地面臭氧的变化规律和计算方法的初步研究Ⅰ.紫外波段

通过对广州鼎湖山近地面O3、NOx、太阳辐射、气象参数等项目的观测和理论分析,研究了地面O3与NOx等微量气体及太阳辐射的变化规律,详细讨论了紫外波段、不同天气条件地面O3与NOx,光化学反应、气溶胶、光化辐射等之间复杂的关系.用光能量传输与守恒的观点来考虑大气中与紫外辐射有关的主要过程,并以此来研究大气光化学过程中所遵循的能量规律,建立了一个简单、实用、省时的统计模式,用于计算地面O3浓度.结果表明,不同情况下计算值与观测值均吻合较好.     

大气中的水汽对太阳紫外辐射消光的可能机制分析

本文给出了北京地区晴天和实际天气条件下到达地面太阳紫外总辐射的一种计算方法，分析了影响到达地面太阳紫外总辐射的各主要因子的主次贡献，重点讨论了水汽在参与大气中的光化学反应过程中，对到达地面的太阳紫外总辐射消光的可能机制。     

北京地区太阳紫外辐射的观测与分析研究

利用北京地区太阳辐射和其它常规气象观测资料，得到了到达地面的太阳紫外辐射的计算公式，并将计算值与观测值进行了比较，两者吻合得比较好。最后给出了北京地区地面太阳紫外总辐射的变化趋势，计算结果表明，地面太阳紫外总辐射对大气浑浊度的变化比对大气臭氧总量的变化敏感得多。     

大气臭氧总量的经验计算方法

依据臭氧生消与紫外辐射(UV)能量利用相互作用的观点,考虑与臭氧有关的主要因子UV、大气中物质在化学和光化学反应中对UV能量的吸收、气溶胶粒子的散射等,在分析1990—1992年臭氧总量、太阳辐射、气象资料的基础上,建立了计算臭氧总量的经验模式,其优点是所用资料均可由常规气象站获得。结果表明,计算值与观测值符合得比较好。利用该经验模式计算了北京地区1979年1月—1996年6月的臭氧总量,计算值与观测值同样比较一致,二者相对偏差的最大值、最小值、平均值分别为15.2%、0.05%和4.9%,相对偏差在±10%之内的比例为91.4%,因而该经验模式是合理、可行的。1991年之后北京地区臭氧的下降与Pinatubo火山气溶胶的影响有关。     

气温与地表辐射收支的联系：基于禹城和栾城站点资料的分析

基于对华北禹城和栾城站2005—2006年辐射和气象数据的分析,建立了大气内能与地面总辐射、大气物质吸收、物质散射、大气动能和净辐射之间的能量关系。经验关系可以模拟出2站温度“月平均”的变化规律,其“月平均”计算值与观测值最大正负偏差分别为3.84和-4.05℃,“年均值”计算值与观测值的偏差小于0.36℃。敏感性计算表明,气温对净辐射的变化最敏感,其次是散射因子、吸收因子、地面总辐射、地面风速。净辐射、散射因子、吸收因子、总辐射和地面风速分别增加5%造成气温的变化分别为0.93、-0.40、0.23、-0.20和-0.12℃。研究温度的变化,除了考虑有限的温室气体（如CO2、水汽和臭氧等）的作用,还要考虑其他物质的吸收作用、气液固相物质的散射作用、地表组成和特性的变化、地面风速的变化、总辐射的变化,尤其要重视净辐射的变化。     

长春地区紫外光谱（UV-A，UV-B）辐射观测和初步分析

利用我们研制的太阳—大气紫外光谱辐射计，从1992年5月在长春开始试验了野外观测，监视到达地表的太阳直射和大气散射紫外光谱辐射，主要给出长春地区地面紫外辐射，特别是紫外（UV）B段（280～320 nm）光谱辐射的一些基本特点和初步统计特征。由于地表UV-B辐射对生态系统和人类健康有危害作用，其强度随着臭氧减少而增加。该项观测分析将有助于监测和研究臭氧层变薄的实际效应。     

南海中部的太阳总辐射特征研究

通过对南海中部的永兴岛的太阳总辐射观测资料进行分析，得出了关于南海中部的太阳总辐射特点的一些基本结论：大气的晴空透射率约为0．75；1990年代末期，3年平均云影响了约28％的最大可能总辐射能量；总辐射年平均值约为6763．7MJ／m^2a；3—8月月平均总辐射量维持在650MJ／m^2m左右，8～12月为下降阶段，1—3月为上升阶段。     

拉萨紫外辐射特征分析及估算公式的建立

本文利用2005~2010年的辐射观测资料对拉萨地区紫外辐射的时间变化特征及紫外辐射与总辐射比值的变化特征进行了分析,结果表明,紫外辐射与太阳总辐射的变化规律基本一致,日变化表现为正午大、早晚小;季变化特征是夏季6月最大,冬季1月最小.紫外辐射日累积值6年平均为0.87 MJ·m-2·d-1;紫外辐射有逐年递减的趋势.紫外辐射与总辐射比值也存在着明显日变化,表现为正午大、早晚小的规律;其季节变化也是夏季最大,冬季最小.紫外辐射与总辐射比值6年平均为0.0418;紫外辐射与总辐射比值也呈现逐年递减的趋势.利用2010年大气质量数和晴空指数,建立了适合于拉萨紫外辐射估量的公式,估算值的瞬时值与观测值的平均相对误差最大为8.66%,紫外辐射日累积重构值与观测值平均相对误差仅为5.5%.     

陆面模拟中植被辐射传输参数化方案研究

在冠层二流辐射传输模式基础上新发展了一个描述太阳短波辐射在植被中传输的冠层四流辐射传输模式.冠层四流辐射传输模式是在大气辐射传输理论的基础上得到一组描述短波辐射在植被中传输过程的冠层辐射传输基本方程,引进大气中求解辐射传输方程的四流近似解法,并求得冠层四流辐射传输方程的解析解.方程中各项参量能够反映叶子或冠层特殊的几何和光学特征.冠层向上、向下辐射通量取决于冠层散射相函数、叶子在入射光方向投影面积、单个叶子反射率和透射率、叶面积指数以及直射光入射太阳高度角等.四流模式计算叶子水平倾角时对太阳短波辐射的反照率,与二流模式结果比较可以验证模式的理论推导和建模都是正确的:计算结果的比较,表明四流模式在水平叶角分布时计算的冠层反照率与二流模式结果一致,同时直射光从任何太阳高度角入射的冠层反照率结果也一致,从而证明发展的冠层四流辐射传输模式是成功的.模拟试验中将两种模型同时耦合到同一个陆面过程模式中进行比较试验,结果表明,冠层四流辐射传输模式能够得到更精确的植被反照率,从而使得陆面模式计算的地表吸收的净太阳辐射通量更接近于观测值.     

大城市气溶胶对光化辐射通量及臭氧的影响研究(Ⅱ)——数值试验分析

城市化已引起大量痕量气态污染物、气溶胶以及臭氧前体物的人为排放,从而引起区域大气化学循环的扰动变化。在分析国内外研究现状与观测实例的基础上,进一步用辐射模式与化学模式研究了气溶胶对到达地面的光化辐射通量以及臭氧形成的影响,表明气溶胶可显著减小到达地面的光化学辐射通量,减缓光化学反应进程,并进一步抑制臭氧的形成;在目前广州等大城市的污染过程中,高浓度的气溶胶可造成光化学辐射通量衰减高达70%~80%,紫外线的衰减比可见光更明显,在可见光波段随波长增大衰减幅度减小,气溶胶层的存在对短波长激发的光化学过程的影响更加显著。分析说明城市污染大气中光化学反应的生成物与反应物之间存在自抑制过程,在目前的城市群复合污染情况下,气溶胶与臭氧之间的非线性相互作用值得关注。     

地面臭氧的变化规律和计算方法的初步研究Ⅱ.可见光波段

通过对广州鼎湖山近地面O3、NOx、太阳辐射,气象参数等项目的观测和理论分析,研究了地面O3与NOx等微量气体及太阳可见光辐射的变化规律,详细讨论了可见光波段、不同天气条件地面O3与NOx、光化学反应、气溶胶、可见光辐射等之间复杂的关系.提出以光能量传输与守恒的观点来考虑大气中与可见光辐射有关的主要过程,并以此来研究大气光化学过程中所遵循的能量规律,建立了一个简单、实用、省时的统计模式,用于计算地面O3浓度.结果表明:不同情况下,计算值与观测值吻合得均比较一致.     

Characteristics of Solar Radiation and the Impact of Clouds at Yangbajing, Tibet

Yangbajing (YBJ) is located in the Tibetan Plateau, China. The characteristics of solar radiation and its relationship with clouds at YBJ from April 2009 to April 2010 were analyzed in this paper. The annual mean solar radiation was 478.4 W m 2 , and the annual mean transmittance was 0.713. The atmospheric mean trans- mittance of clear skies reaches 0.828 when the solar elevation angle (SEA) is greater than 10 degrees. Comparisons with numerical simulations show that the atmosphere of YBJ is clean. Impacts from atmospheric conditions on solar radiation are similar for clear skies during the year because the standard deviation of transmittance in clear skies was less than 0.05 when the SEA was greater than 10 degrees. It is important to understand the impact of clouds on solar radiation without considering other impact factors. In the last part of this article, the authors analyzed and established a statistical quantitative relationship between surface solar radiation and cloud fraction.     

Ultraviolet sky radiance distributions of translucent overcast skies

Summary The diffuse sky radiation component in the ultraviolet wavelengths is often at least 50% of the global irradiance under clear skies, and is the dominant component of ultraviolet global radiation under translucent overcast skies. The distribution of sky radiance was measured in a rural area and modeled for wavelength bands of ultraviolet-B (UVB, 280–320 nm) and ultraviolet-A (UVA, 320–400 nm). Sky radiance measurements were made during the summer of 1993 over a wide range of solar zenith angles using radiance sensors mounted on a hand-operated hemispherical rotation mount. UVB irradiance measurements were also made during each scan. Since the ratio of measured irradiance under overcast skies and that predicted for clear skies was not correlated with cloud base height, opaque cloud fraction, or solar zenith angle, it was concluded that the scattering from the clouds dominated the global irradiance, and this scattering was relatively unaffected by the scattering off opaque clouds in the translucent atmosphere.Analysis of the translucent overcast sky UVA and UVB radiance measurements using a semi-empirical distribution model showed that the spectral influences on multiple scattering, single scattering, and horizon brightening components of the distributions agreed with basic atmospheric radiation theory. The best model used solar zenith, the sky zenith, and the scattering angle with resultant coefficient of determination values of 0.62 and 0.25 for the UVA and UVB respectively. The developed equations can be applied directly to the diffuse sky irradiance on the horizontal to provide radiance distributions for the sky.With 6 Figures     

云层与气溶胶对大气吸收太阳辐射的影响

云通过辐射过程对地气系统的能量平衡起着特别显著的调节作用 ,是影响天气、气候以及全球变化的重要因子。近年来 ,有云大气对太阳短波辐射的“异常吸收”又成为云—辐射研究中的一个争论热点。有云大气的短波吸收受到多种因素的影响 ,关于这方面的研究还不够充分。本文通过计算 ,从理论上探讨了若干因素的组合对大气吸收的综合影响。在计算中 ,同时考虑了不同太阳辐射波段、不同太阳入射天顶角、不同云顶高度以及不同下垫面的影响 ,并考虑了包含大气分子、气溶胶和云滴的吸收与散射 ,以及在近红外波段大气自身的热辐射等过程 ,阐明了云与气溶胶在不同波段对大气吸收太阳辐射的影响。     

近地面臭氧研究进展

近地面臭氧是空气中氮氧化物和挥发性有机物发生光化学反应的产物,其浓度与气象条件密切相关。晴天少云、紫外辐射较强、温度较高、相对湿度较低以及风速较小的天气,均有利于臭氧的生成,其中紫外辐射是产生臭氧最关键的因素。臭氧前体物（氮氧化物和挥发性有机物）的浓度及其比值是影响近地面臭氧浓度的另外三个重要因素。我国大多数城市的O3处于VOC控制区,即NOx浓度的增加会引起O3浓度的降低,而VOCs浓度的增加则会使其浓度升高。因而VOC源解析问题成为近年来O3研究的一个热点问题。同时,由于气溶胶可以直接吸收、散射太阳紫外辐射、短波辐射以及大气长波辐射,因此气溶胶的存在会影响大气中光化学反应的进程,从而影响臭氧的光化学生成,气溶胶对近地面臭氧的影响已成为目前大气环境的前沿课题。     

Effect of clouds on the photodissociation of NO2: Observations and modelling

The role of clouds in photodissociation is examined by both modelling and observations. It is emphasized that the photodissociation rate is proportional to the actinic flux rather than to the irradiance. The actinic flux concerns the energy that is incident on a molecule, irrespective of the direction of incidence. The irradiance concerns the energy that is incident on a plane.As far as the modelling aspect is concerned, a multi-layer delta-Eddington model is used to calculate irradiances, actinic fluxes, and photodissociation rates of nitrogen dioxide J(NO₂) as a function of height in inhomogeneous atmospheres. For the considered wavelength interval [290–420 nm], Rayleigh scattering, ozone absorption, and Mie scattering and absorption by cloud drops and aerosols should be taken into account.Further, a three-layer model is used to calculate the actinic flux above and below a cloud, relative to the incident flux, in terms of cloud albedo, zenith angle, and the albedo of the underlying and overlying atmosphere. Cloud albedo is mainly determined by cloud optical thickness. An expression for the incloud actinic flux is given as a function of in-cloud optical thickness. The three-layer model seems to be a useful model for the estimation of photodissociation rates in dispersion models.It is stressed that both models in their present form cannot handle partial cloudiness.It is shown that if no clouds are present, the actinic flux depends primarily on solar zenith angle. Further, the incident flux at the top of the atmosphere diminishes downward into the atmosphere due to the increasing effect of scattering. Therefore, the actinic flux usually increases with height, although above clouds the actinic flux sometimes decreases with height due to a large contribution of the upward scattered light.For cloudy atmospheres, another important parameter with respect to the actinic flux is added: cloud optical thickness. Cloud optical thickness determines cloud albedo. It can be shown that incloud characteristics and cloud height are less important while describing the effect of a cloud on the actinic flux (outside the cloud). The in-cloud values of the actinic flux can exceed the values outside the cloud.Finally, using the photostationary state relationship, a comparison is performed between model results and ground-based measurements as well as in-cloud air craft measurements.     

五道梁地区的太阳紫外辐射

该文利用１９９３年９月－１９９４年８月五道梁站的太阳辐射观测资料。分析了该地区太阳紫外辐射的气候学特征。结果表明：该地区的太阳紫外辐射年平均日总量为０．７３ＭＪ／ｍ＾２，小于拉萨地区、而大于高原东北侧的河南走廊地区；紫外辐射的瞬时极大值较大，７月份可达５６Ｗ／ｍ＾２，大于河区而略小于拉萨地区。     

太阳辐射各因子的变化对太阳紫外辐射的影响

利用北京地区１９９０年太阳分光辐射的观测资料，计算了影响太阳紫外辐射的各因子的变化所引起的太阳紫外辐射的变化。当臭氧、水汽、气溶胶分别减少５％时，到达地面的太阳紫外辐射将分别增加０．８４％、０．２７％和１．９０％。在分析太阳紫外辐射的变化趋势时，应当全面考虑各个因子的影响。