本發(fā)明涉及光化學(xué)反應(yīng)領(lǐng)域，具體涉及一種用于嵌套精細(xì)化學(xué)機(jī)制的光化學(xué)反應(yīng)箱模式的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的光化學(xué)反應(yīng)模型包括基于前體物源清單的WRF-CMAQ(Weather Research andForecasting-Community Multi-scaleAir Quality，天氣研究預(yù)報(bào)-多尺度空氣質(zhì)量模型)、WRF-CHEM(Weather Research andForecasting-Chemistry，天氣研究預(yù)報(bào)-化學(xué)模型)、基于前體物觀測(cè)濃度的碳鍵機(jī)制模型以及基于前體物觀測(cè)的MCM機(jī)制模型，上述模型均可應(yīng)用于光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物、反應(yīng)性以及反應(yīng)通道的模擬。

現(xiàn)有的WRF-CMAQ和WRF-CHEM模型原理和操作步驟類(lèi)似：先根據(jù)大尺度不同分辨率的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)如NCEP-FNL(美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心的全球業(yè)務(wù)分析數(shù)據(jù))，利用WRF對(duì)氣象場(chǎng)進(jìn)行模擬；再利用模擬得到的氣象場(chǎng)驅(qū)動(dòng)CMAQ和CHEM等化學(xué)機(jī)制，從而進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)模擬。

由于：(1)在源清單建立過(guò)程中，排放因子以及活動(dòng)水平的統(tǒng)計(jì)往往具有較高的不確定性，且多數(shù)源清單的空間網(wǎng)格化精度較低，在模擬較小尺度光化學(xué)反應(yīng)過(guò)程時(shí)，容易發(fā)生較大的誤差，導(dǎo)致模擬結(jié)構(gòu)的擬合度較差；(2)CMAQ和CHEM均為碳鍵機(jī)制，該機(jī)制對(duì)化合物按官能團(tuán)進(jìn)行分類(lèi)，主要考慮不同官能團(tuán)之間的光化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致該模擬反應(yīng)中，對(duì)光化學(xué)反應(yīng)性以及反應(yīng)通道的模擬精度較低，進(jìn)而導(dǎo)致以上兩種模型的模擬結(jié)果與得到的結(jié)果準(zhǔn)確度較差。

基于前體物觀測(cè)濃度的碳鍵機(jī)制模型，以前體物的觀測(cè)濃度作為模型輸入值，在碳鍵機(jī)制的驅(qū)動(dòng)下，進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)模擬，與WRF-CMAQ和WRF-CHEM類(lèi)似，該模型由于碳鍵機(jī)制對(duì)光化學(xué)反應(yīng)的考慮不夠精細(xì)，且法考慮氣象過(guò)程對(duì)空氣質(zhì)量的影響，造成模擬誤差較大，模擬效果較差。

基于前體物觀測(cè)的MCM機(jī)制模型以前體物的觀測(cè)濃度作為模型輸入，在MCM機(jī)制的驅(qū)動(dòng)下，進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)模擬，但是，目前的MCM機(jī)制模型只適用于臭氧、過(guò)氧乙酰硝酸酯等常規(guī)光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物的模擬，對(duì)烷基酸酯的模擬尚待開(kāi)發(fā)；且目前的MCM機(jī)制模型為簡(jiǎn)單的化學(xué)反應(yīng)計(jì)算模型，對(duì)反應(yīng)地點(diǎn)環(huán)境的影響忽略不計(jì)，導(dǎo)致模擬結(jié)果與實(shí)際反應(yīng)存在較大的誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種用于嵌套精細(xì)化學(xué)機(jī)制的光化學(xué)反應(yīng)箱模式的系統(tǒng)及方法，能夠提高模擬精度，得到的模擬結(jié)果與實(shí)際反應(yīng)的誤差較小。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

一種用于嵌套精細(xì)化學(xué)機(jī)制的光化學(xué)反應(yīng)箱模式的系統(tǒng)，包括

一光化學(xué)反應(yīng)模塊，其用于記錄不同物質(zhì)/自由基之間的光化學(xué)反應(yīng)，用于與待檢測(cè)條件相比對(duì)，確定待檢測(cè)區(qū)域的光化學(xué)種類(lèi)、反應(yīng)路徑和反應(yīng)速率；

一實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)輸入模塊，其用于輸入待測(cè)試區(qū)域的實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)和污染物數(shù)據(jù)，所述氣象數(shù)據(jù)包括溫度和濕度，所述污染物數(shù)據(jù)包常規(guī)氣態(tài)污染物、揮發(fā)性有機(jī)化合物和顆粒相化學(xué)組成；

一初始條件設(shè)定模塊，其用于設(shè)定光化學(xué)反應(yīng)初始條件，該條件包括待測(cè)試區(qū)域的光照起始時(shí)間，初始邊界層高度和各污染物的初始濃度；

一變量/參數(shù)定義模塊，其用于對(duì)待測(cè)試區(qū)域的變量和參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，所述變量包括污染物濃度和反應(yīng)速率，所述參數(shù)包括經(jīng)緯度、溫度、濕度和邊界層高度；

一光解速率計(jì)算模塊，其用于根據(jù)測(cè)試區(qū)域?qū)崟r(shí)太陽(yáng)高度角的變化，輸出各污染物的光解反應(yīng)速率，所述光解速率計(jì)算模塊包括校正單元，所述校正單元用于利用對(duì)流層紫外線和可見(jiàn)光輻射模型對(duì)光解速率進(jìn)行校正；

一干沉降模塊，其用于模擬污染物在混合層內(nèi)的干沉降過(guò)程；

一垂直交換模塊，其用于記錄污染物在自由邊界層與上層邊界層之間的交換。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述系統(tǒng)還包括一數(shù)據(jù)輸出模塊，其用于對(duì)光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物、反應(yīng)速率、以及模式中的變量/參數(shù)等進(jìn)行輸出。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述變量/參數(shù)定義模塊是模式運(yùn)行的前提，只有通過(guò)變量/參數(shù)定義模塊設(shè)置后，反應(yīng)箱模式才能被啟動(dòng)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述初始條件設(shè)定模塊設(shè)定的光化學(xué)反應(yīng)初始條件包括初始污染物濃度，所述污染物濃度為實(shí)際光化學(xué)反應(yīng)前0.5～2h的污染物濃度。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述光解速率計(jì)算模塊技術(shù)光解速率以測(cè)試點(diǎn)緯度、太陽(yáng)赤緯角和模式運(yùn)行時(shí)間為自變量的函數(shù)，公式如下：J＝L*cosX@M*exp(-N*secX)……公式一；

所述校正單元的校正公式如下：

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是根據(jù)測(cè)試點(diǎn)維度、太陽(yáng)赤緯角和模式運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行計(jì)算得到的；TIME為模式運(yùn)行時(shí)間，LAT為測(cè)試點(diǎn)維度、DEC為太陽(yáng)赤緯角，PAMP是速率為1的斜坡函數(shù)，L、M和N均為常數(shù)參數(shù)，J_TUV為根據(jù)地理坐標(biāo)、時(shí)間區(qū)間、臭氧柱濃度、地面反照率、云光學(xué)厚度和氣溶膠光學(xué)厚度的信息，利用TUV模式模擬的光解速率，J_MCM為校正之前按公式一計(jì)算出的MCM模型的光解速率，Jx為校正后的MCM模型光解速率。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述光化學(xué)反應(yīng)模塊還根據(jù)物質(zhì)所包含的官能團(tuán)/自由基/反應(yīng)類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)；

所述光化學(xué)反應(yīng)模塊根據(jù)迭代算法模擬光化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行：即利用前一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的污染物濃度數(shù)據(jù)推算后一個(gè)時(shí)間點(diǎn)污染物濃度，每種污染物既是光化學(xué)反應(yīng)中的產(chǎn)物也是反應(yīng)物。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，當(dāng)光化學(xué)的反應(yīng)物質(zhì)A的初始濃度為A₀，物質(zhì)A反應(yīng)生成物質(zhì)B的速率為k，反應(yīng)為一階反應(yīng)時(shí)，則反應(yīng)t時(shí)間后，A物質(zhì)濃度A_t可根據(jù)迭代算法公式八進(jìn)行計(jì)算：

A_t＝A₀-e^kt……公式八。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述干沉降模塊針對(duì)的反應(yīng)物為甲醛時(shí)，其計(jì)算公式如下：

其中，[HCHO]、[HCHO]_t和[HCHO]₀分別表示甲醛在任意時(shí)刻的濃度、初始濃度以及t時(shí)刻濃度，t表示沉降時(shí)間。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述垂直交換模塊針對(duì)的反應(yīng)物為甲醛時(shí)，其計(jì)算公式如下：

其中[O₃]表示任意時(shí)刻自由邊界層內(nèi)O₃的濃度，表示對(duì)流層頂層O₃濃度，其中，HHMAX和HHMIN分別為最大(1.3×10⁵cm)和最小(3×10⁴cm)混合層高度。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述數(shù)據(jù)輸出模塊數(shù)據(jù)輸出頻率可以調(diào)整，其輸出形式為體積濃度、質(zhì)量濃度、分子數(shù)濃度或反應(yīng)速率。

一種采用嵌套精細(xì)化學(xué)機(jī)制的光化學(xué)反應(yīng)箱模式的系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試的方法，包括以下步驟：

S1、根據(jù)待測(cè)試區(qū)域的污染物種類(lèi)選擇相對(duì)應(yīng)的光化學(xué)反應(yīng)模塊，或者在臭氧模擬模塊上根據(jù)污染物的含量，加入對(duì)光化學(xué)反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生重要影響的光化學(xué)反應(yīng)類(lèi)別；

S2、輸入待測(cè)試區(qū)域的溫度、濕度和污染物濃度，確定時(shí)間分辨率；

S3、輸入開(kāi)始時(shí)間、初始邊界層高度、各污染物的初始濃度；其中，污染物的初始濃度可以為待測(cè)試區(qū)域的測(cè)試開(kāi)始時(shí)間前6小時(shí)的平均濃度，初始濃度相當(dāng)于各污染物在光化學(xué)反應(yīng)前的背景值；

S4、在對(duì)流層紫外線和可見(jiàn)光輻射模型中輸入待測(cè)試區(qū)域的經(jīng)緯度以及測(cè)試時(shí)間，計(jì)算光解反應(yīng)速率，進(jìn)而對(duì)模式中基于太陽(yáng)高度角的光解速率函數(shù)中的各參數(shù)進(jìn)行校正；

S5、設(shè)置干沉降參數(shù)和垂直交換參數(shù)，計(jì)算污染物的干沉降速率和自由邊界層內(nèi)污染物濃度；

S6、輸出光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物濃度、產(chǎn)率、光化學(xué)反應(yīng)速率、量子濃度、自由基濃度、自由基生成和消耗速率。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明用于嵌套精細(xì)化學(xué)機(jī)制的光化學(xué)反應(yīng)箱模式的系統(tǒng)，通過(guò)變量/參數(shù)定義模塊和實(shí)施數(shù)據(jù)輸入模塊，確定反應(yīng)條件和前體物，并細(xì)化了光化學(xué)反應(yīng)的類(lèi)型，避免前提物源清單的模糊導(dǎo)致的不確定性，同時(shí)，將反應(yīng)物的干沉降和垂直交換對(duì)光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物濃度的影響納入系統(tǒng)中，對(duì)光解速率進(jìn)行了校正，能夠提高模擬精度，得到的模擬結(jié)果與實(shí)際反應(yīng)的誤差較小。

(2)本發(fā)明用于嵌套精細(xì)化學(xué)機(jī)制的光化學(xué)反應(yīng)箱模式的系統(tǒng)，光化學(xué)反應(yīng)模塊將烷基硝酸酯，過(guò)氧?；跛狨ゼ{入反應(yīng)物，雖然基于碳鍵機(jī)制的WRF-CMAQ和WRF-CHEM也可以對(duì)上述光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行模擬，但是該類(lèi)模型中相關(guān)化學(xué)機(jī)制的編譯要求操作人員具有專業(yè)的編程知識(shí)，且碳鍵機(jī)制對(duì)光化學(xué)反應(yīng)的考慮不夠精細(xì)。傳統(tǒng)的MCM模型局限于臭氧模擬，本發(fā)明充分考慮了臭氧、過(guò)氧酰基硝酸酯、烷基硝酸酯等物質(zhì)的光化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，從而大幅擴(kuò)寬了其在空氣質(zhì)量研究領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中用于嵌套精細(xì)化學(xué)機(jī)制的光化學(xué)反應(yīng)箱模式的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中用于嵌套精細(xì)化學(xué)機(jī)制的光化學(xué)反應(yīng)箱模式的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

參見(jiàn)圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種用于嵌套精細(xì)化學(xué)機(jī)制的光化學(xué)反應(yīng)箱模式的系統(tǒng)，其包括：

一變量/參數(shù)定義模塊，其用于對(duì)待測(cè)試區(qū)域的變量和參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，其中，變量包括污染物濃度和反應(yīng)速率，參數(shù)包括經(jīng)緯度、溫度、濕度和邊界層高度，變量/參數(shù)定義模塊是模式運(yùn)行的前提，只有通過(guò)變量/參數(shù)定義模塊設(shè)置后，反應(yīng)箱模式才能被啟動(dòng)。

一實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)輸入模塊，其用于輸入待測(cè)試區(qū)域的實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)和污染物數(shù)據(jù)，其中，氣象數(shù)據(jù)包括溫度和濕度，污染物數(shù)據(jù)包常規(guī)氣態(tài)污染物、揮發(fā)性有機(jī)化合物和顆粒相化學(xué)組成。

根據(jù)實(shí)際需要(或待測(cè)試區(qū)域的實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)和污染物數(shù)據(jù)的變化情況)，數(shù)據(jù)輸入模塊的輸入頻率即時(shí)間分辨率可以為10min、0.5h或1h。在實(shí)際操作時(shí)，數(shù)據(jù)輸入模塊的輸入方式可以是直接寫(xiě)入程序中，也可以使用程序命令在數(shù)據(jù)根目錄中進(jìn)行調(diào)用，其中，數(shù)據(jù)根目錄中記錄有待測(cè)試區(qū)域常見(jiàn)的氣象數(shù)據(jù)和污染物數(shù)據(jù)，能夠與該區(qū)域?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)相匹配。

一初始條件設(shè)定模塊，其用于設(shè)定光化學(xué)反應(yīng)初始條件，該條件包括待測(cè)試區(qū)域的光照起始時(shí)間，初始邊界層高度和各污染物的初始濃度，在實(shí)際操作時(shí)，可將光化學(xué)反應(yīng)前0.5～2h(最佳為1h)的污染物濃度作為初始污染物濃度。

一光解速率計(jì)算模塊，其用于根據(jù)測(cè)試區(qū)域?qū)崟r(shí)太陽(yáng)高度角的變化，輸出各污染物的光解反應(yīng)速率，污染物包括臭氧、甲醛、亞硝酸和雙氧水等。

與傳統(tǒng)的MCM模型相比，本發(fā)明利用對(duì)流層紫外線和可見(jiàn)光輻射模型(Tropospheric Ultraviolet andVisible Radiation，TUV)對(duì)光解速率進(jìn)行校正。

利用開(kāi)源的TUV模式(TUV模式的具體內(nèi)容參見(jiàn)現(xiàn)有的網(wǎng)站：http://cprm.acom.ucar.edu/Models/TUV/Interactive_TUV/)，調(diào)取不同類(lèi)型大氣污染物光解反應(yīng)速率，從而對(duì)不同污染物的光解速率進(jìn)行調(diào)整。

TUV模式中根據(jù)待測(cè)試區(qū)域的實(shí)際地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，實(shí)際地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)包括用戶指定的時(shí)間區(qū)間、臭氧柱濃度、地面反照率、云光學(xué)厚度和氣溶膠光學(xué)厚度。

MCM模式的光解速率表示為一類(lèi)以測(cè)試點(diǎn)緯度、太陽(yáng)赤緯角和模式運(yùn)行時(shí)間為自變量的函數(shù)，公式如下：J＝L*cosX@M*exp(-N*secX)……公式一

L、M和N均為常數(shù)參數(shù)(如臭氧光解生成激發(fā)態(tài)氧原子的反應(yīng)速率計(jì)算中，L、M和N分別為1.04×10^-4、1.743和-0.474)。

校正公式如下：Jx＝J_TUV/J_MCM*L*cosX@M*exp(-N*secX)……公式二。cosX和secX可根據(jù)測(cè)試點(diǎn)維度、太陽(yáng)赤緯角和模式運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行計(jì)算(公式三～公式七)。

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。

公式一至七中，TIME為模式運(yùn)行時(shí)間，以秒計(jì)；LAT為測(cè)試點(diǎn)維度、DEC為太陽(yáng)赤緯角、PAMP是速率為1的斜坡函數(shù)、L、M和N均為常數(shù)參數(shù)(如臭氧光解生成激發(fā)態(tài)氧原子的反應(yīng)速率計(jì)算中，L、M和N分別為1.04×10^-4、1.743和-0.474)。J_TUV為根據(jù)地理坐標(biāo)、時(shí)間區(qū)間、臭氧柱濃度、地面反照率、云光學(xué)厚度和氣溶膠光學(xué)厚度的信息，利用開(kāi)源的TUV模式模擬的光解速率，J_MCM為校正之前按公式一計(jì)算出的MCM模型的光解速率，Jx為校正后的MCM模型光解速率。

光化學(xué)反應(yīng)模塊，其用于記錄不同物質(zhì)/自由基之間的光化學(xué)反應(yīng)，用于與待檢測(cè)條件相比對(duì)，確定待檢測(cè)區(qū)域的光化學(xué)種類(lèi)、反應(yīng)路徑和反應(yīng)速率，本實(shí)施例中的光化學(xué)反應(yīng)模塊包含5,836種物質(zhì)/自由基之間的17,242個(gè)光化學(xué)反應(yīng)。

光化學(xué)反應(yīng)模塊還根據(jù)物質(zhì)所包含的官能團(tuán)/自由基/反應(yīng)類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)，官能團(tuán)分類(lèi)包括烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴、鹵代烷烴、硝酸酯和羰基化合物；自由基分類(lèi)包括羥基自由基、過(guò)氧羥基自由基、烷氧基、過(guò)氧烷基、氧自由基和氯自由基；反應(yīng)類(lèi)型分類(lèi)包括氧化還原反應(yīng)(主要的大氣光化學(xué)反應(yīng)氧化劑有羥基、過(guò)氧羥基、過(guò)氧烷基、氧氣、臭氧、三氧化氮和氯等)、離子交換反應(yīng)、取代反應(yīng)、加成反應(yīng)和聚合反應(yīng)，以便于模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)進(jìn)行調(diào)取和選擇。

光化學(xué)反應(yīng)的基本反應(yīng)步驟為：

A、揮發(fā)性有機(jī)化合物被氧化物的氧化，生成的烷基與氧氣結(jié)合為過(guò)氧烷基自由基，其中，氧化物主要為羥基自由基、氯自由基、三氧化氮和/或臭氧。

主要反應(yīng)式為：RHs+OH/Cl/NO₃/O₃→R；

R+O₂→RO₂。

其中，RHs，R和RO₂分別表示揮發(fā)性有機(jī)化合物、烷基自由基和過(guò)氧烷基自由基。

B、過(guò)氧烷基自由基與一氧化氮反應(yīng)生成烷氧基和二氧化氮，并產(chǎn)生副反應(yīng)生成烷基硝酸酯，主反應(yīng)與副反應(yīng)之間的分配比例經(jīng)過(guò)了文獻(xiàn)參考、煙霧箱實(shí)驗(yàn)以及長(zhǎng)期野外觀測(cè)模擬的有效驗(yàn)證，為本申請(qǐng)的發(fā)明點(diǎn)之一。過(guò)氧烷基與一氧化氮反應(yīng)生成的烷基硝酸酯降低了光化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)中的氧化性自由基和一氧化氮含量，從而對(duì)臭氧產(chǎn)量造成影響。因此，準(zhǔn)確的主、副反應(yīng)之間的分配比例是精確模擬大氣光化學(xué)過(guò)程以及臭氧生成的基礎(chǔ)。

主要反應(yīng)式為：RO₂+NO→RO₂+NO₂(1-α)；

RO₂+NO→RONO₂(α)。

其中，RO₂、RO和RONO₂分別表示過(guò)氧烷基、烷氧基和烷基硝酸酯。α表示與NO反應(yīng)生成RONO₂的RO₂占所有RO₂的比例，對(duì)于不同的RO₂，該比例也會(huì)不同，如過(guò)氧甲基、過(guò)氧乙基、過(guò)氧異丙基的分配比例分別為0.0003、0.0094和0.048。

C、二氧化氮分解產(chǎn)生氧原子，氧原子與氧氣結(jié)合生成臭氧，烷氧基自由基與氧氣反應(yīng)生成羰基化合物和過(guò)氧羥基。

主要反應(yīng)式為：NO₂→NO+O³p；

O³p+O₂→O₃；

RO+O2→R’(CO)R”+HO₂。

其中，O³p指基態(tài)氧原子，R’(CO)R”表示羰基化合物，其中R’和R”表示烷基或氫原子。

D、過(guò)氧羥基與一氧化氮反應(yīng)生成二氧化氮和羥基，實(shí)現(xiàn)了羥基自由基的循環(huán)：HO₂+NO→OH+NO₂。

E、二氧化氮分解產(chǎn)生氧原子，與氧氣結(jié)合生成臭氧。

主要反應(yīng)式為：NO₂→NO+O³p；

O³p+O₂→O₃。

注：O³p指基態(tài)氧原子。

光化學(xué)反應(yīng)模塊根據(jù)迭代算法模擬光化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行：利用前一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的污染物濃度數(shù)據(jù)推算后一個(gè)時(shí)間點(diǎn)污染物濃度，即每種污染物既是光化學(xué)反應(yīng)中的產(chǎn)物也是反應(yīng)物。

例如，物質(zhì)A的初始濃度為A₀，物質(zhì)A反應(yīng)生成物質(zhì)B的速率為k，假設(shè)該反應(yīng)為一階反應(yīng)，則反應(yīng)t時(shí)間后，A物質(zhì)濃度A_t可根據(jù)公式八進(jìn)行計(jì)算。

A_t＝A₀-e^kt……公式八

迭代算法自動(dòng)將該濃度設(shè)置為物質(zhì)A新的初始濃度。時(shí)間間隔可以根據(jù)需要以及觀測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)間分辨率進(jìn)行設(shè)置。例如，在沒(méi)有輸入臭氧濃度的情況下，模式根據(jù)用戶輸入的臭氧前體物的小時(shí)平均值計(jì)算得到臭氧濃度，該臭氧濃度將作為后一小時(shí)臭氧在反應(yīng)物中的濃度參與各類(lèi)光化學(xué)反應(yīng)。如此迭代，直至模式根據(jù)用戶的輸出命令定點(diǎn)輸出污染物濃度數(shù)據(jù)。

與傳統(tǒng)的MCM模型相比，嵌套MCM的光化學(xué)反應(yīng)箱模式因?yàn)榘送榛跛狨?，過(guò)氧?；跛狨?，因此除模擬臭氧生成外，還可以對(duì)烷基硝酸酯，過(guò)氧?；跛狨サ裙饣瘜W(xué)生成/消耗過(guò)程進(jìn)行模擬。

干沉降模塊，其用于模擬污染物在混合層內(nèi)的干沉降過(guò)程，本發(fā)明的系統(tǒng)對(duì)沉降速率進(jìn)行了參數(shù)化設(shè)置。以甲醛為例，計(jì)算公式為公式九和公式十。其中，[HCHO]、[HCHO]_t和[HCHO]₀分別表示甲醛在任意時(shí)刻的濃度、初始濃度以及t時(shí)刻濃度，t表示沉降時(shí)間。

垂直交換模塊考慮了污染物在自由邊界層與上層邊界層之間的交換。以甲醛為例，垂直交換過(guò)程通過(guò)以下公式進(jìn)行描述：“％LT％LT*53.74*M；O₃＝”，其中“％”為計(jì)算啟動(dòng)符號(hào)，雙“％”表示可逆計(jì)算過(guò)程(即可逆反應(yīng))，“LT”表示交換速率，根據(jù)混合層高度的變化而變化；“53.74*M”是上層邊界層內(nèi)臭氧的分子數(shù)濃度(M指1ppbv的分子個(gè)數(shù))，可根據(jù)在邊界層以上的實(shí)際觀測(cè)進(jìn)行設(shè)置。由于是可逆反應(yīng)，等號(hào)右邊設(shè)置為空值，表示反應(yīng)物與產(chǎn)物為同一物質(zhì)。

具體計(jì)算過(guò)程如公式十一所示，其中[O₃]表示任意時(shí)刻自由邊界層內(nèi)O₃的濃度，表示對(duì)流層頂層O₃濃度。LT的計(jì)算如公式十二所示，其中，HHMAX和HHMIN分別為最大(1.3×10⁵cm)和最小(3×10⁴cm)混合層高度。

數(shù)據(jù)輸出模塊用于對(duì)光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物、反應(yīng)速率、以及模式中的變量/參數(shù)等進(jìn)行輸出。根據(jù)實(shí)際需要，本發(fā)明中的數(shù)據(jù)輸出模塊的數(shù)據(jù)輸出頻率可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定，如10min、0.5h或1h；輸出的形式可以是體積濃度、質(zhì)量濃度、分子數(shù)濃度或反應(yīng)速率。

參見(jiàn)圖2所示，本發(fā)明還提供一種采用上述用于嵌套精細(xì)化學(xué)機(jī)制的光化學(xué)反應(yīng)箱模式的系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試的方法包括以下步驟：

S1、根據(jù)待測(cè)試區(qū)域的污染物種類(lèi)選擇相對(duì)應(yīng)的光化學(xué)反應(yīng)類(lèi)憋，或者在臭氧模擬模塊上根據(jù)污染物的含量，加入對(duì)光化學(xué)反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生重要影響的光化學(xué)反應(yīng)模塊，常見(jiàn)的如過(guò)氧酰基硝酸酯、烷基硝酸酯的生成和消耗路徑。

如果需要研究某些特定反應(yīng)路徑對(duì)光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物的貢獻(xiàn)，可在光化學(xué)反應(yīng)模塊構(gòu)建過(guò)程中，選擇開(kāi)啟或者關(guān)閉路徑，從而根據(jù)該物質(zhì)產(chǎn)量變化，判斷不同路徑的相對(duì)貢獻(xiàn)。

S2、輸入待測(cè)試區(qū)域的溫度、濕度和污染物濃度，確定時(shí)間分辨率。

S3、輸入開(kāi)始時(shí)間、初始邊界層高度、各污染物的初始濃度。其中，污染物的初始濃度可以為待測(cè)試區(qū)域的測(cè)試開(kāi)始時(shí)間前6小時(shí)的平均濃度，初始濃度相當(dāng)于各污染物在光化學(xué)反應(yīng)前的背景值。

S4、在對(duì)流層紫外線和可見(jiàn)光輻射模型中輸入待測(cè)試區(qū)域的經(jīng)緯度以及測(cè)試時(shí)間，計(jì)算光解反應(yīng)速率，進(jìn)而對(duì)模式中基于太陽(yáng)高度角的光解速率函數(shù)中的各參數(shù)進(jìn)行校正。

S5、設(shè)置干沉降參數(shù)和垂直交換參數(shù)，計(jì)算污染物的干沉降速率和自由邊界層內(nèi)污染物濃度。

S6、輸出光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物濃度、產(chǎn)率、光化學(xué)反應(yīng)速率、量子濃度、自由基濃度、自由基生成和消耗速率。

本發(fā)明不局限于上述實(shí)施方式，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。