶胶同化带来的初始场PM_(2.5)信息的改善,使得6 h耦合预报的结果更加准确。

利用WRF-Chem模式模拟分析人为气溶胶对台风Fitow(1323)强度及降水的影响

利用气象与化学模块在线耦合的模式WRF-Chem V3.5(Weather Research and Forecasting Model coupled to Chemistry Version 3.5)对1323号台风Fitow进行了模拟,设计无人为排放源、含人为排放源和人为排放源增加的三组模拟试验,对比分析了人为气溶胶对台风的影响。结果表明:人为气溶胶对台风移动路径影响较小。人为气溶胶增加,台风强度减弱,台风主体总累积降水量减少,靠近陆地阶段台风主体降水率减少。气溶胶的增多可提供更多的凝结核,台风外围云水增加,更多的云水可上升至冻结层以上形成过冷水,促进冰相粒子的形成,释放的潜热增加,使外围对流增强,降水增加。台风外围对流的发展,使低层入流的暖湿空气更多的在外围上升,向台风中心的入流减弱,眼墙的发展减弱,降水减少,台风强度减弱。台风外围的对流发展弱于眼墙的对流,降水仍以眼墙区为主,使累积降水量和降水率整体上表现为减少。

基于WRF-Chem模式的PM_(2.5)预报效果评估

为了解华东区域气象中心业务化运行的基于WRF-Chem的"华东区域大气环境数值预报业务系统"对于安徽省PM_(2.5)浓度的预报性能,结合2015年6月至2016年5月观测资料,对其预报效果进行了评估。结果表明:模式预报值与观测值的总体相关性较好,不同时效的预报效果均能达到"优秀"的范围;预报偏差的空间分布整体呈现出北部偏小,南部偏大的特点;2015年夏、秋季24h预报平均偏差呈现东北部偏小,其他地区偏大,2015年冬季、2016年春季东北部分地区和沿江江南部分地区预报值偏小,参与评估的14个城市不同季节平均偏差均在±30μg·m^(-3)以内;该模式产品对于安徽省大部分城市中度及以上污染天气PM_(2.5)浓度漏报率多于空报率。

WRF/Chem模式中两种起沙参数化方案对东亚地区一次强沙尘暴过程模拟的影响

利用耦合了GOCART和Sha004两种起沙参数化方案的WRF／Chem模式对2002年3月19-22日发生在东亚地区的强沙尘暴过程进行模拟，着重考察了不同起沙方案对沙尘暴过程模拟的影响。结果表明，耦合了两种不同方案的wRF，Chem总体上均能较合理地模拟出主要的起沙区域、起沙强度的变化以及沙尘浓度的时空演变特征，模式对沙尘源地附近及下游地区地面沙尘浓度时间变化特征的模拟与站点观测结果也十分接近。但总体说来Shao04方案对沙尘起沙的发生以及强度变化过程具有更好的模拟能力，该方案模拟的沙尘浓度与观测更为一致，整体性能要优于GOCART方案。进一步分析发现，由于GOCART方案中采用的临界起沙风速偏小，导致该方案下模拟的沙尘分布范围偏大；另外该方案忽略了蒙古东南部和内蒙古中东部的潜在沙尘源地，从而使得耦合了GOCART方案的模式未能模拟出上述区域的起沙过程，使得该区域及下游地区模拟的沙尘浓度也偏小。但在塔里木盆地，Shao04方案计算的起沙通量偏小，这可能与Sha004方案未能考虑风速较小情况下空气拖曳力夹卷作用对起沙的影响有关，也可能与该方案中采用的土壤质地数据不准确有关。

模型及ChemBioOffice在有机化学实验中的应用

有机化学是药学专业非常重要又较难学习的一门专业基础课,认识有机化合物的结构是学好这门课程的基础,单纯平面教学无法深入地将分子的实际空间结构加以充分展示。通过在有机化学实验课中开设球棍模型搭建及Chem Bio Office软件应用这一内容,利用立体、形象的原子间的相对位置,可以促进学生迅速地理解、掌握化合物的立体结构,把握有机分子构成的基本方式,为后续的教学内容打下良好的基础。

“双碳”战略和新工科背景下多学科交叉人才培养与Chem-E-Car竞赛的融合实践

“双碳”重大战略背景下,高校应根据新工科发展要求,加快培养“双碳”领域工程科技人才。文章基于新工科人才培养理念,从培养实践创新能力、扩展学生培养途径、完善竞赛培训体系和建设指导教师队伍4个方“双碳”人才培养模式,培养一批优秀的具有国际化视野的“双碳”人才。

Chem Draw Pro软件用于化学教学与研究的尝试

介绍了ChemDrawPro软件的获取、安装以及应用于绘制分子式、化学反应方程式、搭建有机物与生物分子的结构。并介绍了结合其它软件 。

常用化学绘图软件ChemSketch在药学专业中的应用

本文主要介绍常用化学绘图软件ChemSketch的功能和特点,采用具体的化合物分子结构的绘制来阐述该软件的使用技巧和方法。

ChemCAD软件在模拟石油分离过程中的应用

原油蒸馏过程设备投资大、能耗高,影响产品质量因素较多,对控制要求较高。研究利用流程模拟软件(ChemCAD),应用Tower Plus模块,采用Grayson-Streed热力学模型,绘制了原油实沸点曲线。建立了石油分离过程模拟流程。考察了设备参数和操作条件。模拟了精馏塔内的温度分布及塔内汽液相流量分布。精馏塔内在机理比较复杂,可控参数较多,但在模拟的基础上进行系统的调节和控制,减少了实际操作的盲目性,降低了生产成本,缩短了生产周期。模拟结果对工业过程的设计和改造具有一定的指导意义。

Chem Office软件在精细化工教学中的应用研究

介绍了Chem Office软件包(包括Chem Draw软件和Chem 3D软件)在精细化工领域中的广泛应用.Chem Office软件的应用性和综合性较强,将Chem Office软件融入精细化工教学课程中,使学生在学习理论知识的同时,掌握计算机在精细化工中的应用以及软件的相关功能和操作方法.利用软件高效的绘图功能、强大的计算能力和三维立体构图功能,解决了精细化工课程中各种难题.

Rapid chem^(TM)744电解质分析仪清洗剂的研制与应用

目的解决RapidchemTM744电解质分析仪电极难以清洗这一难题,研制廉价、高效的清洗剂。方法利用析因设计、研究界面活性剂间协同及拮抗作用,运用最佳浓度组成复合配方对使用过的管道管壁进行清洗,对电解质电极进行清洗,对清洗后的电极做仪器自检、相关分析及日常应用。结果处理前后电极对比分析各项统计学指标均无显著性差异。结论临床应用表明:新型清洗剂廉价、高效清洗效果佳。适合清洗RapidchemTM744电解质分析仪狭长而口径小的仪器管道,具有广泛推广应用价值。

ChemCAD模拟分离混合二元酸二甲酯研究

采用ChemCAD软件对混合二元酸二甲酯的精馏分离过程进行模拟。首先选用简捷精馏模型分别对己二酸二甲酯和戊二酸二甲酯混合物,戊二酸二甲酯和丁二酸二甲酯混合物进行初步分离模拟,再选用联立矫正精馏模型进行两步间歇精馏模拟,得到合适的精馏条件。结果表明:精馏塔Ⅰ和精馏塔Ⅱ的塔板数均为22,塔顶压力为0.01 MPa,塔压降为0.001 MPa,再沸器温度小于423 K,进料口在塔板数12处,精馏塔Ⅰ最小回流比为2.42,精馏塔Ⅱ最小回流比为0.69时,进行模拟精馏,得到丁二酸二甲酯的纯度为99.60%,戊二酸二甲酯的纯度为99.61%,己二酸二甲酯的纯度为99.70%;根据模拟结果,采用精馏装置对混合二元酸二甲酯进行实验验证,实验结果与模拟结果相近。

ChemBio3D在结构化学中心原子杂化轨道类型教学中的应用

杂化轨道是结构化学中非常重要的概念,但对中心原子有孤对电子参与的杂化轨道,学生对其杂化轨道类型难以理解,文章通过ChemBio3D软件,将这些中心原子参与杂化的孤对电子显示出来,让学生直观理解其杂化类型,加深学生对杂化轨道的理解。

基于WRF-Chem的AOD预报在一次沙尘天气中的研究

气溶胶光学厚度（AOD）是表征大气气溶胶光学特征的最基本量;它可以用来推算大气气溶胶含量,是确定大气气溶胶辐射气候效应及大气污染程度的关键因子。利用WRF-Chem数值模式对我国北方2010年3月19~23日的一次沙尘天气过程进行了模拟分析,主要分析了模式对于AOD的预报能力。结果表明：模式对于气溶胶光学特性具有较好的模拟能力,模拟结果中AOD、PM2.5、PM10的时空分布具有很好的一致性。通过与MODIS AOD卫星资料和地基AERONET观测网站点实测数据进行对比分析,发现AOD模拟结果与卫星产品和站点实测数据较吻合,模式24 h预报能够较好地体现AOD随时间的变化特征。

基于XGBoost算法的WRF-Chem模式优化模拟

采用人工智能算法XGBoost结合大气化学模式WRF-Chem,利用北京地区大气污染物的模拟结果及站点监测数据,构建XGBoost统计预报算法模型,并对两种大气污染物(PM_(2.5)和O_(3))进行优化模拟,同时分析其特征贡献要素.结果表明,该统计预报模型能够很好地优化大气化学模式模拟的大气污染物浓度,降低模拟误差,对于北京地区站点模拟浓度优化呈现出城区>近郊>远郊的优化特点,且算法模型对O_(3)浓度优化程度更高,优化后相关系数提高达128%.此外,通过特征要素的贡献量分析表明,CO是影响O_(3)优化的重要特征变量,城郊区特征贡献得分均高达1000以上,Q2(近地面2m比湿)是影响PM_(2.5)优化的重要气象特征变量,城郊区特征贡献得分分别为950和824.

应用WRF-chem探究气溶胶污染对区域气象要素的影响

采用新一代on-line空气质量模式Weather Research Forecasting Model with Chemistry(WRF-chem)模拟探究中国气溶胶污染对4个季节净辐射量、温度、大气边界层高度和降水量等气象要素的影响.模型验证结果表明:WRF-chem可反映出我国四季气象条件和PM_(10)的浓度分布特点.由于气溶胶气候效应作用,受气溶胶污染影响,2006年1、4、7、10月月均净辐射量下降约10 W/m^2,月均温度下降0.15℃,月均PBL高度下降15 m.月均净辐射量、温度、PBL高度显著下降的区域集中在京津冀、长江三角洲、珠江三角洲、山东半岛、武汉及周边、长株潭和成都-重庆等气溶胶浓度较高的地区,秋季下降量最高,春季最低.与其他气象要素不同,气溶胶污染使得降水量有所增加.通过与美洲、欧洲等地区的相关研究对比发现,由于我国气溶胶污染较为严重,气溶胶对气象要素的影响更加显著.

基于RMAPS-CHEM模式产品的北京地区能见度预报订正

基于RMAPS-CHEM空间分辨率为3 km的逐小时能见度预报产品,考虑到不同区域、不同时效及不同级别的预报误差不同,对北京区域各站点能见度观测值与模式预报结果进行比较和分时段逐级偏差订正,以2016年数据为样本,并对2017年数据检验。订正结果表明该统计订正方案对2017年能见度预报有较好的订正效果,不仅可以较好地改善其对高海拔地区的高估现象,也能更好地预报出低能见度现象。以2017年1月为例,北京观象台站能见度平均偏差及均方根误差都有所降低,0~24 h分级预报准确率均有所提高。同时,对优化后结果进行合理插值,并应用于北京iGrAPS无缝隙智能网格预报分析系统,得到北京地区1 km空间分辨率的0~96 h时效能见度预报产品,从而为雾、霾等低能见度天气现象的预报提供支撑。

基于WRF-Chem模拟验证的天水市主城区大气污染源排放清单

通过部门调研、现场调查和遥感解译等方法获取天水市主城区大气污染源活动水平数据,采用排放因子法估算了天水市主城区10类污染源的9种污染物排放量,构建了2019年天水市主城区高分辨率排放清单,并采用横向比较法和模式验证法评估了排放清单的合理性.结果表明:(1)2019年天水市主城区SO_(2)、NO_(x)、CO、VOCs、NH_(3)、PM_(10)、PM_(2.5)、BC和OC的排放量分别为2702,8829,82670,10460,7551,14221,8252,1682和2814t.化石燃料固定燃烧源为SO_(2)、CO和颗粒物的主要贡献源,移动源是NO_(x)和VOCs的主要贡献源,NH_(3)排放主要来源于农业源.(2)天水市主城区SO_(2)、NO_(x)、颗粒物、CO和VOC_(S)的排放高值区主要集中在人口和工业密集的河谷地形内,NH_(3)排放高值区分布在周边耕地区域.(3)民用散烧源的空间分配方案对模拟结果有重要影响,在河谷地形集中供热范围外,根据城中村的分布对民用散烧源进行空间分配较为合理.(4)WRF-Chem模式模拟的4,7,10和12月的SO_(2)、NO_(2)、O3、CO、PM_(10)和PM_(2.5)日均浓度与同期监测的污染物浓度相关系数分别为0.767,0.502,0.618,0.462,0.647和0.654.

WRF-Chem中沙尘天气过程对模式分辨率及边界层方案的敏感性试验

利用数值模式WRF-Chem对兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)所在地区2010年4月10～11日的沙尘天气过程进行了水平分辨率分别为10、3和1 km的模拟分析。在每个试验中分别采用了YSU和MYJ边界层方案。结果表明,3种分辨率的试验都较好地反映了沙尘天气过程中PM10随时间的变化特征,显示出WRF-Chem对沙尘天气过程具有良好的模拟能力,但是在复杂地形区域,模式分辨率的提高并不能相应提高模拟结果的精度。在该试验中,采用MYJ边界层方案对PM10的模拟效果优于YSU方案,反映出在热通量对整个过程不具有决定性影响的情况下,MYJ方案取得了更加接近实际的结果。

基于WRF/chem模式的1961～2015年青藏高原逐日起沙量及对东亚沙尘气溶胶的贡献模拟

青藏高原可能是东亚上空沙尘气溶胶的重要源地。利用WRF/chem模式模拟了1961~2015年逐日青藏高原的起沙量,其结果表明:(1)起沙源区主要分布在高原西部、藏北高原南部、雅鲁藏布江及其支流河谷和柴达木盆地;(2)月起沙量具有双峰型结构,峰值分别出现在4~5月及11~12月;春季及秋冬季排放的沙尘气溶胶大致有以藏北高原为中心向东南方向分布的规律;(3)高原年平均起沙量为(10.13±1.89)Tg,从1961~2015年呈现震荡向上的趋势;(4)青藏高原对东亚(不包含青藏高原)月起沙量的平均贡献率为16%,其中冬季均能达到25%以上,1月最大可以达到48%。这一研究表明青藏高原是重要的沙尘源地。