全球大气化学及未来气候变化趋势

简要评述了大气化学的发展，研究现状和发展方向，介绍了大气成份的变化趋势。着重阐述了有关大气成分浓度变化及其引起气候变化的预测结果，评述了其中存在的问题。     

论大气二氧化碳温室效应的饱和度

利用最新版本的大气分子吸收光谱资料HITRAN2000，用精确的逐线积分算法，计算了大气CO₂浓度变化后产生的辐射强迫。在此基础上，研究了CO₂温室效应的饱和度以及影响CO₂辐射强迫的各种因子。主要结论如下：地面温度愈高，一般辐射强迫也愈大，但辐射强迫并不完全取决于地面温度，它还受大气温度廓线的强烈影响；研究的 6种模式大气中，吸收带重叠对热带大气的CO₂辐射强迫影响最大，对亚极冬季大气的影响最小；与长波辐射强迫相比，短波辐射强迫的贡献很小；CO₂的温室效应在15μm带中心等波段确实已经达到饱和，但在其它（15μm带两翼，10μm，5.2μm带等）波段远未达到饱和，在最近的将来也不会达到饱和。     

卫星遥感探测大气CO2浓度研究最新进展

大气CO₂是一种重要的长寿命温室气体,卫星遥感探测大气CO₂浓度,可以连续地获得其全球时空分布变化情况,进而提高对大气CO₂源汇分布及区域和全球碳循环的认识,进一步增强对全球气候变化的研究和预测。卫星遥感探测大气CO₂浓度已经开始成为一个新的研究领域,文章综合论述了利用卫星平台遥感探测大气CO₂浓度分布的最新研究状况。首先简单地叙述了现阶段对大气CO₂浓度时空分布和变化情况的直接仪器观测结果,在此基础上比较全面地综述了卫星遥感测量大气CO₂浓度的主要方法及获得的结果,包括利用近红外反射太阳光谱或地气热红外发射辐射光谱及两者的组合进行得模拟和卫星实测反演研究,最后简单地进行了总结和展望。     

论大气微量气体增加的环境效应及地质记录研究

大气CO₂浓度增加对陆地化学侵蚀的影响小于酸雨的影响。水土流失可能促进大气CO₂浓度的增高;植被破坏又影响大气CO₂的固定。虽然大气CO₂的较高浓度可能促成初级生产力的提高,但海洋光合作用速率增加于环境系统不利。尽管大气微量气体可能产生温室效应,但CO₂与地表升温的对应关系不清楚、增温幅度与自然脉动的关系尚需客观评定。地质记录具全息性特征。加强地质记录和现代地质过程研究是揭示大气微量气体环境效应之谜的关键;从燃料和植被两个系列着手是维护全球环境的重要途径。     

温室效应简介

气候增暖与温室气体增加有关。大气中含有二氧化碳、臭氧、甲烷、氟里昂、一氧化二氮等微量气体,它们可以吸收大部分太阳短波辐射,使地球表面温度升高,对地面放出的长波辐射也有强烈的     

倪培教授团队参与发现元古代高氧气含量的直接记录:石盐流体包裹体测定

正以往对地球历史过程中氧气浓度的推测,都来自各种间接的地球化学数据。而形成在卤水表面的原生石盐流体包裹体,可以捕获古代的卤水和大气,且由于石盐是无机矿物,捕获的古代大气不会与之发生反应,从而记录了原始的古代海水/湖水的成分和古代大气的成分。之前认为前寒武纪的大气氧气浓度在新元古代到寒武纪早期(5.5亿年左右)开始     

AIRS红外高光谱资料反演大气水汽廓线研究进展

随着卫星遥感关键技术的突破,卫星光谱分辨率达到了分辨大气成分单个谱线的水平,研究人员开始了大量通道同时反演大气廓线和多种微量成分的研究.针对AIRS(Atmospheric Infrared Sounder)就红外高光谱资料反演大气水汽廓线的研究进展进行了评述,从训练数据、通道信息的提取及降维、反演算法和反演精度改进4个方面对反演晴空大气水汽廓线的研究现状进行了分析与讨论.AIRS资料反演大气水汽廓线的训练数据通常选用威斯康星大学提供的全球晴空反演训练样本集CIMSS (Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies,University of WisconsinMadison)和SARTA(Stand-Alone Radiative Transfer Algorithm)辐射传输模式模拟的亮温辐射值.归纳总结了2种通道信息的提取及降维方法:一是采用有效的方法来完成光谱信息压缩,对常用的主成分分析和独立分量分析方法进行了对比,认为独立分量分析更为可行.二是通道选择,即保留部分含有较多大气廓线信息量的通道,达到降维目的.在进行通道选择时要注意针对不同地区气候类型、下垫面、季节以及即时天气条件,选择不同的通道组合.介绍了3种反演算法:特征向量统计法、牛顿非线性迭代法和神经网络法.对比发现特征向量统计法简单易行,但精度不够理想;牛顿非线性迭代法精度虽高但计算耗时长,因此不适合业务使用;神经网络计算速度快、精度也能达到要求,具有很好的前景.对目前的几种样本分类方法及附加因子进行了对比分析,对反演算法精度的改进提出了一些有益的设想.最后对晴空辐射订正及云天大气水汽廓线反演进行了简要介绍,提出了该领域未来的一些研究方向.     

大气化学

大气化学是大气科学的一个新的分支学科。在20世纪40年代以前,大气科学的研究集中在大气中发生的宏观现象和物理过程上,大气被当成化学稳定的物理体系。那时,人们只定量地测量过大气的主要成分,即N_2,O_2,惰性气体、平流层臭氧、二氧化碳和水汽。第二次世界大战以后,随着光学、分子光谱学和光学探测、光谱分析技术的发展,高分辩率太阳光谱的观测分析不断揭示出新的大气成分,如CH_4,N_2O,CO,H_2,NH_3,SO_2等微量气体和气溶胶粒子。此后,     

北京市气态元素汞浓度的时间变化特征

2013年9月至2016年8月对北京市气态元素汞(GEM)进行了连续监测并分析了其含量变化特征。结果显示,监测期间大气GEM总平均浓度为(2.77±1.27)ng/m~3,高于北半球背景值浓度,且其季节变化呈现多样性。2013/9~2014/8和2015/9~2016/8年大气GEM浓度秋冬季节较高,夏季较低;2014/9~2015/8年度则为冬季最低,主要是与大气汞的来源以及季风的风向、路径和风速明显相关。大气GEM浓度日变化为夜间高、白天低。大气GEM浓度与NO_2、SO_2、PM_(2.5)等大气污染物浓度呈明显正相关,雾霾气象条件下细颗粒污染物(PM_(2.5))在低空累积及逆温气象条件易导致大气GEM浓度升高。2004年以来,北京市大气GEM浓度降低的现象与工业燃煤消费总量降低的趋势相同,表明北京市对燃煤等人为排放源的控制在很大程度上降低了大气汞浓度。     

喜马拉雅北部地区春季大气特征及日变化分析

利用珠峰北部地区的观测资料和AIRS卫星遥感资料,分析了喜马拉雅北部地区的大气日变化及其垂直结构.结果发现喜马拉雅北部地区气温日变化具有明显的单峰单谷型特征,一天气温最高值出现在18:00左右,最低值出现在早上7:00～9:00.风速的日变化呈现单峰型特征.气压的平均日变化呈双峰双谷型分布特征,气压极大值出现在2:00和12:00,气压极小值出现在6:00和19:00时,其中19:00出现气压最小值.感热通量、潜热通量的平均日变化和气温日变化具有一致性,春季感热通量大于潜热通量.净辐射通量的日变化特征是单峰型特征,每日最大值出现的时间比感热通量及潜热通量的最大值出现的时间早2个小时.引起高原地区日变化剧烈有2个主要原因:一是高原地区大气柱的质量较小,对太阳辐射的削弱较小,且相同的辐射加热和冷却可使较少大气产生较大温度变化;二是高原地区是大气云光学厚度较小的区域,由此可使地面在日间接受较强烈的太阳短波辐射而增温较大,在夜间又接受较小的大气长波逆辐射而降温较大.     

上对流层/下平流层大气垂直结构研究进展

大气上对流层与下平流层区域是对流层与平流层之间的过渡区域,热带对流层顸确定了全球整个平流层的化学边界条件,该区域大气的垂直结构及变化对于平流层一对流层交换和上对流层/下平流层大气成分收支有重要影响;该区域也是大气动力、热力和大气成分结构发生巨大转换的区域,辐射过程、多尺度动力学过程、化学过程和微物理学过程等都起着同样重要的作用,对流层顶变化也是人类活动引起气候变化的一个敏感指示因子,因此关于对流层顶的研究(尤其是其精细结构和过程)重新唤起了人们的关注.针对对流层顶的各种定义(包括热力学、动力学和化学成分)以及它们相互之间的关系、对流层顶是一个面还是层以及对流层与平流层之间的转换特征、对流层顶强逆温层的特征及形成原因等基本科学问题,回顾了近年来的一些重要研究进展.     

SO2排放,硫酸盐气溶胶和气候变化

工业ＳＯ２排放的增加使对流层大气中硫酸盐气溶胶浓度增大，硫酸盐气溶胶通过其直接和间接辐射强迫作用影响气候变化。有关的研究结果显示：硫到盐气溶胶的冷却效应在一定程度上抵消了温室效应，北半球增暖趋势的减缓和日较差的减小可能与大气中人为硫酸盐气溶胶浓度的增加有关。     

内蒙古半干旱草原土壤植被大气相互作用(IMGRASS)综合研究

为深化对中纬半干旱草原气候生态相互作用过程、机制及其对全球变化的响应与贡献的认识 ,一项名为“内蒙古半干旱草原土壤植被大气相互作用 (IMGRASS)”的基金重大项目于 1997—2 0 0 1年在内蒙古锡林郭勒草原执行。IMGRASS计划在 1998年草原生长季节、在所选定的以典型草原为主 ,包括草甸草原、稀疏沙地草原等在内的中尺度试验区开展了多点、多要素的综合观测。观测内容包括土壤、植被、大气的相关要素和发生于地气界面的潜热、感热通量 ,还包括N2 O ,CH4 ,CO2 等微量气体交换量、辐射与降水分布。除 1998年中尺度观测试验外 ,在 1999— 2 0 0 1年在代表性地点进行了微量气体收支、遥感和沙尘天气相关的专项观测 ,结合草原站已进行的长期监测资料 ,分析气候生态长期相互作用 ,特别是人类活动干预的影响。在分析观测结果的基础上 ,对该地区的气候生态相互作用进行了数值模拟研究。文章作为介绍IMGRASS计划的第一部分 ,对该项研究计划作一全面简要介绍 ,包括科学目标、计划实施实验区背景、中尺度综合观测 ,并对实验所得大气边界层结构、辐射通量、沙地土壤水份状况、地表反射率谱与遥感测量等提供了个例分析 ,并简单介绍IMGRASS数据库。有关与全球变化有关的几个方面的初步研究结果将在本期刊中另文进行     

喜马拉雅山达索普冰芯近400a来NO_3~-浓度的变化

NOx作为化石燃料燃烧的重要产物,在大气和生物地球化学循环中扮演着重要的角色,是重要的酸雨物质,它的最终产物是NO3-.为研究亚洲地区大气中NOx的变化历史,从喜马拉雅山中部达索普冰芯中恢复了1600-1997年期间降水中NO3-的浓度变化.结果表明:工业革命以前,大气降水中NO3-浓度变化较为平缓,在1600-1870年期间年平均NO3-浓度保持在约50μL.m-3;工业革命后,NO3-浓度开始增加,特别是1930年以后,伴随着人类活动排放的NOx持续增加,NO3-平均浓度开始迅速增加,1970年以后NO3-平均浓度达到了115μL.m-3,是工业革命前降水中NO3-浓度的两倍多.表明人类活动排放的NOx已影响到喜马拉雅山高山地带.     

利用多年冻土区湖相沉积物中埋藏植物稳定碳同位素组成重建大气CO2浓度

沉水植物碳同位素分馏同水中溶解无机碳浓度有一定的关系，因而可以通过青藏高原多年冻土区的湖相沉积物中埋藏沉水植物－－龙须眼子菜（Potamogeton pectinatus)植物屑的碳同位素组成重建该地大气CO2浓度的变化情形，研究结果表明，该地在9．17－6．77ka BP间，大气CO2浓度是整个研究时间段中最低的，其后在6．77－4．56ka BP时期大气CO2浓度增加，在4．56－2．17ka BP之间，大气CO2浓度是整个研究时间内CO2浓度最高的阶段，植物屑的碳同位素组成反映了溶解无机碳浓度的变化，从而可用以重建大气CO2浓度的变化情况。     

1985年国际评价CO2问题专门会议声明

1985年10月9日至15日,在奥地利Villach,由联合国环境署(UNEP)、世界气象组织(WMO)、国家科学联盟理事会(ICSU)联合召开会议。与会的科学家来自29个发达国家和发展中国家,目的是评价不断增加的二氧化碳和大气中具有辐射作用的其它成分(温室气体)对气候变化和由此而引起的其它影响。二氧化碳和其它温室气体浓度的增长,将对下世纪上半期发生重大影响,导致气候变暖,使全     

大气辐射传输学

大气辐射传输学是研究辐射能在地球大气中的传输和转换过程的学科,是气象学和大气物理学中一个较为古老近年来又获得新的发展的分支。大气辐射传输学的理论基础建立在分子光谱学和电磁波传播理论之上,其近代应用则主要是大气遥感和气候研究。 从气象学和大气科学发展的初始阶段起,大气辐射及其传输的研究就占有重要地位,因为辐射过程是影响气候和大气环流的一个基本因子。本世纪20年代就曾有人简单计算过地气系     

大气气溶胶密度观测研究进展

大气气溶胶的气候效应、环境效应、健康效应均与其物理化学性质密切相关,其中,密度是大气气溶胶重要的物理性质之一。密度影响着粒子的输送过程和在人体肺部的沉积过程。密度可以分别将电迁移率粒径和空气动力学粒径,数浓度和质量浓度联系起来。密度的变化可为气溶胶的形成和老化过程提供信息,细粒子分粒径的密度还可为大气过程和化学组分的演化提供参考依据。因此,研究大气气溶胶密度对了解气溶胶化学组分,评估气溶胶形成过程以及探究气溶胶在人体内的沉积效率具有重要的意义。由于国内在该领域研究总体较少,对大气气溶胶密度的定义、研究方法、国内外研究进展以及影响因素和变化特征等进行较为系统的总结,对未来开展大气气溶胶密度的观测和研究十分必要。     

天山乌鲁木齐河源1号冰川近雪面气象要素观测分析

利用中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所于2009年1月20日至12月31日在天山乌鲁木齐河源1号冰川冰雪表面实施大气科学观测实验观测取得的资料和同期大西沟气象站资料, 分析了1号冰川四季大气温度、风速、风向以及总辐射的变化特征, 对比、探讨了冰川尺度上冰雪表面与周边山地的辐射和地-气热量传输特性, 在此基础上揭示了二者气温、风速、大气湿度变化的差异及其成因. 研究表明: 1)由于冰川冰雪对太阳辐射的反射率高, 冰雪表面得到的净辐射和热量少, 使得冰川四季大气温度比大西沟站平均偏低2.9 ℃; 2)冰川与周边山地下垫面的不同, 引起太阳净辐射-温度场-气压场-风场的连锁变化, 造成冰川轴向风以下行偏南气流为主导, 法向风盛行偏东气流; 冰川夜间风速大于大西沟, 白天却小于大西沟风速; 3)冰川和大西沟大气含水量较高, 相对湿度在40%～80%之间变化, 因大西沟地表蒸发大, 其相对湿度略高于冰川.     

青海湖流域瓦颜山湿地辐射平衡和地表反照率变化特征

利用2014年5月至2015年11月青海湖流域瓦颜山湿地观测的辐射资料,综合分析了辐射相关因子的变化特征。结果表明：瓦颜山湿地总辐射和净辐射的最大值都出现在7月,最小值都出现在12月;大气长波辐射最大值出现在8月,最小值出现在12月;地面长波辐射最大值出现在7月,最小值出现在2月。阴天对总辐射和地面反射辐射削弱作用比较明显,对大气长波辐射增强作用明显,对地面长波辐射和净辐射的影响季节差异性很大。瓦颜山湿地地表反照率的年均值为0.26。在无积雪覆盖条件下,地表反照率在冻结期明显大于消融期,最大值出现在12月。夏季地表反照率均值为0.185,略小于下垫面同为草甸的青藏高原唐古拉站。在暖季,土壤水分也是影响高寒湿地地表反照率变化的重要因子,随着表层土壤含水量的增加,地表反照率随之减小。