农田生态系统大气硫沉降通量的观测研究

1998年 11月～ 1999年 10月间在中国科学院红壤站 (江西鹰潭 )农田小气候站进行了大气二氧化硫 (SO2 )、硫酸盐粒子 (SO2 -4)浓度采样和雨水样本收集 ,利用阻力模式和全年逐时气象资料计算 SO2 和 SO2 -4的干沉降速度 ,估算干沉降通量 ,利用降水资料和雨水中硫酸根离子浓度估计大气硫的湿沉降 ,从而定量研究大气硫沉降输入农田生态系统的通量 ,结果表明 :农田下垫面上 SO2 和 SO2 -4干沉降速度的年平均值分别是 0 .373± 0 .170 cm· s-1(月均值 0 .16 1～ 0 .5 45 cm·s-1)、0 .198± 0 .12 3cm· s-1(月均值 0 .15 2～ 0 .2 6 9cm· s-1)。农田下垫面硫年总沉降量为 10 .3g· m-2 ,其中干沉降占总沉降的 83.3%。硫的干沉降又以 SO2 的干沉降为主 ,占年干沉降总量的 92 .2 %。大气硫沉降输入占农田生态系统输入总量的 90 %以上 ,是农田生态系统获取硫素的一个重要途径     

一种大气污染物干沉积速率的计算方法及其应用

介绍了一种计算大气污染物干沉积速率的方法。这种方法详细地考虑了植物生理特征和冠层内湍流结构对干沉积的影响，考虑了3层覆盖物对表面阻抗的影响，通过计算7个不同的阻抗因子获得干沉积速率。利用该方法计算了农田下垫面上7种不同大气污染物沉积的表面阻抗和江西(鹰洋)红壤典型地区农田下垫面上的二氧化硫(SO2)和硫酸盐(SO4^2—)的干沉积速率，估算了大气硫输入农田生态系统的干沉积通量，并与其他方法作了定量比较。结果表明：农田下垫面上SO2与SO4^2—的干沉积速率平均值分别为0．31cm／s，0．20cm／s；干沉积速率具有明显的日变化特征，一般白天大于夜间，中午时分出现最大值；月际变化也较明显，在冬季有大值；大气硫输入农田生态系统的全年干沉积通量为7．35g/m^2。     

利用次网格技术模拟华东地区大气硫氮沉降

采用数值模拟方法,在区域酸性沉降模式系统中引入次网格处理技术。通过4种次网格方案模拟结果的相互比较,选择最优方案,然后利用最优次网格方案,选取华东地区为例,进一步模拟研究大气硫氮沉降的空间分布。结果表明,就干沉积速率而言,以细网格方案(水平分辨率25 km)为参照,采用次网格方案比粗网格方案(水平分辨率75 km)有明显改进,其中“次网格风速与摩擦速度之积为常数”为最优次网格方案。华东地区硫的年总沉降量是1.92 mt(1 mt=106ton),氮的年总沉降量是0.65mt。华东地区硫化物(SO2、硫酸盐SO42-)干沉降量占总沉降量的49%,氮化物(NO、NO2、硝酸盐NO3-)干沉降量占总沉降量的80%,可见干沉降在大气沉降中具有重要地位。华东地区总的大气硫、氮沉降量中,70%以上到达有植被覆盖的土壤生态系统,这将对农田、草地和森林的硫素和氮素平衡有重要影响。此外,华东部分地区的硫沉降已经超过了临界负荷,而氮沉降尚未出现超临界负荷的现象。     

秋季在北京城郊草地下垫面上的一次臭氧干沉降观测试验

2007年9月23日至10月13日, 在北京昌平区蟒山森林公园内, 利用浓度梯度观测法研究了秋季草地下垫面上臭氧的干沉降特征。研究结果表明: (1) 整个观测期间, 臭氧干沉降通量和干沉降速率平均值分别为-0.40 μg?m-2?s-1(负号表示方向指向地面) 和0.55 cm/s。 (2) 臭氧干沉降通量和干沉降速率受观测点山谷风的影响, 当白天谷风主导时, 臭氧的干沉降通量最大, 其平均值为－0.67 μg?m-2?s-1; 在山风、 谷风转换期间, 其平均值为－0.44 μg?m-2?s-1; 夜间山风主导时最小, 为－0.26 μg?m-2?s-1。臭氧干沉降速率也呈现同样的变化规律, 三种情形下的平均沉降速率分别为0.74 cm/s、 0.50 cm/s和0.47 cm/s。 (3) 利用阻力模型计算了臭氧的植被冠层阻力 (Rc), 结果表明: 由于白天植被的光合作用, 叶面气孔打开, 冠层阻力相对较小, Rc 的平均值为109.0 s/m; 夜间植被叶面气孔关闭, 阻力有明显升高, Rc的平均值为217.7 s/m; 在整个观测期间, Rc的平均值为184.0 s/m。     

典型大气污染物在不同下垫面上干沉积速率的动态变化及空间分布

利用中国科学院红壤生态试验站微气象站实测的梯度资料和大叶阻力相似沉积模型,计算了农田和森林下垫面大气污染物的干沉积速率,并将此模型嵌套到区域酸性沉降模式系统(RegADMS)中,模拟获得中国地区11种大气污染物干沉积速率的空间分布.结果表明:大气污染物干沉降速率(Vd)有明显的时间变化,物种的干沉积速率一般白天大于晚上,冬春季大于夏秋季节.大气污染物Vd也有明显的空间变化,中国地区SO2、HNO3、NO、NO2、NH3、O3、H2O2、TSP、PM10、SO2-4和NO-3年平均Vd分别为0.35士0.004、1.77±0.01、6.5 ×10-5±2.0×10-7、0.07±0.0007、0.28土0.003、0.20±0.001、0.54±0.002、7.2±0.0005、0.44±0.0005、0.25±0.0005、0.27±0.0008cm s-1.各种下垫面上粒子Vd差别不大,气体污染物在各下垫面上的Vd有所不同,表现为HNO3、NO2、O3的Vd在森林和草原上较大,而SO2、NH3、H2O2的Vd在水面上较大,NO的Vd都很小,且在各种下垫面上差别不大.     

南京郊区大气氮化物浓度和氮沉降通量的研究

为研究南京郊区的大气氮化物污染状况,进而估算其大气氮沉降通量,2005年6月-2006年5月在南京大学浦口校区气象园进行了大气、气溶胶和雨水样本的收集,同步进行近地面气象观测.在实验室分析大气氮化物NOx、NH3和有机氮浓度、总悬浮颗粒物(TSP)中硝酸盐、亚硝酸盐、铵盐和有机氮的质量浓度、雨水中NO-3、NO-2、NH+4离子和有机氮的质量浓度,利用气象资料和大叶阻力相似模型计算大气氮化物的干沉降速度,进而定量估算大气氮沉降通量.研究结果表明:南京郊区大气中有机氮浓度水平较高,无机氮(氨态氮和硝态氮)浓度水平较低.大气氮沉降量较大,且湿沉降和有机沉降贡献率占主导地位,这取决于本地区的下垫面和污染状况,同时也与气象条件有密切关系.     

北京奥运会前后静稳天气条件下SO2和NO2干沉降模拟

利用中国科学院大气物理研究所北京325m气象塔气象要素和污染物浓度观测资料,采用气体干沉降阻力模型,对奥运会前后北京行政区内SO2和NO2的干沉降影响因子、干沉降速率、干沉降通量进行数值模拟。结果表明:1)随着大气稳定度、太阳辐射强度和下垫面类型的改变,北京SO2和NO2的干沉降速率有明显变化,表面阻力是影响气体干沉降速率变化的主要因子。2)SO2和NO2在白天的干沉降速率及通量普遍大于夜晚。3)静稳天气条件下,奥运会前北京地区一天可清除24tSO2和55.2tNO2,奥运会期间一天可清除10.8tSO2和50.4tNO2,这说明北京及周边地区的减排措施对改善奥运会期间的空气质量效果显著。     

我国燃煤汞沉降的数值模拟

利用CMAQ-Hg(Community Multi-scale Air Quality-Mercury)模式模拟了我国燃煤排放的大气汞在我国区域的沉降分布状况,其中气象模式为MM5.模式中包括了三种价态汞(气态元素汞(GEM)、气态活性汞(RGM)和颗粒汞(PHg))的气相、液相、非均相化学反应过程以及输送、干湿沉降等物理过程.中国燃煤排放的大气汞中RGM所占比例较高,约为58.4%～66.8%,这导致我国汞沉降量较大.模拟结果表明,在我国的西南地区、华东地区以及京津塘地区燃煤汞的沉降较高,在这些区域的沉降通量高达2～6μg m-2mon-1.燃煤大气汞排放形态对汞的沉降有重要影响,减少燃煤汞排放中RGM的比例能够显著降低我国区域汞的沉降通量.     

太湖沿岸湿沉降的化学特性及水体酸化的趋势

通过对太湖沿岸湿沉降的实际监测，运用统计学方法研究了太湖沿岸3个测点自2002年7月至2003年6月大气降水pH值和化学离子组成，并结合文献和太湖水体的常规观测资料，分析了太湖流域大气降水酸化的趋势及地表水酸化的状况。结果表明：太湖地区的酸雨比较严重，沿岸酸沉降具有普遍现象；大气降水中主要阴离子是SO4^2-，约占全部测定阴离子的48％。Ca^2＋是主要的阳离子，约占全部阳离子的37％；太湖酸雨频率及酸雨强度近20a来有增强的趋势，但水体pH变化不大，水体有轻微酸化的迹象。     

华北地区大气氮沉降的空间格局和季节特征（英文）

作为农业集约化和经济快速发展的地区之一,华北地区较高的氮沉降不容忽视。本文利用卫星观测的对流层柱浓度和大气化学传输模型模拟的剖面信息,研究了华北地区氮沉降的空间格局和季节特征。结果表明,华北地区总氮沉降通量为16.3–106.5 kg N ha~(-1)yr~(-1),平均为54.5±17.2 kg N ha~(-1)yr~(-1)。高值区主要集中在城市和农田,低值区主要集中在人类活动较少的森林和草地。在总氮沉降量中,湿沉降量占36%;颗粒物干沉降量占12%;气态干沉降占52%。对于干沉降来说,气态HNO_3和颗粒物NO_3~-在冬季和秋季较高,春季和夏季较低。与之相反,气态NH_3和颗粒物NH_4~+在春季和夏季较高,冬季和秋季较低。这可能是NO_x和NH_3排放源和排放强度的季节差异造成的。另外,气态NO2沉降没有明显的季节变化。湿沉降主要受降水影响,呈现夏季高,冬季低的季节变化。本研究为华北地区总氮沉降提供了客观的空间格局和季节特征的见解。     

Determination of Sulfur Balance Between the Atmosphere and a Norway Spruce Forest Ecosystem: Comparison of Gradient Dry + Wet and Throughfall Deposition Measurements

Total sulfur deposition was determined above a Norway spruce forest, in Hungary. Two methods were applied, on one hand dry + wet deposition measurements and on the other, throughfall and stemflow deposition estimations have been carried out. Results show: total depositions are 3.3 and 3.2 g S m^–2 yr^–1 determined by dry + wet and throughfall deposition methods, respectively. The share of the dry deposition in the total S-load is 73%. The agreement between the results of the two different methods is good and suggests the needlessness of complicated dry + wet flux measurements, i.e. the total and dry deposition of sulfur compounds to forests can be determined by simple throughfall and wet deposition measurements.     

Characteristics of Anthropogenic Sulfate and Carbonaceous Aerosols over East Asia： Regional Modeling and Observation

The authors present spatial and temporal characteristics of anthropogenic sulfate and carbonaceous aerosols over East Asia using a 3-D coupled regional climate-chemistry-aerosol model, and compare the simulation with the limited aerosol observations over the region. The aerosol module consists of SO2, SO4^2-, hydrophobic and hydrophilic black carbon （BC） and organic carbon compounds （OC）, including emission, advections, dry and wet deposition, and chemical production and conversion. The simulated patterns of SO2 are closely tied to its emission rate, with sharp gradients between the highly polluted regions and more rural areas. Chemical conversion （especially in the aqueous phase） and dry deposition remove 60% and 30% of the total SO2 emission, respectively. The SO4^2- shows less horizontal gradient and seasonality than SO2, with wet deposition （60%） and export （27%） being two major sinks. Carbonaceous aerosols are spatially smoother than sulfur species. The aging process transforms more than 80% of hydrophobic BC and OC to hydrophilic components, which are removed by wet deposition （60%） and export （30%）. The simulated spatial and seasonal SO4^2-, BC and OC aerosol concentrations and total aerosol optical depth are generally consistent with the observations in rural areas over East Asia, with lower bias in simulated OC aerosols, likely due to the underestimation of anthropogenic OC emissions and missing treatment of secondary organic carbon. The results suggest that our model is a useful tool for characterizing the anthropogenic aerosol cycle and for assessing its potential climatic and environmental effects in future studies.     

山西省燃煤电厂二氧化硫减排对硫沉降的影响分析

采用ATMOS长距离传输模型,对2006—2007年山西省燃煤电厂通过关停小机组及增设脱硫设施所减少的SO₂排放量进行数值模拟,并基于地理信息系统,分析了整个模拟范围内的总S沉降和干/湿S沉降分布特点,探讨了关停小机组及增设脱硫设施减少SO₂排放量的效果。结果表明：2006—2007年间山西省燃煤电厂装机容量增加,但SO₂排放及其导致的S沉降量持续下降,表明二氧化硫减排效果非常明显。     

Atmospheric deposition of nitrogen, sulfur and chloride in Thessaloniki, Greece

In the present study, the wet and dry depositions of particulate NO₃⁻, SO₄²⁻, Cl⁻ and NH₄⁺ were measured using a wet/dry sampler as a surrogate surface. Gas phase compounds of nitrogen, sulfur and chloride (HNO₃, NH₃, SO₂ and HCl) were measured by an annular denuder system (ADS) equipped with a back up filter for the collection of particles with diameter ≤ 5 μm. Ambient concentrations of NO, NO₂ and SO₂ were also taken into consideration. Sampling was conducted at an urban site in the center of the city of Thessaloniki, northern Greece. The presence of the aerosol species was examined by cold/warm period and the possible compounds in dry deposits were also considered. Dry deposition fluxes were found to be well correlated with ambient particle concentrations in order to be used for the calculation of particle deposition velocity. Average particulate deposition velocities calculated were 0.36, 0.20, 0.20 and 0.10 cm s^− 1 for Cl⁻, NO₃⁻, SO₄²⁻ and NH₄⁺, respectively. Total dry deposition fluxes (gas and particles) were estimated at 3.24 kg ha^− 1 year^− 1 for chloride (HCl + p-Cl), 9.97 kg ha^− 1 year^− 1 for nitrogen oxidized (NO + NO₂ + HNO₃ + p-NO₃), 5.32 kg ha^− 1 year^− 1 for nitrogen reduced (NH₃ + p-NH₄) and 15.77 kg ha^− 1 year^− 1 for sulfur (SO₂ + p-SO₄). 70–90% total dry deposition was due to gaseous species deposition. The contribution of dry deposition to the total (wet + dry) was at the level of 60–70% for sulfur and nitrogen (oxidized and reduced), whereas dry chloride deposition contributed 35% to the total. The dry-to-wet deposition ratio of all the studied species was found to be significantly associated with the precipitation amount, with nitrogen species being better and higher correlated. Wet, dry and total depositions measured in Thessaloniki, were compared with other countries of Europe, US and Asia.     

欧拉型区域硫沉降模式研究

建立了一个三维硫沉降欧拉模式，模式中比较全面地考虑了硫沉降过程中的物理、化学机制。包括平流、扩散、干湿沉降和积云的垂直输送作用等物理过程，气相化学、液相化学和气溶胶表面的非均相化学等化学过程。其中非均相化学和积云的垂直输送参数化在国内外同类模式中尚不多见。模式结果与实测及其他模式结果的对比表明，该模式能够较好地模拟出SO2的水平和垂直分布及SO2-4在降水中的浓度。     

Sulfur budget above the Eastern Mediterranean: relative contribution of anthropogenic and biogenic sources

To access the relative contribution of anthropogenic and biogenic sulfur sources to the sulfur budget in the Eastern Mediterranean, an area characterized by very high nss-     levels, measurements of both wet and dry deposition of sulfur were performed at a remote area on the island of Crete (Finokalia) during a 3-yr period (1996–1999). The estimation of dry deposition is based on both gaseous sulfur dioxide (SO₂) and particulate phase non-sea-salt sulfate (nss-     ) and methane sulfonate (MSA) measurements. During the dry period, deposition of SO₂ from long-range transport is the main component of anthropogenic sulfur deposition in the area. The results of the wet and dry deposition obtained at Finokalia have been compared with DMS emission from seawater obtained during two yearly surveys (1997–1998) in the Cretan Sea. Our results indicate that the contribution from biogenic sources to the sulfur budget in the Eastern Mediterranean, although negligible during winter, can account for up to 26% during summer.     

中国地区沙尘气溶胶输送过程的数值模拟

本文建立了一个包含沙尘起沙、输送、干沉积和湿沉积过程的气溶胶输送扩散模式．并和中尺度气候模式RIEMS相连接研究了1998年1月、4月、7月和1997年10月的沙尘起沙、输送、干沉积和湿沉积的过程。计算1998年1月、4月、7月和1997年10月气溶胶浓度及其分布．并和这四个月份的平均起沙分布以及北京、郑州和南京的实例沙尘分布作了比较．结果表明我国起沙多发生在春季．同时春季也是我国沙尘强度最大的季节。沙尘在我国西北的沙地和沙漠地区起沙后．向我国的东南方向输送．在输送过程中沙尘浓度逐渐降低。