上海市大气中全氟化合物迁移和转化的数值模拟研究

摘要

全氟化合物（PFCs）是一类新型污染物，属于持久性有机污染物。广泛的研究表明，PFCs对生物体有较大的危害，同时，它们难以降解，在全球范围内广泛分布。全氟调聚醇（FTOHs）在大气中的迁移和氧化并形成最终产物被认为是PFCs最终产物在全球分布的主要原因之一。全氟辛酸（PFOA）是一种重要的最终产物，而2-全氟辛基乙醇（8:2 FTOH）和?-乙基全氟丁基（NEtFBSA）是其主要的前体物。本文在加州理工大气化学机理（CACM）基础上开发了考虑PFCs的CACM_PFC机理，利用箱式模型研究PFCs的大气化学反应特性，并将CACM_PFC机理耦合入三维空气质量模型（CMAQ）中，进一步研究PFCs在上海市大气中的浓度水平和空间分布特征。箱式模型中的CACM_PFC机理主要是以8:2 FTOH和NEtFBSA为主要前体物，模拟了其在大气中氧化最终形成PFOA的一系列反应过程。除了研究了四种典型背景下PFCs的大气化学反应特性及转化特点，本文还探究了温度、相对湿度和气压等气象因素对PFCs的影响。研究结果表明，高温和高湿条件有利于8:2 FTOH的转化和PFOA的生成。同时，本文探究了其他污染物对于PFCs转化的影响。结果表明，臭氧（O3）能够促使PFCs向最终产物转化；氮氧化物（NOx）对PFCs浓度的影响比较复杂，当NOx浓度占主导时，NOx会与CH3O2自由基形成竞争抑制PFOA的生成，所以PFOA浓度较低；当CH3O2自由基浓度占主导时PFOA浓度则较高。本文将CACM_PFC机理耦合入三维空气质量模式CMAQ，进而对上海市PFCs的时空分布特征进行小尺度模拟研究。研究结果表明：上海市大气中PFOA总浓度在夏季较高（≤2.31 pg m-3），其浓度在冬季较低（≤1.16 pg m-3）。可能原因是夏季大气中气态8:2 FTOH前体物含量较多，PFOA转化率较高。此外，区域输送也会影响上海地区大气中PFCs的浓度。本文研究结果为制定有效的PFCs污染控制措施提供了科学依据。

目录

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第一章 绪论

1.1 持久性有机污染物（POPs）简介

1.2 全氟化合物概述

1.3 PFCAs的研究进展

1.4 本论文的研究对象与意义

第二章 数值模拟的原理以及模型开发和设置

2.1 数值模型的意义与应用

2.2 数值模型的原理与分类

2.3 PFCs数值模拟的现状

2.4 箱式模型的开发和设置

2.5三维模型的建立与设置

2.6 本章小结

第三章 全氟化合物大气化学特性数值模拟研究

3.1 四种典型模拟情景下PFCs浓度变化规律

3.2 UHBG情景下PFCs的反应特性

3.3气象因子对PFCs大气化学反应的影响

3.4其他污染物对PFCs大气化学反应的影响

3.5 四种典型背景场下最终产物的产率计算

3.6 本章小结

第四章 全氟化合物空间分布特征数值模拟研究

4.1三维PFCs模型模拟结果分析

4.2模式数值模拟不确定性分析

第五章 结论与展望

5.1 研究结论

5.2 研究展望

参考文献

致谢

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