用于嵌套精细化学机制的光化学反应箱模式的系统及方法与流程

技术特征：

1.一种用于嵌套精细化学机制的光化学反应箱模式的系统，其特征在于：包括

一光化学反应模块，其用于记录不同物质/自由基之间的光化学反应，用于与待检测条件相比对，确定待检测区域的光化学种类、反应路径和反应速率；

一实时数据输入模块，其用于输入待测试区域的实时气象数据和污染物数据，所述气象数据包括温度和湿度，所述污染物数据包常规气态污染物、挥发性有机化合物和颗粒相化学组成；

一初始条件设定模块，其用于设定光化学反应初始条件，该条件包括待测试区域的光照起始时间，初始边界层高度和各污染物的初始浓度；

一变量/参数定义模块，其用于对待测试区域的变量和参数进行设置，所述变量包括污染物浓度和反应速率，所述参数包括经纬度、温度、湿度和边界层高度；

一光解速率计算模块，其用于根据测试区域实时太阳高度角的变化，输出各污染物的光解反应速率，所述光解速率计算模块包括校正单元，所述校正单元用于利用对流层紫外线和可见光辐射模型对光解速率进行校正；

一干沉降模块，其用于模拟污染物在混合层内的干沉降过程；

一垂直交换模块，其用于记录污染物在自由边界层与上层边界层之间的交换。

2.如权利要求1所述的一种用于嵌套精细化学机制的光化学反应箱模式的系统，其特征在于：所述系统还包括一数据输出模块，其用于对光化学反应产物、反应速率、以及模式中的变量/参数等进行输出。

3.如权利要求1所述的一种用于嵌套精细化学机制的光化学反应箱模式的系统，其特征在于：所述变量/参数定义模块是模式运行的前提，只有通过变量/参数定义模块设置后，反应箱模式才能被启动。

4.如权利要求1所述的一种用于嵌套精细化学机制的光化学反应箱模式的系统，其特征在于：所述初始条件设定模块设定的光化学反应初始条件包括初始污染物浓度，所述污染物浓度为实际光化学反应前0.5～2h的污染物浓度。

5.如权利要求1所述的一种用于嵌套精细化学机制的光化学反应箱模式的系统，其特征在于：所述光解速率计算模块技术光解速率以测试点纬度、太阳赤纬角和模式运行时间为自变量的函数，公式如下：J＝L*cosX@M*exp(-N*secX)……公式一；

所述校正单元的校正公式如下：

Jx＝J_TUV/J_MCM*L*cosX@M*exp(-N*secX)……公式二；

cosX＝cos(LHA)×cosLD+sinLD……公式三；

secX＝1.0/[RAMP(cos(LHA)×cosLD+sinLD)+1.0×10-30]……公式四；

LHA＝(1.0+TIME/4.32×104)×π……公式五；

cosLD＝cos(LAT)*cos(DEC)……公式六；

sinLD＝sin(LAT)*sin(DEC)……公式七；

其中，cosX和secX是根据测试点维度、太阳赤纬角和模式运行时间进行计算得到的；TIME为模式运行时间，LAT为测试点维度、DEC为太阳赤纬角，PAMP是速率为1的斜坡函数，L、M和N均为常数参数，J_TUV为根据地理坐标、时间区间、臭氧柱浓度、地面反照率、云光学厚度和气溶胶光学厚度的信息，利用TUV模式模拟的光解速率，J_MCM为校正之前按公式一计算出的MCM模型的光解速率，Jx为校正后的MCM模型光解速率。

6.如权利要求1所述的一种用于嵌套精细化学机制的光化学反应箱模式的系统，其特征在于：所述光化学反应模块还根据物质所包含的官能团/自由基/反应类型进行分类；

所述光化学反应模块根据迭代算法模拟光化学反应的进行：即利用前一个时间点的污染物浓度数据推算后一个时间点污染物浓度，每种污染物既是光化学反应中的产物也是反应物。

7.如权利要求6所述的一种用于嵌套精细化学机制的光化学反应箱模式的系统，其特征在于：当光化学的反应物质A的初始浓度为A₀，物质A反应生成物质B的速率为k，反应为一阶反应时，则反应t时间后，A物质浓度A_t可根据迭代算法公式八进行计算：

A_t＝A₀-e^kt……公式八。

8.如权利要求1所述的一种用于嵌套精细化学机制的光化学反应箱模式的系统，其特征在于：所述干沉降模块针对的反应物为甲醛时，其计算公式如下：

其中，[HCHO]、[HCHO]_t和[HCHO]₀分别表示甲醛在任意时刻的浓度、初始浓度以及t时刻浓度，t表示沉降时间。

9.如权利要求1所述的一种用于嵌套精细化学机制的光化学反应箱模式的系统，其特征在于：所述垂直交换模块针对的反应物为甲醛时，其计算公式如下：

其中[O₃]表示任意时刻自由边界层内O₃的浓度，表示对流层顶层O₃浓度，其中，HHMAX和HHMIN分别为最大(1.3×10⁵cm)和最小(3×10⁴cm)混合层高度。

10.一种采用权利要求1至9中任一项所述嵌套精细化学机制的光化学反应箱模式的系统进行测试的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据待测试区域的污染物种类选择相对应的光化学反应模块，或者在臭氧模拟模块上根据污染物的含量，加入对光化学反应过程产生重要影响的光化学反应类别；

S2、输入待测试区域的温度、湿度和污染物浓度，确定时间分辨率；

S3、输入开始时间、初始边界层高度、各污染物的初始浓度；其中，污染物的初始浓度可以为待测试区域的测试开始时间前6小时的平均浓度，初始浓度相当于各污染物在光化学反应前的背景值；

S4、在对流层紫外线和可见光辐射模型中输入待测试区域的经纬度以及测试时间，计算光解反应速率，进而对模式中基于太阳高度角的光解速率函数中的各参数进行校正；

S5、设置干沉降参数和垂直交换参数，计算污染物的干沉降速率和自由边界层内污染物浓度；

S6、输出光化学反应产物浓度、产率、光化学反应速率、量子浓度、自由基浓度、自由基生成和消耗速率。