计算模拟研究挥发性有机胺的大气转化机制与动力学

对流层大气包含大量的挥发性有机化合物(volatile organic compounds, VOCs),种类可高达10万种.研究表明, VOCs的大气转化对于O3和二次有机气溶胶的形成起着重要作用.因此,获取VOCs的大气转化机制与动力学是量化VOCs区域或全球大气质量影响所需的重要信息.有机胺是一类重要的VOCs,其来源包括天然源和人为源.特别是,随着基于胺溶液的燃烧后CO2捕捉技术的大规模应用,将会排放大量的挥发性有机胺,进而增加大气中有机胺的种类和浓度.近年来,越来越多的科学家开始关注基于胺溶液的CO2捕捉单元释放的有机胺的大气转化机制与动力学.本文在早期关于有机胺的大气转化综述的基础上,重点介绍2012年以来,国内外学者采用计算模拟方法研究CO2捕捉单元释放的有机胺的大气转化机制与动力学的最新进展,展望有机胺大气转化的未来研究方向.

·Cl引发3种环状含有NH结构有机化合物的大气转化机制及动力学

氯自由基(·Cl)的高氧化性及其内陆来源的新发现使得·Cl在评估有机污染物的大气归趋方面起着比以往更为重要的作用。含有NH x(x=1,2)结构的有机化合物不仅是大气中一类潜在的有机污染物,也是大气中致癌性亚硝胺的前驱体-N中心自由基的重要来源。前人研究发现,·Cl与含有NH x(x=1,2)结构的有机化合物具有独特的相互作用且其反应具有结构依赖性。目前,大多数研究只关注链状含有NH x(x=1,2)结构有机化合物的反应,而对于环状含有NH结构有机化合物的反应研究却很少。本研究使用量子化学和动力学模拟相结合的方法研究·Cl引发3种环状含有NH结构有机化合物(吗啉(MOR)、哌啶(PIP)和吡咯烷(PYR))的大气转化机制及动力学。结果发现,·Cl夺取3种环状含有NH结构有机化合物中N-H的H原子形成N中心自由基是最可行的反应路径。在298 K和1 atm下,计算的反应速率常数分别为5.×10^-10(MOR)、5.1×10^-10(PIP)和4.9×10^-10(PYR)cm 3·molecule^1·s^-1,且具有正的温度依附性。结合可获得的·OH引发反应的反应速率常数,评估·Cl对MOR和PIP转化的贡献分别为·OH的2.6%~26%和6.9%~69%。上述研究结果为将来建立·Cl引发含有NH x(x=1,2)结构有机化合物反应的结构-活性关系、全面评估含有NH x(x=1,2)结构有机化合物的大气归趋和环境风险提供数据支持。

大气中对称不稳定机制的动力学分析及暴雨的分析与预报

用气块法从力学角度对对称不稳定机制及在对称不稳定条件下产生的环流进行分析 ,更全面地定义了对称不稳定及它的产生机制和中尺度环流形成的过程。对暴雨个例诊断分析表明 ,有些强降水区在降水前和降水过程中存在着对称不稳定 ,说明对称不稳定条件下形成的环流对暴雨有引发和加强作用。在以往研究的基础上 ,总结出了利用常规观测资料分析对称不稳定是否存在 ,及其能量大小的方法 ,用它来预报是否产生降水及降水的强度 ,从而提高降水预报准确率。

2MgO·2B_2O_3·MgCl_2·14H_2O溶解及相转化的动力学机制研究

研究了温度、搅拌速度对２ＭｇＯ·２Ｂ２Ｏ３·ＭｇＣｌ２·１４Ｈ２Ｏ在水中溶解及相转化动力学的影响。给出了溶解和转化结晶动力学方程；根据Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ公式，估算了溶解和结晶反应的活化能。依据反应级数、活化能及搅拌效应，确定了该复盐的溶解和转化结晶反应动力学机制。

芜湖市大气污染物的时空特征及动力学分析

随着社会经济的不断发展,大气污染问题日益显著.以芜湖市六个监测站点2022年大气污染部分监测数据为依据,通过污染物的相互反应关系,建立相应的微分方程组模型,以此研究芜湖市大气污染的时空特征.通过对数据和模型的分析,发现居民生活小区楼层较高,居民生活轨迹密集,周围工厂废气排放较密集等现象都会导致大气污染物密集,不易散开.相关结论为芜湖市治理大气污染工作提供了一定的科学依据.

·Cl引发萘的大气氧化机制及动力学

氯自由基(·Cl)内陆来源的新发现增强了其对转化大气有机污染物的贡献,因此,需要更深入地研究·Cl引发有机污染物的转化机制和动力学。萘(Nap)是一种重要的化学品,也是城市大气浓度最高的多环芳烃,前人针对羟基自由基(·OH)引发Nap的大气氧化开展了研究。然而,目前对于·Cl引发Nap的大气氧化机制还不清楚。本研究通过量子化学计算(ωB97XD/6-311++G(3df,2pd)//ωB97XD/6-31+G(d,p))和动力学模拟相结合的方法研究了·Cl引发Nap的大气氧化机制与动力学,发现·Cl主要加成到Nap分子的C_(5)位置,形成加成中间体·C_(10)H_(8)Cl(R_(1))。随后,O_(2)加成到R_(1)的C_(2)和C_(6)位置生成过氧自由基(RO_(2)·)R_(1)-2OO-s/a和R_(1)-6OO-s/a(s/a=syn/anti,syn表示O_(2)加成方向和·Cl加成方向相同,anti表示O_(2)加成方向和·Cl加成方向相反)。这4种RO_(2)·的环化、氢迁移和氯迁移反应均很难(能垒>20 kcal·mol^(-1))发生。因此,在低NO浓度条件下,RO_(2)·主要和HO_(2)·反应生成氢过氧化合物(QOOH)和烷氧自由基(RO·)R_(1)-2O-s/a和R_(1)-6O-s/a;在高NO浓度条件下,RO_(2)·将主要与NO反应生成RO·(R_(1)-2O-s/a和R_(1)-6O-s/a)和有机硝酸酯(C_(10)H_(8)ClNO_(3))。生成的RO·进一步通过单分子环化反应生成双环产物R_(1)-21O-s/a和R_(1)-61O-s/a。重要的是,生成的有机氢过氧化合物和有机硝酸酯的水生毒性比其母体化合物Nap更强,表明·Cl引发Nap反应增加了Nap释放的环境风险。揭示的机制对理解大气Nap化学及Nap释放导致的环境风险具有重要意义。

热带大气动力学研究进展

自80年代以来,热带大气动力学的研究继60年代之后又掀起了一个高潮,国内外科学家进行了一系列研究工作,近四年来成果十分喜人,如果我们把60年代的工作看成是热带大气动力学的奠基,因为当时的三个主要工作(第二类条件不稳定理论,热带大气波动和积云对流参数化理论)都是热带大气运动的最基本理论,那么80年代的研究则是在上述基本理论基础上,联系大气环流和气候变化问题,进行深入的探讨,为大气环流的一些异常变化提出新的理论。

环境工程中大气污染物的迁移转化机制研究

本研究深入探讨了环境工程中大气污染物的迁移转化机制,着重分析了污染物在不同环境和气象条件下的动态变化过程。研究从风速与风向的影响、温度层结与大气稳定性,以及地形对污染物扩散的影响三个方面切入,详述了污染物的迁移机制。然后探讨了光化学反应、氧化还原反应,以及二次气溶胶的生成与变化,揭示了污染物的化学转化过程。最后,本文分析了干湿沉降的机制及其环境影响,并比较了城市与农村地区在污染物清除效率上的不同。通过系统的研究,为大气污染控制提供了理论依据和策略建议。

基于系统动力学的科技成果转化模型构建

在产学研协同创新三螺旋模型的基础上,利用系统动力学(SD)模型构建云南省科技成果转化模型,并对系统进行仿真分析,得出结论。首先将系统划分为政府支持子系统、高校支持子系统和企业支持子系统,实现三螺旋模型的动态循环;然后结合三个子系统的划分情况构建云南科技成果转化模型的因果图;最后构建云南省科技成果转化系统动力学模型,通过建立云南省科技成果转化系统动态流图,剖析影响因素的相互作用,从各要素的协同机理和云南省科技成果转化系统实际结果出发,将产学研系统内各要素进行量化并设置相应参数方程。经检验,该模型的预测值与实际值基本吻合,拟合程度良好。在三螺旋模型中,资金是最重要的要素之一,经系统仿真分析得出,资金投入的改变对科技成果转化有着不可忽视的影响,政府应该加大对教育和科技等方面的资金投入,从源头提高科技成果的质量,不能仅在科技成果转化的中间环节发力,只有提高科技成果本身的质量,其转化的价值才会随之提高。

2003年稻纵卷叶螟重大迁入过程的大气动力机制分析

为了探明稻纵卷叶螟灾变性迁入的大气动力学机制,本研究在ArcGIS中对2003年我国稻纵卷叶螟的时空分布规律进行了简要的地学分析。在此基础上,选取了有典型意义的重大迁入过程2个,从PCVSATTM接收系统中调取覆盖各迁飞过程的实测气象数据和T213数值预报产品,输入MM5中尺度数值预报模式对迁飞和降落期间的大气动力场进行了数值模拟和客观分析。结果表明:(1)用850hPa和925hPa高度风向来分别描述稻纵卷叶螟北迁和南迁主迁飞层种群迁移的方向是比较合适的。北迁时,从源地到迁入地之间有比较一致的偏南气流;南迁时,从源地到迁入地之间则有相对均一的偏北气流。水平风场上的气旋式曲率区有利于害虫的起飞迁出,反气旋式曲率区则有利于其迁入降落。(2)垂直气流场中下沉气流的推动作用是稻纵卷叶螟迁入和降落的最直接大气动力机制,当稻纵卷叶螟迁入某一即将危害的稻区时,其降落前36～12h以内的850hPa等压面上常表现为相对强而宽广的下沉气流区。(3)在稻纵卷叶螟迁入与为害前36～12h内的高空850hPa和925hPa散度场上,降虫区上空对应着比较一致的高值正散度区,表明有较强的下沉气流存在,这对降虫十分有利。(4)850hPa、925hPa等压面上的水平流场、垂直气流场和散度场的特征分布对预测稻纵卷叶螟的迁入和降落具有很好的指示意义。

近年来国外气候动力学过程若干问题数值模拟研究进展

近年来,利用数值模式对大气环流或短期气候动力学过程进行模拟研究已经取得不少进展。无论是简单的理论模式还是复杂的GCM甚至是海气耦合模式均被广泛地应用于气候模拟、预报以及各类敏感性数值试验研究之中。目前的大气数值模式尤其是象GCM这类模式具有很强的模拟能力,一方面,它不仅能成功地模拟气候平均状态,而且能成功地用于天气预报,即准确地描述个别天气系统的逐日演变以及新扰动的发展;而另一方面,也是特别重要的,还能模拟大气低频变化特性,如年际变化特性、季节内尺度振荡、遥相关以及持续性异常等等。气候动力学尤其低频大气动力学过程是近年来热门的也是人们集中力量加以研究的课题,

正-仲氢催化转化研究进展

氢能是一种重要的可再生能源,具有能量密度大、热值高且环境友好等优点。在“碳达峰”和“碳中和”的背景下,氢能成为代替传统化石能源的重要选择之一。氢液化是氢能大规模应用的基础,而正-仲氢催化转化则是氢液化过程中不可缺少的关键环节。尽管正-仲氢催化转化在液氢生产中已发挥了重要作用,但对正-仲氢催化转化的发展过程及机制仍缺乏系统归纳总结。为此,综述了自20世纪30年代以来,国内外正-仲氢催化转化的研究进程,从催化剂、反应机制和反应动力学等方面总结了正-仲氢催化转化催化剂的发展历程、反应机理的认识过程,以及反应动力学的研究进展。最后,对正-仲氢催化转化的未来研究方向做了展望。

模拟日光照射下新污染物双烯雌酚的复合光化学反应动力学及转化路径

内分泌干扰物双烯雌酚(Dien)等新污染物经常在环境表层水体中检出,并表现为多种解离形态,其光化学转化倍受关注.本文考察了Dien 3种解离形态的表观光解、羟基自由基(·OH)和单线态氧(^(1)O_(2))光氧化的反应动力学,评估了相应的环境持久性和贡献,比较了表观光解与光氧化反应的产物、路径.结果发现3种反应均能降解Dien,且光转化速率常数(k)与pH显著相关,这主要是由于Dien解离形态(i)从H_(2)Dien^(0)、HDien^(-)到Dien^(2-)发生变化,相应的k_(i)和量子产率(Φ_(i))存在差异;不同的去质子化程度也影响了其氧化反应活性,k·OH,i和k^(1)O_(2),i的变化规律一致.环境表层水体(pH=6~9,45°N)中Dien的复合光化学转化半减期t_(1/2,E)为1.84~9.16 h,^(1)O_(2)光氧化对其光化学转化贡献更大.表观光解主要引起了Dien的单羟基化;而·OH和^(1)O_(2)氧化分别发生了多羟基化,以及羟基取代位点的连续氧化反应.毒性试验表明,Dien具有光修饰毒性.这些发现有助于准确评价水环境中Dien的复合光化学归趋和风险.

Cl引发α-蒎烯的大气氧化机制及动力学

蒎烯是大气中含量最丰富的单萜烯类挥发性有机化合物,与氯自由基(·Cl)反应是其重要的转化途径.然而,·Cl引发α-蒎烯大气氧化的分子机制尚不清楚.本研究采用量子化学计算与微观动力学模拟相结合的方法,研究了·Cl与α-蒎烯的引发反应以及引发反应生成的主要α-蒎烯自由基的后续转化机制与动力学.结果发现,·Cl反式加成到α-蒎烯的C2位置生成加成中间体IM1-9-a是最可行的反应途径.在298 K和1.013×10^(5)Pa条件下,计算得到·Cl与α-蒎烯的反应速率常数(kCl)为3.1×10^(-10)cm^(3)·molecule^(-1)·s^(-1),与kCl的实验值(4.6±1.3)×10^(-10)cm^(3)·molecule^(-1)·s^(-1)一致.生成的IM1-9-a进一步与O_(2)反应生成过氧自由基IM3-1-a,在2.5×10^(9)cm^(-3)(100 ppt)NO和1.25×10^(9)cm^(-3)(50 ppt)HO_(2)·条件下,IM3-1-a后续主要与NO和HO_(2)·反应生成有机硝酸酯(C_(10)H_(16)ClNO_(3)和C_(10)H_(16)ClNO_(4))、氢过氧化物(C_(10)H_(17)ClO_(2)和C_(10)H_(17)ClO_(3))和烷氧自由基(C10H16ClO_(2)·).生成的闭壳层产物与母体α-蒎烯相比具有较高的O∶C比,可能具有较低的蒸气压,进而贡献二次有机气溶胶.本研究结果可为全面评价α-蒎烯的大气化学反应对大气质量的影响提供理论支撑.

中国热带大气季节内振荡研究进展

热带大气季节内振荡(包括MJO)是大气环流的重要系统,它的活动及异常既对其他系统有一定的作用,也对长期天气和短期气候有明显影响。因此,热带大气季节内振荡一直是大气科学的前沿研究课题之一。文中对近5—10年中国学者的有关研究工作及其进展做了简要回顾和综合,主要包括:(1)热带大气季节内振荡特别是MJO的动力学机制;(2)热带大气季节内振荡以及MJO的数值模拟问题,特别是大气非绝热加热廓线对模式模拟MJO的重要作用;(3)热带大气季节内振荡和MJO,特别是在赤道西太平洋地区,与ENSO的相互作用关系;(4)热带大气季节内振荡(包括MJO)及其流场形势对西太平洋台风活动的重要影响,即MJO对西北太平洋台风生成数的调制作用,以及热带大气季节内低频气旋性(LFC)和反气旋性(LFAC)流场对西太平洋台风路径的影响;(5)热带大气季节内振荡(包括MJO)的活动及异常对东亚和南亚夏季风建立、活动异常的影响,以及它们与中国降水异常的密切关系。

近年来大气气溶胶模式研究综述

该文对当前大气气溶胶模式的发展和应用作了简单的回顾和评述 ,介绍了较流行的几个气溶胶热力学平衡模式和适用于城市 区域空气质量研究的气溶胶模式的特点 ,并对发展一个完全的气溶胶动力 化学模式的复杂性进行了探讨 ,指出未来气溶胶模式发展和改进还需要在有机气溶胶的形成和转化机制 ,云、雾等条件下气溶胶的形成和转化 ,以及复杂的气溶胶物理、化学过程与区域、全球模式的耦合等几个方面进行研究。

热带大气季节内振荡的几个基本问题

在一系列资料分析、数值模拟试验和理论研究的基础上，对热带大气季节内（３０－６０天）振荡的几个基本问题进行系统的综合讨论，包括热带大气季节内振荡的地域特征、空间尺度特征、水平传播特征、与中高纬度大气季节内振荡的联系、同Ｅ１Ｎｉｎｏ间的相互作用以及热带大气季节内振荡的动力学机制。通过讨论和分析，对热带大气季节内振荡得到一个更全面和更系统的认识。

蒸发－风反馈机制的进一步研究

对蒸发－风反馈的作用进行了简单动力学研究。结果表明，蒸发－风反馈不能像波动－ＣＩＳＫ那样改变热带大气波动的性质（减缓移速），不可能单独成为激发热带大气季节内振荡的动力学机制。在积云对流加热和蒸发－风反馈的共同作用下，ＣＩＳＫ－Ｋｅｌｖｉｎ波和ＣＩＳＫ－Ｒｏｓｓｂｙ波可以不稳定发展，共同作用比单独的积云对流加热反馈作用能更全面合理地解释热带大气季节内振荡的活动。因此。

大气季节内振荡研究的新进展

大气季节内振荡 (ISO)在长期天气和短期气候变化中有重要作用 ,2 0世纪 80年代以来一直是大气科学的重要前沿研究课题 .文中在简要回顾大气季节内振荡的主要研究成果的基础上 ,论述了新近的研究进展 .主要包括热带大气ISO的传播规律 ;大气季节内振荡对南海夏季风爆发及对南海 (东亚 )夏季风活动异常的重要作用 ;热带大气季节内振荡与ElNi o(LaNi a)的相互作用关系 ;以及大气季节内振荡的数值模拟等 .

PM_(2.5)引发心血管疾病机制的研究现状

PM2 .5也称细颗粒物,是指大气总悬浮颗粒物(TSP)中空气动力学直径≤2 .5 μm的粒子。它来源广泛,对人体的损害大于直径>2 .5 μm的颗粒物,因此现在对颗粒物的研究主要集中在PM2 .5上。流行病学资料显示,PM2 .5与心血管疾病的发病率和死亡率有关,但目前有关这方面的机制研究较少。本文总结了部分相关研究,归纳出3条可能的致病途径。