大气臭氧与气候变化

人们为什么对大气中大量的臭氧感兴趣呢?其原因在于臭氧对大气的结构、特性,以致于地球上有生命物体有着巨大影响。大气中臭氧的存在使得波长小于290nm的太阳强紫外辐射不能透过大气。另外,臭氧还大量吸收了波长在290-320nm之间的中紫外辐射,波长在320-240nm的近紫外辐射才能通过臭氧层到达地面,但它对生物没有危害。今天无疑可以认为:由于大气中“臭氧盖”的存在,才能使人类免遭紫外辐射的有害影响,人类才能得以生存和发展。大气中臭氧总量的变化(臭氧含量平衡的破坏)影响了平流层中不同高度太阳紫外辐散流入量的分布,这就导致了平流层温度和高层大气     

话说臭氧污染

谈起“臭氧”，人们不由得与“臭氧空洞”、“臭氧层破坏”等话题联系在一起。大家都知道，在大气层上部(10～50km高度)，集中了近乎80～90％的臭氧，尽管它在大气中的含量很少，但它能有效地吸收大气中过量的紫外辐射，对人类和地表生物的生存起着非常重要的作用。然而，在接近地面的地方，臭氧却是一种危险的污染物，其浓度增加将直接危害生态环境。     

大气中的臭氧和影响它的各种微量物质

一、引言近年来自然因素和人为因素引起气候变化和气候变迁问题,日益引起国际社会的注意。在多种气候变量中,臭氧是人们十分注意的一种,他的自然变化很大,同时人类活动又可能改变它。因为臭氧在大气辐射过程中起着重要作用,因而不只影响生物过程,而且也是控制地球气候系统的重要因素。大气中的臭氧受着它与各种微量成分的化学反应的强烈影响,事实上,它的破坏率就大受这些微量成分的浓度的制约。这方面最重要的化学反应涉及到氢、氨和具有催化性质的氯的化合物。众所周知,臭氧强烈地吸收太阳紫外辐射,主要吸收带(哈特雷带)在200到300nm(1nm=10~(-9)米)。另外,臭氧在红外波段有许多旋转振动吸收带,其中最强的在9570nm附近。由于吸收紫外辐     

平流层臭氧变化对大气加热率及到达地面紫外辐射的影响

平流层臭氧的变化对平流层的温度结构，整个大气环流以及到达地面的紫外辐射均有影响。本文采用一个计算臭氧吸收太阳辐射的参数化方法和有关资料，研究了臭氧变化对大气最大加热率和到达地面的紫外辐射通量密度的影响情况。文中给出的参数化方法可直接应用于大气环流模式计算臭氧吸收太阳辐射的加热率。     

昆明地面生物有效紫外辐照度的初步计算

近年来，大气平流层臭氧含量普遍呈下降趋势。这将对人类的生存环境构成极大威胁， 应当引起人们的高度重视。 其中，太阳紫外辐射是一大因素。 太阳紫外光（ UVB和UVA，尤其是波长为280～320 nm）对动植物生长及人类健康具有重要的生物学效应 。但太阳光在大气中的传输过程极其复杂，涉及到大气臭氧吸收、空气分子散射、 气溶胶颗粒以及云滴的散射等作用。 针对昆明地处低纬高原、季风云系影响显著等特点 ， 本文在同时考虑上述几种情况下， 用二流模式（two-stream model）方法对太阳紫外辐射传输问题进行了研究，得出了一些有意义的计算结果，并对其作了讨论。     

臭氧·紫外辐射·紫外线指数

由于大氧臭氧含量日渐减少．世界各国对太阳紫外辐射及其危害越来越关注。近些年来,人类活动排放了大量的七。氟氟烃、含澳卤代烃等化合物质,这引起大气平流层臭氧相应减少。目前。已经证实,在南极和北半球高纬度地区的晴好天气下,地面紫外辐射有了明显增力＊,这与两地上空臭氧含量下降密切相关。另据报道,我国科学家在青藏高原（地球第三级）上空屯发现了臭氧低值区。保护臭氧层、避免紫外辐射危害,这已成为世界各国的共识。紫外（UV）辐射位于太阳辐射光谱区100～400urn之间,其辐射能仅占太阳辐射能量总量的8％,臭氧主要吸引其…     

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。     

南极大气和空间物理过程对全球变化的响应研究

我院承担了该专题的2个子专题：“南极冰雪与大气相互作用过程和辐射特征的观测研究”和“南极臭氧和紫外辐射的监测和变化机制研究”。1999年的研究进展如下：1）对南极中山站用Brewer臭氧光谱仪观测得到的1993－1998年臭氧总量和紫外辐射的分析结果表明,春季出现臭氧低于200     

卫星遥感地面紫外辐射的参数化方法

提出了一个从卫星观测推算地面UVB辐射通量密度和红斑生物紫外辐射剂量的新的参数化方法。该方法基于一个简单的模式:大气辐射传输介质被简化成三个等效层:臭氧单独构成的吸收层，空气分子、云和气溶胶粒子组成的散射层，以及地面反射层。地面紫外辐射通量密度和生物紫外辐射剂量可以由臭氧层的等效透过率、散射层和地面的联合反射率计算。臭氧层的等效透过率可由大气臭氧总量计算。散射层和地面的联合反射率可由不存在臭氧吸收的紫外或可见光通道的反射辐射强度测量得到。该反演算法形式简单，只包含很少几个可从卫星测量获得的参数。它通过了一个可靠而相对复杂的基于DISORT的紫外辐射传输模式的检验。在广泛的计算条件下，包括晴天、云天、以及混浊大气，用这个简单算法计算的地面紫外辐射通量密度和红斑生物紫外辐射剂量与精确算法的结果相差无几。另外，还实际运用这个算法利用卫星观测资料反演地面紫外辐射通量密度，与地面实际观测资料做了比较，符合较好。     

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。     

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。     

中国地区近地面太阳紫外辐射的分布及其对大气臭氧层破坏的响应

本文在充分考虑太阳紫外辐射在大气中传输的物理过程的基础上,引入局地地面气压、臭氧和地表反照率的时空变化,利用Delta-Eddington近似法计算了中国地区冬季(1月)和夏季(7月)晴天时地面太阳紫外辐射(0.290—0.400μm)和紫外B辐射(0.290—0.325μm)的分布,并进一步计算出臭氧总量减少5％、15％时紫外B的变化.结果指出,由于臭氧总量的减少,中国北部地区紫外B的增加比南部地区显著.平均而言,臭氧总量减少1％时,冬季紫外B将增加1％左右,夏季紫外B将增加0.6％—0.7％.     

青藏高原大气臭氧研究

总结了国内外有关青藏高原大气臭氧方面开展的研究工作，并简要地介绍了1996－1999年利用NILUV观测仪器在拉萨地区进行臭氧和紫外辐射观测的初步结论。     

"无形杀手"从天降--臭氧层被破坏及其危害

地球"三极"出现臭氧洞 从静止气象卫星发回的大气观测资料告诉人们,人类赖以生存的地球周围环绕着一层厚厚的大气,它是由水汽、氮、氧、二氧化碳、甲烷、臭氧等多种物质组成.在离地面10～50km的平流层中有一臭氧层.大气中氧分子被太阳辐射光化分解后,所产生的氧原子与周围氧分子结合,生成臭氧.从10km高度起臭氧含量逐渐增加,至20～50km高度处臭氧含量达到最大值,再往上其含量逐渐减少,到50km高度其含量就很微少了.臭氧在整个大气中只占极小的一部分,如果将大气中所有的臭氧集中到地表,它只是2～3 mm厚的薄薄一层.你别小看这薄薄的一层气体,却承担着保护人类生存安全的重任.科学家指出,臭氧层能吸收99%以上的紫外线,使地球上的人类和其他生物,不致被强烈的太阳紫外线辐射所伤害,透过来的少量紫外线具有杀菌治病作用,故人们把臭氧层称之为地球的"保护伞".     

青藏高原瓦里关地区大气臭氧柱总量及UV—B观测结果的特征分析

利用Brewer臭氧分光光谱仪对青藏高原东北部瓦里关地区的大气臭氧柱总量及太阳紫外B生物有效辐射剂量进行了连续的观测。通过对1996-1996年的资料分析表明：该地区的臭氧柱总量具有明显的年季变化特征，并存在着减少的趋势，与TOMS卫星的观测结果相一致；臭氧垂直廓线的Umkehr反演得出这一地区的臭氧数密度最大值出现在20-30km处，冬春季的高度低于夏季；太阳紫外B生物有效辐射剂量夏季最高可达0．4W／m^2。     

晴空或少云状况下紫外辐射强度及指数预报模式

在大气辐射传输理论的基础上，利用中分辨率大气辐射传输系统，应用可测得的实际大气物理参数，建立睛空或少云天气状况下石家庄市紫外波段（280-400nm)辐射强度及指数预报模式，考虑了臭氧的两个吸收带。晴空条件下的散射主要考虑了分子和气溶胶的多次散射，少云时还考虑了云对紫外辐射的影响。其中多次散射的计算采用子离散坐标法。且对由于臭氧实时资料的短缺造成的误差进行了系统订正，并将订正结果与实况资料进行了对比。结果表明，由模式客观预报紫外辐射强度是可行的。     

漠河地区臭氧的观测和计算

1997年3月上旬,在黑龙江漠河地区对地面和整层臭氧、太阳辐射等进行了短期观测,以初步了解该地区臭氧和辐射的变化规律以及它们之间的相互关系.研究发现,漠河地区近地面臭氧日变化明显,其峰值出现在每日10:00(北京时间)左右,并早于紫外辐射(UV)峰值出现时间.整层大气臭氧总量的日变化特征不明显.基于UV能量守恒,建立了臭氧与其影响因子-光化学、散射、UV等因子之间较好的定量关系和经验模式,并将其用于计算地面、整层大气臭氧小时值和日平均值.结果表明,计算值与观测值吻合的都比较好,它们相对偏差的平均值分别为:地面臭氧小时值(11.9%)和日平均值(9.0%);整层大气臭氧小时值和日平均值-7.4%、1.8%.因此,地面和整层臭氧的经验算法是合理和可行的.利用散射辐射/直接辐射(D/S)和散射辐射/总辐射(D/Q)可以描述大气中的物质如气溶胶、云等的散射作用.采用D/Q表示散射作用可以提高地面臭氧和整层大气臭氧计算的准确度,特别是对云量较大的情况.       

臭氧层破坏的后果及其保护的对策

1988年4月19—21日,国家环保局在北京召开了“中美臭氧层保护研讨会”,会上两位美国科学家作了学术报告。本文系作者根据有关报告、会议材料和讨论情况综合而成。 一、臭氧层破坏的后果 臭氧存在于60km以下的大气层中,但很大部分集中在20—25km高度上,该高度上臭氧的分子浓度为十万分之一。如果把地球大气中臭氧集中起来,其厚度约为3mm,但正是它对地球生命起着关键的保护伞作用。 1.对人类健康的威胁 研究指出,臭氧层浓度每减少1％,可使地面上有伤害性的紫外辐射增加1.5—12％。臭氧的减少可使三种皮肤癌发病率增加。据称,皮肤癌已成为美国社会最大的公众健康问题之一。如果按现在臭     

平流层大气中臭氧的奥秘

众所周知,要是在我们这个生机勃勃的地球上没有氧气,那么地球就会象月球一样死寂。然而,在离地面约10—50公里之间的平流层大气中,存在着一种叫臭氧的微量气体,虽然它有个“臭”名,但是它却默默地守护着地球上的芸芸众生。 与氧气(O_2)不同,臭氧是带有刺激性气味的气体,其分子由三个氧原子组成(O_3),它在大气中的含量控体积算不足二百万分之一。若把所有的臭氧集中起来,均匀地覆盖在地球表面,其厚度也只有2.8毫米。臭氧含量尽管很少,但正是大气中如此稀薄的臭氧,保护着人类及其它生物免遭太阳光辐射中有害的紫外线杀伤。当太阳光透过平流层时,臭氧全部吸收了对生物极有害的强烈的远紫外线(波长小于0.29微米),它还吸收了大部分有害的中紫外线(波长为0.29—0.32微米)。近紫外线(波长为0.32—0.40微米)则能穿过平流层而到达地面,但它对人体并无损害。     

氯氟烃类化合物及其对环境的影响

因温室效应引起的气候变暖问题已引起国际社会的广泛重视,成为许多国家政治家、科学家所关心的热点问题.从80年代以来,人们注意到产生温室效应的气体不仅是二氧化碳,还有甲烷、臭氧、一氧化二氮、氯氟烃类化合物.特别是近来最让人深恶痛绝的东西是氯氟烃类化合物,因为它危害人类赖以躲避强烈紫外辐射的臭氧层,同时也是一种温室气体.那么什么是氯氟烃类