【文章內(nèi)容簡介】 酸硝酸高錳酸鉀或者硝酸硫酸五氧化二釩消解法處理后用冷原子吸收分光光度法測定土壤中總汞含量。 技術(shù)關(guān)鍵（本項目實施解決的關(guān)鍵技術(shù)） CalPuffHg的改進及關(guān)鍵參數(shù)的修正在CalPuff源代碼中加入汞的擴散、沉降以及簡化的氣相化學(xué)氧化機制，使其支持點源排放大氣汞的模擬。與此同時，還將結(jié)合大氣汞濕沉降及土壤觀測數(shù)據(jù)進行模擬結(jié)果與實測值的對比；通過分析模擬結(jié)果的誤差范圍和與實際觀測數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)等，進行可靠性、敏感度、結(jié)果不確定性等評估檢驗，并最終優(yōu)化所改寫的CalPuffHg沉降速率和反應(yīng)參數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)。具體方法如下。1. 干沉降機制GEM、RGM和PHg的干沉降模擬可以通過在CalPuff中加入Lin等[1]推薦的阻力模式方法進行。由于同時考慮了干沉降速率的晝夜變化特征以及不同土地利用方式的影響，阻力模式相對于沉降速率分配方法有著明顯優(yōu)勢。阻力模式的方程式如下：Vd = (Ra + Rb + Rc)1 + Vg (1)Ra (s m1) 湍流輸送估算的氣動阻力(aerodynamic resistance)；Rb (s m1) 汞擴散率估算的準(zhǔn)層阻力(quasilaminar resistance)；Rc (s m1) 林冠/表面阻力(canopy/surface resistance)。 Vg (m s1) 粗顆粒的沉降速率 (settling velocity, PHg, 181。m).對大氣汞而言，式(1)中林冠/表面阻力占了絕大多數(shù)。根據(jù)汞的熱力學(xué)/物理特性，我們可以簡化處理GEM、RGM和PHg的沉降速率計算過程，即以考慮林冠阻力(canopy resistance)的影響為主。已有研究表明，主要考慮林冠阻力的簡化沉降模擬過程[2][3][4][5]，可以較好的表征GEM干沉降速率的晝夜變化；如： cm s cm s1，Lindberg等[6]177。 cm s1。由于汞的擴散過程與SO2近似，也有學(xué)者[7]用SO2的林冠阻力來估算GEM的干沉降速率。GEM和RGM的林冠阻力可以使用RADM沉降方法[8]估算，其公式如下： (2)公式(2)中阻力參數(shù)及其計算細(xì)節(jié)見表 4。式(2)和表 4綜合考慮了3D風(fēng)場及GIS所提供的大氣穩(wěn)定度和土地利用類型，以及估算Vd過程中各汞組分的不同物理特性。將式(2)結(jié)果代入式(1)計算，我們最終可以得到一個與實測痕量大氣汞沉降速率相近的晝夜模擬結(jié)果。表 4估算GEM和RGM林冠阻力的RADM參數(shù) 注：G—到達林冠的太陽輻射，Dx痕量物質(zhì)的分子擴散，ri冠層氣孔對水蒸氣的最小批量阻力，rlu—健康植被的葉角質(zhì)層或是在林冠上部的外表面的表面體積阻力，rclS –樹葉、樹枝、樹皮以及其他暴露在SO2中的低層林冠表面體積阻力，rclO –樹葉、樹枝、樹皮以及其他暴露在O3中的低層林冠表面體積阻力，rac –僅取決于林冠高度和密度的轉(zhuǎn)移表面體積阻力，rgsS –與SO2接觸的地表土壤、落葉等的表面體積阻力，rgsO –與O3接觸的地表土壤、落葉等的表面體積阻力. 上述參數(shù)隨土地利用方式和季節(jié)不同而不同，f0是Wesley[8]所定義的反應(yīng)常數(shù)。2. 氣相化學(xué)氧化機制GEM難溶于水，在CalPuff所模擬的小尺度范圍內(nèi)，GEM液相反應(yīng)對總汞的沉降量影響非常小。因此，氣象反應(yīng)被認(rèn)為是小尺度傳輸范圍內(nèi)大氣汞的幾乎全部反應(yīng)。項目將在簡化Lin等[1]提出的CMAQHg的大氣汞氣相化學(xué)反應(yīng)機制后，將其添加入CalPuff中。大氣汞的主要氣象化學(xué)反應(yīng)過程見表 5；其他氧化劑由于影響較?。ɡ?，H2O2[9]、活性鹵化物僅在海洋邊界層和極地地區(qū)有影響），可以忽略。因此，CalPuff中GEM的氧化反應(yīng)可以用公式(3)來描述。表 5 GEM的氣象化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)方程式單位Hg0(g) + O3(g) 190。174。 HgO(s, g) + O2(g)34901020 cm3molec1s1Hg0(g) + OH(g) 190。174。 Hg(II) Products1014 cm3molec1s1 (3)項目將利用CMAQHg的模擬結(jié)果提供式(3)中O3 和 OH的濃度。GEM的氧化產(chǎn)物將按各自50%的比例均等分配給RGM和PHg[9]。本小節(jié)參考文獻[1] Lin ., Pongprueksa P., Lindberg S. 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CalPuffHg模擬使用CalPuffHg對廣東省工業(yè)大點源排放大氣汞局地污染特征進行連續(xù)一年，共5年（20122016）跨度的模擬。CalPuffHg模型域涵蓋如圖 12所示的全部廣東省行政區(qū)域，以及香港、澳門大部分行政區(qū)域，其分辨率為33 km。氣象數(shù)據(jù)和地形數(shù)據(jù)經(jīng)由CalPuff前置CALMET數(shù)據(jù)處理模塊處理后，與廣東省重點工業(yè)企業(yè)大氣汞排放清單、CMAQHg提供的O3和OH的濃度一起輸入Linux集群環(huán)境下的CalPuffHg模型，進行逐點/單個企業(yè)的并行模擬，模擬結(jié)果經(jīng)由CALPOST后置模塊處理后，使用“GIS數(shù)據(jù)處理及可視化綜合分析工具”可得到局地污染物排放及濃度分布圖、干濕沉降狀況分布圖，這些結(jié)果將用來耦合優(yōu)化CMAQHg在點源附近的沉降。圖 12 CalPuffHg模型模擬區(qū)域CMAQHg將用來對中國區(qū)的大氣汞狀況進行連續(xù)一年，共5年（20122016）跨度的模擬，其分辨率為3636 km，模型域涵蓋如圖 13所示的中國的絕大部分地區(qū)，以及日本、韓國、蒙古、東亞和南亞的部分地區(qū)。圖 13中紅色部分的廣東省工業(yè)企業(yè)排放清單將會被更新替換或關(guān)閉。CMAQHg需要的初始濃度(ICON)和邊界濃度(BCON)由全球大氣汞模擬模型GEOSChem提供。圖 11上部，CMAQHg模擬流程中的前四個環(huán)節(jié)主要是為核心模擬環(huán)節(jié)CCTM準(zhǔn)備并行計算運行環(huán)境。CMAQHg每模擬一天將產(chǎn)生6個數(shù)據(jù)輸出文件（表 6），第一天的輸出文件CCTM_CGRID將作為第二天的ICON輸入文件，如此循環(huán)運行至最后一天，可得到表 5所列每小時即時濃度和干沉降數(shù)據(jù)文件。CMAQHg模擬結(jié)果需要經(jīng)過netCDF 格式數(shù)據(jù)處理軟件(NCO)提取CalPuffHg模擬所需的氧化劑濃度輸入數(shù)據(jù)，以及“GEM，RGM 和PHG”3種大氣汞污染物年均值、最大值、最小值等。之后用項目自主開發(fā)的“GIS數(shù)據(jù)處理及可視化綜合分析工具”并結(jié)合環(huán)境空氣質(zhì)量及野外采樣觀測結(jié)果，進行數(shù)據(jù)處理及綜合分析、展示。2. CMAQHg模擬116497圖 13 CMAQHg模型模擬區(qū)域表 5 CCTM/CMAQHg模擬一天輸出文件名稱大小(MB)名稱大小(MB)CONC小時即時濃度998WETDEP小時濕沉降A(chǔ)CONC小時平均濃度AEROVIS小時能見度DRYDEP小時干沉降CGRID下一天模擬初始化文件96合計: GB表 6 CCTM輸出文件名稱描述CCTM_CONC小時即時濃度CCTM_AEROVIS小時能見度CCTM_CGRID下一天模擬初始化文件CCTM_ACONC小時平均濃度CCTM_DRYEP小時干沉降CCTM_WETEP小時濕沉降3. CalPuffHg和CMAQHg沉降分布耦合優(yōu)化圖 14為利用CalPuffHg局地沉降結(jié)果耦合優(yōu)化CMAQHg模擬結(jié)果中大點源周邊沉降分布的流程，整個耦合優(yōu)化過程交由“GIS數(shù)據(jù)處理及可視化綜合分析工具”自動進行并輸出結(jié)果文件。預(yù)計CalPuffHg模擬局地沉降結(jié)果小于CMAQHg模擬值的區(qū)域主要在廣東省行政邊界以外及受臨近省份輸入影響明顯的區(qū)域；而以廣州為中心的工業(yè)聚集區(qū)處于廣東省的核心位置、遠(yuǎn)離邊界，大氣汞主要受周邊工業(yè)點源排放影響，CalPuffHg模擬的點源疊加沉降結(jié)果將很有可能大于CMAQHg的模擬值。圖 14 CalPuffHg和CMAQHg沉降分布耦合優(yōu)化流程 GIS數(shù)據(jù)處理及可視化綜合分析工具開發(fā)圖 15 GIS可視化綜合分析工具研發(fā)流程參照RUP（Rational Unified Process）推薦的五個核心工作流程（圖 15：業(yè)務(wù)建模、需求、分析設(shè)計、實施和測試進行GIS數(shù)據(jù)處理及可視化綜合分析工具研發(fā)。研發(fā)過程中需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題如下。1. 多源、多維信息的綜合分析技術(shù)項目將根據(jù)氣象、CalPuffHg和CMAQHg輸出文件各自的數(shù)據(jù)格式，研究模型模擬數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、觀測數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)的集成、匹配及調(diào)用方法，解決四維（x、y、z、t）空間動態(tài)分析、數(shù)據(jù)耦合優(yōu)化處理、模擬與觀測數(shù)據(jù)驗證分析等問題，并研究如何利用上述數(shù)據(jù)進行點源大氣汞排放、傳輸及沉降特征的綜合統(tǒng)計和比較分析。2. 多源、多維信息的可視化展現(xiàn)技術(shù)多源、多維信息的可視化展現(xiàn)技術(shù)是將不同來源、不同時空尺度的大氣汞排放、環(huán)境濃度及相關(guān)信息關(guān)聯(lián)集成后利用GIS進行可視化的展現(xiàn)，使點源大氣汞排放及影響模擬、污染源污染源排放削減效果評估等環(huán)境管理決策能夠直觀、快速、高效的進行。多源、多維信息的可視化展現(xiàn)技術(shù)將基于Silverlight研發(fā)，項目將系統(tǒng)解決多源、多維大氣環(huán)境模擬、觀測信息與GIS 的無縫集成并實現(xiàn)數(shù)據(jù)相互關(guān)聯(lián)更新的技術(shù)難題，能夠?qū)崟r或準(zhǔn)實時地進行環(huán)境信息GIS的可