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边界层湍流隔离效应对大气化学反应速率的影响研究

大气湍流；,大涡模拟,湍流隔离

主题2 大气物理、化学、环境 > 专题2.3 大气边界层和低空环境

大气边界层中的湍流过程不仅控制着物质与能量的传输，还直接影响大气成分的化学反应过程。湍流混合的非均匀性会改变反应物之间的碰撞频率，从而影响大气化学反应的有效速率。当前全球和区域大气化学模式通常假设网格内反应物完全混合，尚未考虑湍流隔离效应的影响，可能导致模拟结果产生系统性偏差。本研究首先基于理想型大涡模拟（LES）实验，分析了不同因素对湍流隔离效应的影响。结果表明，排放的空间非均匀性是决定湍流隔离强度的关键因素之一；地形通过改变湍流结构，对局地湍流隔离强度产生显著影响。进一步地，基于WRF-LES-Chem多尺度耦合模拟，评估了湍流隔离效应对城市低空臭氧模拟的影响。通过对比中尺度与LES尺度下的臭氧光化学反应速率，发现湍流隔离效应削弱了NO对臭氧的滴定作用，从而降低了臭氧损耗。将湍流隔离强度引入中尺度模式后，修正的NO—O₃反应速率趋近于LES结果。上述结果表明，湍流隔离效应在快化学反应中具有重要作用，并为在中尺度模式中发展相关参数化方案提供了依据。