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.

“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。

让Chem3D助力高中有机化学分子结构教学

有机化学是化学科学极为重要的分支,也是高中化学教学内容的重要组成部分。有机物种类繁多,要学好高中有机化学,必须清楚某些有代表性的有机物的分子结构,结构决定性质在有机化学的学习中尤为重要。随着信息技术的不断发展,使用VRML构建有机物分子结构模型的方式逐渐被另一种专业的化学辅助软件所替代,那就是Chem3D,尽管该类型的软件在大学化学学习或研究中使用得较为常见,但是对于中学化学教学仍属新领域。

天津WRF-Chem模式空气污染浓度预报误差时空分析

分析2019—2021年天津WRF-Chem模式日预报结果与实况对比的误差时空特征,得出以下结论:①模式预报结果与O_(3)浓度的相关性最好(0.90),与PM_(10)(0.59)的最差;②模式预报结果对污染物浓度的高估现象更显著,PM_(10)、PM_(2.5)和O_(3)浓度的预报绝对误差明显高于其他3种污染物;③模式预报的相对误差大小排序为O_(3)<CO<NO_(2)<SO_(2)<PM_(10)<PM_(2.5),且夏季最高,秋冬近似,春季最小,夏秋冬三季相对误差都为PM_(2.5)最大,春季则为PM_(10)最大;④从2种主要污染物浓度预报相对误差的空间分布特征来看,PM_(2.5)为蓟州、中心城区、大港偏大,PM_(10)为中部地区西青、武清、塘沽、宝坻偏大;⑤经综合衡量,模式预报效果最差的是PM_(10),其次为PM_(2.5)。

意大利公司Saipem和Garbo合作ChemPET项目

总部位于米兰的Saipem是一家一体化基础和详细陆地工程、采购、项目管理和建筑服务的全球供应商,总部位于Cerano的化学品生产商Garbo宣布,他们已同意就Garbo专有化学品回收技术ChemPET的工业化、进一步开发和商业化进行合作。两家公司签署了一项协议,该协议还规定在诺瓦拉省的Cerano建造一个基于该技术的工业规模工厂。

基于GEOS-Chem V12.6.3的全球CO_(2)浓度同化系统的构建

为了研究同化OCO-2卫星柱浓度(XCO_(2))数据对于全球CO_(2)浓度模拟的影响,本文基于GEOS-Chem V12.6.3,采用四维变分(four dimensional variational,4D-Var)的方法,构建了一个同化OCO-2卫星XCO_(2)数据的全球大气CO_(2)浓度同化系统。首先,采用有限差分法验证了观测算子、积云对流、行星边界层和平流4个伴随模块计算结果的正确性。然后,以2018年为例,设计了模拟和同化两个实验,并利用TCCON、地面和航飞3种独立的观测数据进行对比验证。结果显示,同化实验结果与TCCON、地面和航飞观测数据之间的平均误差分别为0.37 mL/m^(3)、0.41 mL/m^(3)和0.51 mL/m^(3),相比于模拟实验,分别改善了40.32%、42.25%和45.15%,表明了同化OCO-2卫星的XCO_(2)数据能显著提高对全球大气CO_(2)浓度模拟的准确性。

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。

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。

秸秆燃烧气溶胶的气象反馈及其棕碳吸光效应

本文利用WRF-Chem模式模拟研究了2013年6月华北地区秸秆燃烧排放气溶胶的气象效应,并对秸秆燃烧产生的吸收性有机气溶胶(即棕碳或BrC)的光吸收效应进行分析.设置4组敏感性试验,通过与AERONET观测结果对比分析了BrC对光吸收的影响.结果表明:模式较好再现了研究时段内各变量变化;在不考虑BrC吸收的情况下,秸秆燃烧产生的气溶胶在主要的农业产区造成地表短波辐射的减弱,月平均值减弱约12.42W/m2,且造成近地面降温而2km以上高空增温,其中近地面温度降幅为0.12~3.64℃,致使边界层趋于稳定,垂直扩散能力减弱;气压整体升高,正变压中心与火点密集区域重合.同时,秸秆燃烧引发近地面较强的风辐散,抑制海洋高湿气团向秸秆燃烧区域的水平输送.在考虑BrC的吸收作用后,光学参数的模拟效果得到了一定提升,AAOD模拟值与观测值的拟合线性斜率由0.47升至0.53,AOD斜率值由0.19升至0.21.生物质燃烧排放BrC对气溶胶消光的影响显著,如AAOD与AOD均出现不同程度的上升.

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。

南京地区局地积累型和外来输送型O_(3)污染模拟研究

利用观测资料和WRF-Chem空气质量模式对南京地区局地积累型和外来输送型O_(3)污染过程的时空分布特征和潜在机制进行了研究。结果表明:(1)水平分布特征,在两次O_(3)污染整体过程中,外来输送型O_(3)污染浓度高值区分布范围相比局地积累型更大且较为分散。但在两次O_(3)污染过程中最严重的白天,局地积累型O_(3)污染浓度高值区分布范围大且集中,O_(3)浓度大部分均超过160μg/m^(3);而外来输送型O_(3)污染浓度高值区分布范围更小且更为分散,O_(3)浓度在120~160μg/m^(3)的地区范围显著大于局地积累型O_(3)污染;(2)垂直分布特征,在污染过程前期,局地积累型O_(3)污染在2 km以下高度处有着高浓度O_(3),浓度最高超250μg/m^(3),而外来输送型O_(3)污染浓度高值区主要集中在2~2.5 km高度处,且高值区浓度最高不超过200μg/m^(3);在污染过程中期,局地积累型O_(3)污染浓度高值区集中在2 km高度下,且在1 km左右高度处O_(3)浓度出现最大值;而外来输送型O_(3)污染浓度高值区最高可达到2.6 km左右,并且浓度最大值集中在1.5 km高度以下,均超过250μg/m^(3);在污染过程后期,局地积累型O_(3)污染浓度高值区逐渐消散,但外来输送型O_(3)污染在0.5~3 km高度内仍出现大范围O_(3)浓度高值区;(3)在生成机理方面,近地面O_(3)的高浓度在局地积累型O_(3)污染中主要依赖于垂直混合,96h内总贡献为451.7μg/m^(3),在总过程量中占比为66.2%,而在外来输送型O_(3)污染中主要依赖于水平平流和垂直混合,72h内总贡献分别为1050.2μg/m^(3)和799.1μg/m^(3),总量在总过程量中占比为61.5%。在500 m高度处,局地积累型O_(3)污染前期O_(3)的高浓度主要依赖于垂直平流和化学过程,中期只依赖于化学过程,后期则主要依赖于水平平流和化学过程。但在外来输送型O_(3)污染前中后期中高O_(3)浓度均主要依赖于水平平流和化学过程。在1000 m高度处,两个过程中O_(3)浓度的正贡献均主要受化学过程控制。

Chem3D在手性立体化学教学中的应用

作者根据教学实践体会,对手性立体化学教学中遇到的分子结构空间结构的直观认知等问题,应用Chem3D计算机软件,用Chem3D的三维空间的显示功能展示有机化合物的空间结构、构象和构型,增强学生的直观效果,能使学生对有机化合物的结构有明确的认识。

新冠疫情期间南京市Pm_(2.5)浓度变化以及对人为源的响应研究

新冠疫情暴发初期,各地政府采取了前所未有的防控措施防止病毒传播,为研究Pm_(2.5)浓度如何响应人为排放提供了一次非常难能可贵的机会。本研究通过使用空气质量模型WRF-Chem和最新公开的清华大学MEIC 2019以及MEIC 2020排放清单模拟了2020年疫情暴发初期以及2019年同期南京市Pm_(2.5)的浓度。通过设计排放情景,本研究探讨了南京市疫情暴发初期4个主要排放部门的排放量减少对Pm_(2.5)浓度的影响。结果发现,与2019年相比,2020年疫情暴发初期,Pm_(2.5)浓度下降了30%左右,且下降比例呈现从南京市主城区向外递减的规律。疫情防控措施对于工业源和民用源排放的影响最大,分别下降了37.4%和21.6%,符合南京市的生活特征、人口分布特征和主要工业区的实际位置。综上所述,今后南京市的减排工作应重点放在控制工业排放源和民用排放源上。本研究为之后南京市治理不同部门排放的Pm_(2.5)浓度提供了一定的理论依据。

ChemOffice Ultra 11.0在化学图形绘制中的应用

介绍了ChemOffice Ultra 11.0在化学图形绘制中的应用。ChemOffice Ultra 11.0主要包括Chem-Draw(化学结构绘图)、Chem3D(分子模型及仿真)及ChemFinder(化学信息搜寻及整合系统)3大模块,利用ChemDraw模块可以绘制分子结构图形、原子轨道、分子轨道和电子云图、实验装置图、核磁共振图谱等;Chem3D模块能提供工作站级的3D分子轮廓图及进行分了轨道特性分析,并与数种量子化学软件结合在一起,可计算分子轨道的形状、显示分子表面及分子轨道;用ChemFinder可以建立化学数据库,储存及搜索化学数据。

ChemOffice软件在大学化学教学中的应用

本文介绍ChemOffice软件在化学理论课和实验课中的应用,讨论其在教学方法改革方面的意义。在化学理论课教学方面,使用软件中的ChemDraw和Chem3D模块可绘制分子的二维结构图和三维动态图。在化学实验课方面,使用ChemDraw可绘制分离流程图、反应机理图和反应装置图等。

Chem3D结合Chemsketch在有机化学教学中表征化合物的结构

计算机软件在有机化学教学中的应用越来越广泛。在教学过程中将Chem^3D和Chemsketch结合,利用3D可视化技术展示有机化合物的空间结构。利用Chemsketch绘制化合物的分子结构,利用Chem^3D的三维空间的显示功能展示有机化合物的空间结构、构象和构型,增加了学生的直观效果,使学生对有机化合物的结构有了明确的认识。

计算机软件CS Chem3D的计算基础及在有机化学中的应用

简要介绍计算机软件CS Chem3D的计算基础及在有机化学中的应用,帮助人们了解和使用这个软件,促进分子设计工程的发展,从而为有目的地进行化学研究提供高效、快速途径。

基于光化学指示剂法研究华北平原臭氧生成敏感性及气象因素影响:以2021年为例

近年来,随着大气污染防治措施的实施,我国城市地区空气质量得到有效改善,以细颗粒物(PM_(2.5))为代表的污染物年均浓度持续下降,但是臭氧污染并没有得到很好的控制.明确臭氧生成敏感性变化规律及气象影响因子是制定有效臭氧污染控制策略的基础.本研究利用WRF-Chem模式数据计算VOCs/NO_(x)、HCHO/NO_(2)和H_(2)O_(2)/HNO_(3)(均为质量浓度的比值)三类光化学指示剂,对华北平原2021年4−9月的臭氧生成敏感性(OFS)控制区进行划分,并探讨不同天气状况下影响OFS的关键气象因子.结果表明:华北平原OFS控制区变化存在地域与季节性差异.人为活动水平越高的区域,OFS受挥发性有机物(VOCs)的影响越大,唐山市−北京市−天津市、石家庄市−邢台市、潍坊市−淄博市−济南市等地带臭氧生成主要处于VOCs控制;华北平原的VOCs控制区面积在4−7月间缩小,在7−9月间扩大,其中7月VOCs的控制区范围最小.此外,在华北平原地区,阴雨天相较晴天更利于发生OFS的日变化.晴天时,高温是OFS变化的关键因素;阴天时,高温高湿是引起臭氧敏感性转变的关键;而雨天,高湿条件发挥了更为重要的作用,但当雨量较大时,反而会抑制OFS发生转变.研究显示,华北平原的OFS与VOCs浓度密切关联,在不同天气下,气象因子通过影响VOCs浓度进而影响OFS.因而,针对不同天气状况实施差异化的前体物减排策略是有效控制臭氧污染的关键.