Atmospherically Relevant Chemistry and Aerosol Box Model : ARCA box
| Title: | Atmospherically Relevant Chemistry and Aerosol Box Model : ARCA box |
| Author(s): | Clusius, Petri |
| Contributor: | University of Helsinki, Faculty of Science, none |
| Discipline: | none |
| Degree program: | Master's Programme in Atmospheric Sciences |
| Specialisation: | Aerosol Physics |
| Language: | English |
| Acceptance year: | 2020 |
| Abstract: |
Työssä esitellään 0-ulottuvuuksinen laskennallinen malli Atmospherically Relevant Chemistry and Aerosol Box Model (ARCA box), joka soveltuu ilmakehän kemiallisten reaktioiden, molekulääristen klustereiden sekä aerosolihiukkasten synnyn ja kasvun simuloimiseen. Mallin käyttökohteita ovat muun muassa ulkoilman hivenkaasupitoisuuksien määrittäminen esiastekomponenteista, kaasureaktiokammiossa tehtävien kokeiden suunnittelu ja mallintaminen tai sisäilmanlaadun tutkimus. ARCA:ssa mallinnettujen kemiallisten reaktioiden peruskirjastona toimii Master Chemical Mechanism MCM, ja sitä on olennaisesti täydennetty monoterpeenien autoksidaatioreaktioilla (PRAM-mekanismi). Molekylääristen klustereiden simulaatiossa malli käyttää Atmospheric Cluster Dynamics Codea (ACDC). Aerosolien kokojakaumaa kuvataan mallissa kahdella vaihtoehtoisella diskreetillä mallilla, joiden hilaväli ja tiheys ovat käyttäjän valittavissa. Kokojakauman muutosta kaasumaisten hiilivetyjen tiivistymisen myötä, sekä aerosolien Brownin liikkeen johdosta tapahtuvaa koagulaatiota mallinnetaan käyttäen vakiintuneita kineettisen kaasuteorian ja termodynamiikan yhtälöitä.
ARCA:n käyttöliittymä poikkeaa huomattavasti aiemmista vastaavista malleista. Mallia pystyy käyttämään joustavasti graafisen käyttöliittymän avulla, helpottaen sekä simulaatioiden suunnittelua ja toistettavuutta. Käyttöliittymän myötä ARCA:lla on potentiaalia myös aerosolimallinnukseen erikoistuneiden ryhmien ulkopuolella, kuten kokeellisessa ilmakehätutkimuksessa tai viranomaiskäytössä.
This thesis presents the Atmospherically Relevant Chemistry and Aerosol Box Model (ARCA box), which is used for simulating atmospheric chemistry and the time evolution of aerosol particles and the formation of stable molecular clusters. The model can be used for example in solving of the concentrations of atmospheric trace gases formed from some predefined precursors, simulation and design of smog chamber experiments or indoor air quality estimation. The backbone of ARCAs chemical library comes from Master Chemical Mechanism (MCM), extended with Peroxy Radical Autoxidation Mechanism (PRAM), and is further extendable with any new reactions. Molecular clustering is simulated with the Atmospheric Cluster Dynamics Code (ACDC). The particle size distribution is represented with two alternative methods whose size and grid density are fully configurable. The evolution of the particle size distribution due to the condensation of low volatile organic vapours and the Brownian coagulation is simulated using established kinetic and thermodynamic theories.
The user interface of ARCA differs considerably from the previous comparable models. The model has a graphical user interface which improves its usability and repeatability of the simulations. The user interface increases the potential of ARCA being used also outside the modelling community, for example in the experimental atmospheric sciences or by authorities.
|
| Keyword(s): | ARCA box ACDC PRAM aerosol physics atmospheric modelling new particle formation HOM SOA |
Files in this item
| Files | Size | Format | View |
|---|---|---|---|
| Clusius_Petri_ProGradu_2020.pdf | 4.774Mb |
This item appears in the following Collection(s)
-
Faculty of Science [3630]