Улучшенный алгоритм для точного определения атмосферной экологической емкости

Атмосферная экологическая емкость (АЭЕ) является важной основой для установления стандартов выбросов загрязняющих веществ в атмосферу городами и регионами. Точное определение АЭЕ в планетарном пограничном слое атмосферы (ППС) играет жизненно важную роль в предотвращении и контроле загрязнения воздуха.

Поскольку метеорологические условия в ППС постоянно меняются, АЭЕ является динамической переменной. Высокоточные вертикальные наблюдения показывают, что аэрозоли, такие как PM_2.5, имеют значительную слоистую структуру в ППС, и гипотеза «единого ящика» в традиционном алгоритме не соответствует реальности. Исследователи под руководством профессора Синь Цзинюаня из Института физики атмосферы Китайской академии наук и их коллеги предложили новый алгоритм для динамической многоячеечной АЭЕ.

По сравнению с традиционным А-методом, новый алгоритм использует коэффициент А, рассчитанный по данным высокого разрешения целометра и доплеровского ветрового профилограра LiDAR, для замены регионального эмпирического коэффициента А. На основе модели динамического баланса Летто был использован временной коэффициент для построения динамической АЭЕ. Профиль коэффициента обратного рассеяния использовался для интегрирования концентрации взвешенных частиц внутри ППС, а в вертикальном направлении была принята многоячеечная модель, что делает алгоритм пригодным для PM_2.5 и других частиц.

«В сочетании с классификацией атмосферной циркуляции можно точно оценить АЭЕ при типичных структурах ППС и фоновой циркуляции», — сказал профессор Синь. Улучшенный алгоритм может точно рассчитать АЭЕ для PM_2.5 при различных схемах циркуляции и предсказать краткосрочные динамические изменения АЭЕ. Результаты показывают, что различия в метеорологических условиях и структуре аэрозолей ППС при разных типах циркуляции делают АЭЕ для чистых типов значительно отличающейся от таковой для загрязняющих типов.

Улучшения, связанные с временным коэффициентом и вертикальной многоячеечностью, могут эффективно снизить ошибку, вызванную изменениями во времени и в вертикальном направлении соответственно. Когда концентрация PM_2.5, скорость горизонтального ветра и высота ППС сильно меняются со временем, улучшение за счет временного коэффициента более заметно, что соответствует большинству типов циркуляции. Когда концентрация PM_2.5 и горизонтальный ветер сильно меняются в вертикальном направлении, например, при антициклонической, северо-восточной и западной циркуляциях, преимущество многоячеечной модели более выражено.

«Это исследование предоставит высокоточный и высокоразрешающий алгоритм для оценки атмосферной экологической емкости, что необходимо для регионального или локального точного контроля за загрязнением воздуха», — отметил профессор Синь. Исследование было опубликовано в журнале Science of The Total Environment.