Page 17 - 空气污染控制与微粉捕集技术
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第一章 概论
算过程中所出现的“数值伪扩散”问题，这些问题和所选用的差分方案密切相关。
目前为了满足数值方案的稳定性和减小“数值伪扩散”的影响，这类模式大多采
用隐式或半隐式方案。假谱法的基本思路是将浓度场从物理空间变换到谱空间中，
在谱空间中计算浓度的导数（即 C 和 2 C），然后在物理空间中计算局地乘
积项和时间积分求出浓度的空间分布和时间变化。这类模式的数学方法主要采用
快速傅里叶变换技术，可以把平流扩散方程变换为谱空间的常微分方程，其计算
精度很高（因为空间导数的计算是唯一的），在很大程度上消除了“数值伪扩散”
造成的误差。但这种方法所遇到的一个困难是边界条件的确定相当复杂。有限元
方法的核心是将所考虑的区域分为有限数目的子区，这些子区上的值用一系列简
单的离散函数来表示，如低阶多项式等。然后，在各子区上求解多元方程组，在
求解过程中要保证子区边界上值的连续性。
这类方法的关键在于在各个子区上寻找恰当的离散函数来表示该子区上变量
的值。有限元方法在模拟复杂地形扩散时比较方便，但存在子区上函数的确定有
很大的主观性和子区分的太多计算量就非常大的缺陷。欧拉模式一般依据 K 理
论（梯度理论）来实现方程的闭合，湍流通量一般假定与平均梯度成比例。水平
和垂直 K 系数一般依赖于大气边界层结构。在模拟较大尺度区域的扩散问题时
欧拉方法具有一定优势。它易于加入污染源变化、化学变化和其他迁移清除过程，
适合处理较大尺度区域的大气输送和扩散问题。虽然欧拉型模式在近年来有巨大
发展，但无论哪种模式都摆脱不了计算过程中差分方案的数值稳定性问题。目前
应用最为广泛的区域多尺度空气质量模拟系统（CMAQ）、空气质量综合模拟系
统（CAMx）、新一代空气质量模式（WRF-Chem）、嵌套网格空气质量预报模
式系统（NAQPMS）和全球尺度空气质量模式（GEOS-Chem）就是基于欧拉方
法研发的。
2. 大气污染化学过程研究进展
1872 年英国化学家 Smith 提出的“酸雨”现象首次对大气污染中的化学问
题进行了科学描述，但人类真正重视大气污染化学过程是在洛杉矶光化学烟雾事
件和伦敦烟雾事件发生之后。1943 年开始的洛杉矶光化学烟雾事件，造成了大
量的人员伤亡和巨大的财产损失，严重破坏了生态环境。1952 年发生的伦敦烟
雾事件导致了 3900 人过早死亡，成为 20 世纪十大环境公害事件之一。伦敦烟雾
事件的发生使人们注意到对人员造成严重危害的不仅是煤燃烧直接排放的 SO 2 ，
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