《Marine Pollution Bulletin》：Modeling atmospheric dispersion of ammonia over water and implications for in-water fate and trajectory
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研究人员利用Phast大气扩散模型（version 9.0.73.0；由Det Norske Veritas集团开发）对墨西哥湾近海水域加注软管泄漏的无水氨（NH?）进行了多种假想情景模拟，评估了氨气在水面上方的大气暴露及其对水中归宿与迁移轨迹的影响。模拟情景
研究人员利用Phast大气扩散模型（version 9.0.73.0；由Det Norske Veritas集团开发）对墨西哥湾近海水域加注软管泄漏的无水氨（NH?）进行了多种假想情景模拟，评估了氨气在水面上方的大气暴露及其对水中归宿与迁移轨迹的影响。模拟情景涵盖了短时操作泄漏（SR，5分钟）和依据《清洁水法》（Clean Water Act）规定的最大可行泄漏（LR，88小时储罐全量释放）。建模时采用了短期管道模块（short pipe module）和泄漏模块（spill module），并输入了代表美国墨西哥湾沿岸地区的季节性环境条件（包括风速、大气稳定度等级、水温和气温等）。研究结果显示，在所有模拟情景下，约有71%至93%的泄漏氨溶解进入水体，其余部分挥发至大气；其中LR情景下平均约86%溶解，SR情景下平均约77%溶解。风速是影响氨气水-气分配的最主要环境因子，风速增加会提高溶解比例；大气稳定度对分配的影响较小，但对大气扩散和暴露范围影响显著，稳定条件下超过关注阈值（与10分钟急性暴露指导水平AEGL-2700 ppm相当）的下风向距离和面积明显增大。释放高度对分配和暴露有复杂影响：在0至6米范围内，升高释放高度会增加溶解比例并降低水面处暴露范围；在6至20米范围内，溶解比例继续增加，但高风速下暴露范围反而因更强的下风向输送而增大。短管道模块较泄漏模块模拟的溶解比例略高（2–3%），但泄漏模块估算的面积更大（平均16%）、距离更短（平均11%）。研究还发现，与历史小规模围堰和湖泊实验（溶解率约53–75%）相比，Phast模拟的溶解比例总体偏高，这可能与实验水体的浅层和受限条件有关。研究人员建议，在利用Phast评估水面氨泄漏时，应明确报告模块类型、释放几何构型、受体高度和环境条件；对于加注软管泄漏情景，短管道模块因其对释放高度的敏感性及对液滴形成和雨淋过程的模拟能力而更为适用。该研究为氨燃料船舶加注作业的风险评估和应急响应规划提供了科学依据，并强调了对大型水面氨泄漏进行现场实验以验证模型的重要性。
氨（NH?）作为航运替代燃料受到广泛关注，但其意外泄漏可能同时造成大气暴露和水生生态风险。现有研究多集中于陆上氨泄漏的大气扩散，水面释放情景的模拟较少，且已有研究对模型配置记录不足，导致结果可重复性差。为填补这一知识空白，研究人员使用Phast模型模拟了墨西哥湾近海加注软管泄漏液氨的多个假想情景，评估氨在大气中的扩散、水-气分配和暴露范围，并考察释放高度、环境条件及模型模块选择对结果的影响。
研究人员设置了短时泄漏（SR）和长时最大可信泄漏（LR）两类释放情景，采用短管道模块和泄漏模块，结合冬夏两季、三种风速和三种大气稳定度条件进行模拟；并额外改变释放高度（0–20米）进行敏感性分析。环境输入数据来源于NOAA气象数据、USGS水温数据和ERA5辐射数据，假设水面为零米受体高度，暴露阈值采用与AEGL-10分钟2700 ppm相当的毒性剂量水平。研究共完成78次模拟，其中48次为环境矩阵模拟，30次为高度敏感性模拟。
研究结果分为四部分：
空气-海水分配：所有模拟情景中有71%至93%的泄漏氨溶解进入水体；风速是影响分配的最显著因素，高风速促进溶解；LR情景溶解比例（平均86%）高于SR情景（平均77%）；短管道模块比泄漏模块溶解比例高2–3%；大气稳定度对分配影响很小。
大气扩散与暴露：SR情景下，超过关注阈值的下风向距离为183–811米，面积为0.016–0.083 km2；LR情景下距离为1780–14,100米，面积为0.59–7.8 km2。风速增大减小了暴露范围和距离；稳定大气条件下暴露范围显著大于不稳定条件；冬季由于挥发量较大，暴露范围大于夏季；泄漏模块估算的面积平均比短管道模块大16%，但距离短11%。
释放高度的影响：当释放高度从0米增至20米时，溶解比例从约84–88%上升至约89–93%；在0–6米高度范围内，暴露面积随风速增大而减小；当高度超过6米后，高风速下暴露面积反而因更强的下风向输送而增大，10米和20米高度时的暴露范围低于0–3米高度时的值。
与文献比较：历史小规模实验（Raj等，53–75%溶解；Dharmavaram等，55–57%溶解）低于本研究模拟值（>70%），差异可能源于实验水体的浅层和受限条件；与Ng等（2023）、Yang和Lam（2024）的模拟结果相比，本研究的溶解比例更高，暴露趋势在稳定性和风速影响方面一致，但释放高度与暴露的关系更为复杂。研究还指出，已有模型模拟结果差异较大，主要受释放类型、高度、受体高度和环境条件影响。
讨论部分强调，Phast不能模拟氨与水汽形成致密氨雾的过程，可能高估下风向距离；Phast也不能模拟时变环境条件，88小时LR情景结果仅代表输入条件，不能视为真实时间序列情景。研究结论指出，风速、大气稳定度和释放配置（模块类型和释放高度）是对氨的水-气分配、大气扩散和暴露影响最大的参数；季节条件影响较小；选择短管道模块模拟加注软管泄漏更为合理。模型验证仍缺乏大型水面氨泄漏的现场实验数据，未来应加强相关实验与模型对比研究。总体而言，Phast可作为评估水面氨泄漏的第一步工具，为后续水中归宿与生态风险模型提供输入。
