生物挥发性有机物排放计算方法

本发明属于生物挥发性有机物排放计算领域，尤其涉及一种生物挥发性有机物排放计算方法。

背景技术：

1、生物挥发性有机物是臭氧、小粒径颗粒物重要的反应前体物。目前，世界多地大气一次污染物(nox、so2等)浓度普遍表现出下降趋势，但是，大气中的臭氧浓度却一直在上升。其主要原因是由于世界各地生物(森林、草地、农作物等)挥发性有机物排放的增加，进而带来了它们和其他污染物参与化学和光化学反应，进而产生大量的污染物，特别是臭氧和小粒径颗粒物。生物挥发性有机物具有非常高的化学反应活性，因而寿命很短(可以到达分钟水平)。在有光照的条件下(特别是高强度的紫外辐射和可见光辐射)，上述各种成分参与化学和光化学反应速率快速增加，从而造成反应产物中的化学成分种类大量增多及其浓度迅速上升。由于生物挥发性有机物成分多、活性高、寿命短等特点，对于它们排放(速率、通量)的实验测量和模型计算中都有非常大的不确定性(例如，国外排放模型(megan)的计算值可以达到测量值的3-5倍)，准确计算它们的排放通量存在非常大的难度。目前还没有适合我国生物挥发性有机物的排放模型，因而，这一方面面临着很大的挑战。

2、目前，关于生态系统生物挥发性有机物排放的计算模型主要归纳为两类：1)复杂模型，主要是国外科学家发展的排放模型(例如自然源气态和气溶胶排放模型megan)，考虑植物生理、土壤中的水等各种相关过程及其描述，涉及到很多参数、采用较多假设及相应参数，对于我国生态系统挥发性有机物排放的计算有很大的计算误差(例如几倍)。模型仅仅考虑单向的作用，缺乏关于相互作用(特别是多因子和多过程之间)的描述。2)经验模型，简化考虑上述植物和土壤中的很多过程、某些系数是固定的，只能限于个别生态系统挥发性有机物排放的计算，故缺乏普适性。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种生物挥发性有机物排放计算方法，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种生物挥发性有机物排放计算方法，包括以下步骤：

3、确定生物挥发性有机物排放的关键参数；

4、基于光合有效辐射和生物挥发性有机物排放的变化规律，设定所述关键参数的取值范围；

5、基于光合有效辐射平衡原理和所述关键参数，构建初始生物挥发性有机物排放计算模型；

6、对所述初始生物挥发性有机物排放计算模型进行变换，获得生物挥发性有机物排放计算模型。利用所述生物挥发性有机物排放计算模型，进行生物挥发性有机物排放计算。

7、优选地，所述关键参数包括生物挥发性有机物排放通量、光合有效辐射和太阳高度角，其中生物挥发性有机物包括异戊二烯和单萜烯。

8、优选地，所述关键参数的取值范围包括：生物挥发性有机物排放通量小于2倍标准差；太阳高度角大于15度；光合有效辐射小于大气顶的值。

9、优选地，所述初始生物挥发性有机物排放计算模型的表达式为：

10、par(iso)＝a1’e-a1isotmcosz+a2’e-kwmcosz+a3’e-s/q+a0’

11、par(mt)＝b1’e-a2mttmcosz+b2’e-kwmcosz+b3’e-s/q+b0’

12、式中，系数a1’表示异戊二烯相关的大气顶处的光合有效辐射值，a2’表示大气成分与异戊二烯光化学相关的大气顶处的光合有效辐射值，a3’表示大气成分与异戊二烯散射过程相关的大气顶处的光合有效辐射值，a0’表示异戊二烯相关的大气顶反射的光合有效辐射；系数b1’表示单萜烯相关的大气顶处的光合有效辐射值，b2’表示大气成分与单萜烯光化学相关的大气顶处的光合有效辐射值，b3’表示大气成分与单萜烯散射过程相关的大气顶处的光合有效辐射值，b0’表示单萜烯相关的大气顶反射的光合有效辐射，e-a1isotm表示异戊二烯项、e-kwm表示光化学项、e-s/q表示散射项，其中s表示太阳散射辐射，q表示总辐射、e-a2mttm表示单萜烯项、z表示太阳高度角。

13、优选地，所述光化学项的表达式为：

14、e-kwm＝1-δsi0cosz

15、式中，△s＝0.172(mw×0.1×30)0.303，i0表示太阳常数，k表示水汽吸收系数，m表示大气质量，w表示大气柱水汽含量。

16、优选地，所述异戊二烯项表达式为：e-a1isotm，其中a1表示异戊二烯衰减系数，iso＝t×ei×0.1，ei表示异戊二烯排放通量，t表示采样时间，m表示大气质量；

17、所述单萜烯项表达式为：e-a2mttm，其中a2表示单萜烯衰减系数，mt＝t×em，em表示单萜烯排放通量。

18、优选地，所述生物挥发性有机物排放计算模型的表达式为：

19、e-a1isotmcosz＝a1par(iso)+a2e-kwmcosz+a3e-s/q+a0；

20、e-a2mttmcosz＝b1par(mt)+b2e-kwmcosz+b3e-s/q+b0。

21、优选地，所述计算方法还包括对所述生物挥发性有机物排放计算模型进行性能评估，所述性能评估的方法包括：基于平均值、绝对偏差、相对偏差、均方根和标准差，计算生物挥发性有机物排放计算模型的计算值和实测值的偏差，当所述偏差小于15％时性能评估合格；当生物挥发性有机物排放计算模型不合格时，通过取值范围再次对数据进行筛选。

22、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

23、本发明公开的一种生物挥发性有机物排放计算方法包括以下步骤：确定生物挥发性有机物排放的关键参数；基于光合有效辐射和生物挥发性有机物排放的变化规律，设定所述关键参数的取值范围；基于光合有效辐射平衡原理和所述关键参数构建初始生物挥发性有机物排放计算模型；对所述初始生物挥发性有机物排放计算模型进行变换，获得生物挥发性有机物排放计算模型，通过所述生物挥发性有机物排放计算模型进行生物挥发性有机物排放计算。本发明定量化地揭示了生物挥发性有机物(包括异戊二烯、单萜烯)和光合有效辐射、水汽、散射等主要影响因子之间复杂的相互作用和相互关系，并且在利用较少的输入参数的情况下确保了计算模型的准确性和普适性。

技术特征：

1.一种生物挥发性有机物排放计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的生物挥发性有机物排放计算方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的生物挥发性有机物排放计算方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的生物挥发性有机物排放计算方法，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的生物挥发性有机物排放计算方法，其特征在于，

6.根据权利要求4所述的生物挥发性有机物排放计算方法，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的生物挥发性有机物排放计算方法，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的生物挥发性有机物排放计算方法，其特征在于，

技术总结本发明公开了一种生物挥发性有机物排放计算方法，属于生物挥发性有机物排放计算领域，包括以下步骤：确定生物挥发性有机物排放的关键参数；基于光合有效辐射和生物挥发性有机物排放的变化规律，设定所述关键参数的取值范围；基于光合有效辐射平衡原理和所述关键参数，构建初始生物挥发性有机物排放计算模型；对所述初始生物挥发性有机物排放计算模型进行变换，获得生物挥发性有机物排放计算模型，通过所述生物挥发性有机物排放计算模型，进行生物挥发性有机物排放计算。本发明的普适计算方法，可用于准确计算各类生态系统挥发性有机物排放量、全面和深入研究排放相关的物理化学生物过程以及它们之间复杂的相互作用和变化机制。技术研发人员：白建辉受保护的技术使用者：中国科学院大气物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/8/16