【中国大气污染的化学模式研究】
通过模式模拟计算的方法与现场实测，实验室模拟实验结合起来，可对污染物进行定量描述或预测其时空分布状况，亦可对设想的污染过程或假定的化学反应历程进行模拟验证。由此可获得某些无法或难以从现场实测或实验室实验所得到的结果；因此，大气化学模拟模式已成为当今大气(污染)化学研究的重要方面和有力的工具。60年代国外开始探索大气质量模式。由于计算机的发展，近10余年来模式研究进展较快。从第1代化学惰性污染物的统计经验模式进展到第2代城市二次气体污染物和颗粒物的大气扩散与化学反应相结合的模式，又发展为三维中尺度气象场背景基础上把各种物理和化学过程综合在一起的区域大气污染的综合模式，这是第3代。但是，迄今为止，仍是光化学烟雾模式的研究较为详尽而完善。之后对酸雨形成(酸沉降过程)的模式研究较多。近年来则对与全球性大气污染有关的臭氧层耗损，气候变化等问题进行全球性综合模式的研究，甚为注目，其中涉及化学有关的模式，较多的与痕量(温室)气体的大气化学过程有关。
中国大气污染的化学模式开展较晚，70年代末用一维有源简化模式估算了SO2转化为硫酸盐的速率常数，用主成分分析法推算出天津市大气中SO2转化为硫酸盐的表现一级转化速率。之后探讨了大气SO2的归宿及其动力学模式。80年代初，在京津渤地区污染规律研究中，建立了反映区域特征的SO2转化的烟团模式。该模式考虑了风场、大气稳定度随时空的变化，SO2转化为硫酸盐与地面吸收过程等。用它计算了区域环境范围内SO2的浓度分布和京津两市SO2的相互影响等。在大气颗粒物来源识别的研究中应用了源－受体模式，采用各种多元统计分析方法(有因子分析，主成分分析，目标识别因子分析，目标转换因子分析，聚类分析和多元回归分析等)。兰州西固石化地区的光化学烟雾研究中建立了光化学烟雾污染的柱子模式。经模拟结果表明此模式基本上适用于该地区源－气象－污染物浓度之间的关系及污染物的时空变化。在上海金山石化区建立了光化学雾模拟模式(SJMM)，它基本上可描述该区大气中O3、NO、NO2的浓度分布和日变化情况。模式预断了污染物排放量增加后的污染情况。1988年建立了模拟北京大气光化学污染的“北京模式”。光化学烟雾的箱模式研究，也有人探讨过。酸雨的形成是复杂的物理和化学并存的过程。从化学的角度，主要是阐明大气化学过程。其中包括酸性物质在大气中形成的化学机制及降水酸化的化学动力学过程等。利用化学反应机制模式可估算气相均相反应、云内液相反应，云下液相反应等各个过程对酸雨形成的作用，并判定其主次。还可模拟不同条件下酸雨变化的趋势，预测削减污染物排放量后，其浓度变化等。虽然这种估算比较粗糙，但仍有其可用之处。我国酸雨化学模式的研究始于1985年，首先用气液平衡可逆洗脱模式对重庆和贵阳地区的湿沉降酸化进行了探讨，用一维时变微物理参数化的暖性层状云模式研究了SO2，H2O2在云、雨中的溶解，离解和液相氧化过程。“七五”期间，根据基本化学动力学常数，用拉格朗日模式对西南地区云下洗脱痕量气体和颗粒物，使雨水酸化的过程进行了研究。其中还考虑了痕量气体的稳定态和不可逆云下洗脱的情况。在修改“北京模式”的基础上，简化气相化学和液相反应机理，建立了酸雨化学模式(ARCM)，用此模式探讨了广州地区云下洗脱的机制，估算了云内和云下洗脱对降雨中
、
、
的贡献和云下气体的湿清洗率。美国在酸雨研究中建立了区域酸沉降模式(RADM)是目前较完整的酸沉降气质模式。它是在中尺度气象模式的背景场上，包括污染物的迁移，转化和干湿沉降的三维欧拉模式。在化学模式中包括36个物种和77个反应(后修改成63个物种，157个反应)，主要研究云内化学过程。曾用于包括美国东部、加拿大东南部和西大西洋区域内大气酸沉降的研究。我国于1990年对此模式加以修改，发展成在中尺度气象背景场基础上，除云内过程外，还加入了云下过程痕量气体和气溶胶的传输、扩散、气液相化学反应和干湿沉降的三维欧拉模式。包括35种物种，81个反应。在国内可称是迄今最完善的化学模式，用此模式阐明了华北地区污染物的时空分布、干湿沉降的变化、云内清除和云下洗脱对雨水中离子的不同贡献等。应用国外MAGIC模式(集水区地下水酸化模式)对西南地区酸沉降的发展趋势进行了预测。计算了四川盆地，贵州省及重庆地区硫沉降对下表层土壤水H+浓度、Al3+浓度，碱度的变化。在此基础上按硫沉降的临界负荷，提出了控制SO2排放量的方案。此外，还建立了区域源解析模式，曾用于华南地区，获得了较好的结果。其它还有用受体模式对西南地区降雨中痕量元素的来源进行了探讨，用聚类分析探讨了降雨中主要阴阳离子的城区，郊区和农村有各自的特点，同时也显示出城市对郊区和农村的影响。关于不涉及化学机制，主要是污染物大气扩散与输送性质的物理模式已有很多研究，在此不作叙述。由于模式的运算受计算机容量和计算速度的限制，实际用于大气质量模式中化学动力学的机制，都要简化处理，以减少物种的数目和反应个数，因此对化学机制模式中进行简化近似处理的方法研究，已成为模式研究中的内容之一，对此也有人进行探讨，提出了不少处理的方法，有些在我国亦已采用。【参考文献】：1 汪安璞．我国某些区域大气污染化学研究．中国环境科学年鉴．中国环境科学学会编．北京：中国环境科学出版社，1989．153～1702 徐晓白，等编．有毒有机物环境行为和生态毒理论文集．北京：中国科学技术出版社．19903 国家环保局编．大气污染防治技术研究．“七五”攻关环保项目论文集(成果汇编)．北京：科学出版社，19924 中国环境科学学会编．酸雨文集．北京：中国环境科学出版社．19895 戴乾圜．中国科学．1978，10：9646 中国环境科学研究院等．中国环境科学，19856，5(22)：17 中国科学技术学会编．气候变化与环境问题僵学术讨论会论文汇编．19918 唐孝炎，等．环境科学学报．1984，4(1)：33(中国科学院生态环境中心汪安璞研究员撰)