一种局地VOCs臭氧生成反应性量值计算方法与流程

本发明涉及环境监测，具体涉及一种局地vocs臭氧生成反应性量值计算方法。

背景技术：

1、据中国生态环境状况公报数据显示，我国的臭氧污染日益加剧，2021年全国339个城市以o3为首要污染物的超标天数占比从2015年的16.9％增长到了34.7％，目前臭氧污染防治成为需要重点关注的热点问题。多数研究表明，我国的城市臭氧污染多属于挥发性有机物(volati le organic compounds，vocs)控制型，因此，如何精准、科学的管控vocs排放将成为城市臭氧污染防治的关键所在。vocs具有来源广、种类多、反应性差异大等特点，仅从单个vocs浓度(排放量)或者多种vocs总量的角度出发制定的削减策略实施难度较大，且无法识别臭氧生成的关键vocs物种，从而导致o3防治效果不佳。

2、臭氧生成潜势法(ozone formation potent ials，ofp)可以有效避免上述问题，不仅能够根据vocs浓度和vocs臭氧生成反应性量值来识别关键vocs物种，而且简单可行、易于推广，已被广泛用于城市vocs精准管控。但是由于缺少关键参数(vocs臭氧生成反应性量值)，目前在使用ofp识别关键vocs时，采用的是carter等人基于美国地区的vocs和常规污染物浓度模拟计算所得的相关参数。然而，中美基本情况不同，直接采用carter等人的研究值将明显低估我国vocs的臭氧生成量，很有可能造成关键vocs识别差异。除此以外，由于城市发展规模和产业结构不同，不同城市、局地之间的vocs种类、浓度以及常规污染物浓度差异较大，导致vocs臭氧生成反应性量值存在明显差异。因此，如何有效获得城市或者局地的这种差异化量值将成为城市能否实现臭氧污染精准管控的关键所在。但是由于我国的相关研究开始较晚，目前国内的vocs和常规污染物监测还主要集中在区域和城市的大范围尺度上，而且采用的模拟计算模型也多来源于国外，其获取难度较高。总体上来讲，目前我国的vocs臭氧反应性量值的模拟计算处于刚起步阶段，较低的vocs数据质量、不佳的小区域空间代表性、模型的开源性问题极大程度的限制了局地vocs臭氧生成反应性量值模拟计算的可行性。如何解决上述问题，并提出一种易于推广的局地vocs臭氧生成反应性量值计算方法成为了城市臭氧污染精准防控方面亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种局地vocs臭氧生成反应性量值计算方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种局地vocs臭氧生成反应性量值计算方法，具体过程为：

4、s1、准备可移动监测车：所述可移动监测车上包括车辆以及设置于所述车辆上的gc-ms分析仪器、o3分析仪、nox分析仪、co分析仪、so2分析仪以及数据采集器；监测时，将可移动监测车停在需要监测的区域，接通电源后实时抽取目标高度的高空气体传输给gc-ms分析仪器、o3分析仪、nox分析仪、co分析仪和so2分析仪，以获得以小时为时间分辨率的实时监测数据；

5、s2、多点同步监测：将多台可移动监测车移动至多个目标区域进行同步在线监测；

6、s3、采用开源盒子模型进行模拟计算，结合各个可移动监测车的同步在线监测数据和气象数据，计算局地vocs本地化臭氧生成反应性量值。

7、进一步地，步骤s2中，多点同步在线监测的方式为，将多台可移动监测车移动至各个代表性区域进行同步在线监测，和/或将一台可移动监测车放置在一个目标区域进行在线监测，并以该目标区域为中心，将多台可移动监测车放置该目标区域的不同方位的区域上进行同步在线监测，方位选择以当地主导风向为依据。

8、更进一步地，步骤s3中，采用f0am盒子模型进行模拟计算，模型版本为v4.2.2。

9、更进一步地，初始条件设置如下：以各个监测的目标区域的经纬度坐标平均值作为地理信息；模型模拟时长为1d，模型步骤为1h；初始浓度设置为0点时的污染物浓度值ppbv；气象参数设置为24h时间序列的变化值，包括温度t℃、相对湿度rh％和气压p mbar。

10、更进一步地，模型实时约束条件设置如下：将vocs、no2、no、co、so2、t、p、rh的数据文件处理成以小时为时间分辨率的24个数据的列向量时间序列文件，其中第一列为时间序列，第二列为监测污染物浓度ppbv。

11、更进一步地，物理过程设置如下：边界层高度0点至6点时为300m，6点至14点为线性增长，14点时为1500m，14点至20点保持1500m不变，在20点至0点重新设置为300m；空气中的稀释系数设置为1.16×10-5s-1；太阳辐射及光解速率采用f0am默认计算方法进行。

12、更进一步地，模型模拟前，需要将所得的污染物数据、气象数据、边界层变化的excel表格数据通过matlab转化为包含每种物质名称的结构体数据；

13、结合不同条件下的臭氧模拟浓度变化进行vocs光化学臭氧生成增量反应性计算。

14、更进一步地，模拟计算基础情景设置原则为：基于臭氧污染较重时期观测数据，以超过空气质量二级标准臭氧8小时平均浓度限值的观测时期为关注时期，筛选出超标天中的污染物浓度、温度、相对湿度以及气压的中位值日变化，以此作为基础情景进行模拟获得模拟臭氧浓度；

15、nox可用性情景模拟在基础情景其他条件不变的情况下，调整nox输入量进行一次模拟，然后在此基础上再分别以设定的幅度增加vocs或nox输入浓度进行模拟，然后以前后两次模拟中臭氧浓度最大值的变化量为纵坐标，nox输入浓度为横坐标绘制变化曲线，根据变化曲线确定nox的可用性情景；mir情景代表相对较高的nox水平即vocs控制区，此时vocs具有最高的活性；mor情景代表中等nox水平即nox-vocs混合控制区，此时最有利于o3生成；ebir情景代表相对较低nox水平即nox控制区，此时管控voc和nox对缓解臭氧生成具有同等效果；然后根据模拟城市区域实际情况选择适用的nox可用性情景，并将此情景设置为vocs臭氧增量反应性量值计算的基础情景，其后选择需要进行模拟计算的voc物种进行一次基础情景模拟计算，再保持模型条件不变，仅添加少量目标voc再进行一次模拟计算，最后根据以下公式计算目标voc的生成反应性量值：

16、

17、其中iri表示第i种voc的增量反应性量值，δo3是第i种voc添加后o3的变化量，δvoci是固定场景中第i种voc的添加量。

18、本发明的有益效果在于：

19、1、本发明采用可移动监测车进行多点同步在线监测，有效避免了传统固定站点的弊端，具有较强的机动性，便于在不同城市、不同区域进行实时监测；

20、2、本发明采用气相色谱与质谱联用仪(gc-ms)作为vocs在线监测仪器，能够同时监测116种vocs(包括pams、部分to15和醛酮类化合物)的小时浓度值，有效增强了vocs监测数据的可用性。

21、3、本发明采用同步原位采样实现常规污染物(o3、no、no2、co等)监测和vocs监测在同步进行，最大程度的还原o3浓度与前体物vocs、nox浓度的实时变化，避免了vocs监测数据在时间分辨率上无法与常规污染物监测数据相匹配的问题。

22、4、本发明采用多点同步监测，无论是代表性区域监测模式还是中心点四方位监测模式，均可实现局地区域内5点位同步监测，能够有效增强监测数据的代表性。

23、5、本发明采用开源盒子模型(f0am)进行vocs臭氧生成反应性量值的模拟计算，基于matlab语言的开源性模型代码不仅增强了模型模拟的可行性，而且有利于后续进行市场化程序应用开发。