长江三角洲痕量气态污染物的时空分布特征

1999年5月至2000年10月, 在长江三角洲区域设置6个观测站, 连续监测地表大气中痕量气态污染物的浓度, 得到NO, NO_x, SO₂, CO和O₃的每分钟浓度平均值. 数据的总有效率超过80%. 监测数据可以代表长江三角洲区域的整体状况. 6个观测点的NO, NO_x, SO₂, CO浓度的平均值远高于环境背景值, 具有显著的季节变化, 冬季出现全年最高值, 表明该区域已经被人为活动排放源污染. 发现该区域全年臭氧浓度高值出现在5~ 6月份; 9月份也有臭氧高值事件.     

低温酸性溶液中毒砂和As(Ⅲ)稳定性研究

讨论了铁离子浓度为10^-2 ~ 10^-5 mol/kg的Fe₂(SO₄)₃和FeCl₃酸性溶液中毒砂和As(Ⅲ)的稳定性. 实验研究显示: (1) 在所述实验条件下毒砂是不稳定的, 它的氧化程度随Fe³⁺浓度和反应温度升高及pH降低而增加; (2) 毒砂氧化时释放的砷以As(Ⅲ)的含水氧化物为主; (3) 在FeCl₃ 溶液中, 毒砂和As(Ⅲ)向As(Ⅴ)的氧化速度比在Fe₂ (SO₄)₃溶液中快; (4) As(Ⅲ)的稳定性随氧化剂浓度和反应温度的降低而增加, 随Cl^-浓度的增加及光照而降低.     

十三陵“清洁区”秋季O3在地面及近地边界层垂直分布变化的探测研究

利用2001年9月7~12日北京郊区十三陵(40°17′15″N, 116°12′51″E)探测资料, 对O₃在地面及近地边界层垂直分布特征进行了研究. 结果显示, 在十三陵地区地面和近地边界层内O₃浓度平均日变化特征较为一致, O₃浓度在早晨最低, 上午逐渐增加并在下午2~5时之间升至最高, 夜间逐渐下降. 日出前或日落后受山谷下沉气流、近地面逆温层及沉降的综合影响, 200~300 m以下的O₃浓度普遍是低值. 十三陵地区O₃高浓度的臭氧与北京城区污染输送有密切联系. 当主导风向来自北京城区时, 中午至下午则出现轻度、中度甚至重度O₃污染现象; 相反, 当主导风向为其他来向时, O₃浓度低. 十三陵“清洁区”盆地地形特点使得来自北京城区污染物在该地累积, 并在光化学反应有利的情况下, 造成局地的高O₃污染现象, 此结果在城市发展规划中应引起重视.     

北京市能源相关大气污染源的贡献率和调控对策分析

针对北京市主要大气污染物SO₂, NO_x和PM₁₀, 在源排放统计分析和ISCST3模型模拟计算的基础上, 分析了能源使用相关的北京市城近郊区各类污染源的源排放和环境浓度贡献率. 电厂、工业和采暖燃煤对本地源SO₂的排放贡献率分别为49%, 26%和24%; 机动车排放对本地源NOx的浓度贡献率为74%; 对PM₁₀, 工业部门是扬尘源之外的最大的排放(28%)和浓度贡献源(21%). 对显著影响二次污染物形成的VOC和NH₃的源排放贡献率进行了简要分析. 此外, 分析了北京市能源使用和机动车污染控制方面的重点调控对策, 在此基础上建立了2008年能源相关的控制情景并进行了排放和浓度预测, 结果表明, 清洁能源推广、产业结构改善、出行结构调整和单车排放控制将显著改善空气质量, 而工业部门将成为最突出的SO₂浓度贡献源, 对NO_x来说机动车污染的控制仍然十分重要.     

秦岭造山带蛇绿岩带硅质岩的地球化学特征及其形成环境

秦岭造山带勉略蛇绿岩带和二郎坪蛇绿岩带中的古生代硅质岩具低Si/Al比值(勉略硅质岩为52.14~683.52, 二郎坪硅质岩为12.29~58.62)、低Fe₂O₃含量(分别为0.01~0.35和0.02~1.24)和高的Al₂O₃/(Al₂O₃+Fe₂O₃)比值(分别为0.82~0.99和0.83~0.99), 所有硅质岩的SiO₂与Al₂O₃均呈现负相关关系, 表明陆缘泥质物对它们的形成影响很大. 二郎坪硅质岩La_n/Ce_n=0.9~1.15, Ce/Ce^*=0.95~1.15, V, Ni和Cu略低, 与大陆边缘环境硅质岩的特征值相一致. 但勉略硅质岩的La_n/Ce_n=0.88~1.43, Ce/Ce^*=0.71~1.18, V, Ni和Cu的含量则相对较高, 与洋中脊或远洋盆地硅质岩的相关值较为相近. 结合蛇绿岩带与硅质岩相伴生的基性熔岩特征分析, 古生代期间, 由二郎坪蛇绿岩代表的弧后洋盆于中奥陶世后盆地开始收缩规模逐渐变小的同时, 南秦岭区还处于伸展拉张状态, 并于早石炭世在勉略一线形成一个相对较开阔的洋盆.     

水-钠长石熔体相互作用实验研究

根据对含水钠长石玻璃的FTIR和Raman光谱研究, 认为水在钠长石熔体中的溶解作用同时存在两种机制: 一方面水与Al-O°-Al结构单元反应发生解聚作用并生成Q³ Al-OH, 造成FTIR及Raman光谱中4500和900 cm^-1谱峰的出现; 另一方面同时发生水中的H⁺与钠长石熔体中的Na⁺的置换作用. 在溶解初期, 水的溶解机制以生成Al-OH为主, 随着水含量的升高, H⁺与Na⁺之间的置换作用变得愈加重要. 水在钠长石熔体中的溶解作用可表示为: H₂O + 3NaAlSi₃O₈ = 2NaAl(OH)Si₃O_7.5 + HAlSi₃O₈ + NaOH.     

电离层起源的O+离子在同步高度区的分布

以卫星观测资料为基础, 应用动力论方程, 采用理论模型和数值分析方法, 研究了不同地磁活动条件下同步高度区O⁺离子的分布, 提出了O⁺离子密度和通量密度在同步高度区沿经度变化的半经验模型. 主要结果为: 在同步高度区(1) 向阳侧O⁺离子密度和通量密度较大, 背阳侧较小. (2) 地磁活动指数K_p越小, O⁺离子密度和通量密度水平及其沿经度的变化越小, K_p越大时水平及其变化越大; K_p≥6时O⁺离子密度和通量密度较K_p= 0时大一个量级. (3) 当K_p= 0或K_p≥6时, O⁺离子密度在经度120 °附近和240 °附近最大, 在磁尾最小; 当地磁活动指数K_p=3~5时, O⁺离子密度在经度0°处最大, 在磁尾最小; 无论K_p如何, O⁺离子通量密度都在经度120°附近和240°附近最大, 在磁尾最小.     

北京及周边地区雾形成的边界层特征

采用国家科学技术部“973”项目北京环境大气外场科学实验(BECAPEX)获得的大气边界层探测, 包括大气风廓线仪、系留气艇、铁塔边界层梯度观测及超声风速仪等探测、大气成分探测以及常规高空、地面和加密自动气象站(AWS)观测资料, 对2001年2月北京及周边罕见大雾过程进行综合分析.对大雾的形成、发展、持续等不同阶段边界层动力、热力特征及层结结构演变特征进行分析.结果表明: (ⅰ) 作为城市大雾的典型例子, 北京及周边此次持续大雾形成前期低空出现逆温, 城市及周边大气中烟尘污染物SO₂及NO₂在城市低空积聚. 起雾前, 随着SO₂及NO₂浓度的增加, 凝结度迅速增长; 大雾期间, 随着凝结度增长, SO₂及NO₂浓度反而下降. 表明城市大气污染物作为凝结核在低空堆积对触发凝雾起重要作用. (ⅱ) 采用铁塔上布设的梯度平均场观测仪器及超声脉动风速仪的脉动观测资料分析, 均得到起雾之前, 在边界层低层有强扰动信号出现. 即起雾前约10 h, 边界层低层平均及扰动动能均出现显著跃升.揭示起雾前低空风切变增大, 有利于湍流的激发.此强信号对指示起雾、监测和预测雾的发生、发展十分有意义. (ⅲ)雾一旦形成后, 雾的凝结反馈效应使逆温层在大气低空的中、上层产生抬升、维持与再建过程, 对城市雾的持续起重要作用.     

碱性介质中水钠锰矿的生成途径

水钠锰矿(birnessite)是表生作用中含锰矿物岩石风化和氧化较为常见的产物. 在碱性介质中, 以O₂氧化Mn(OH)₂合成单相水钠锰矿, 结合快速X射线衍射(XRD), 粉晶XRD, 透射电子显微镜(TEM), 电子衍射(ED), 能量色散X射线分析(EDAX), 红外光谱(IR), 化学组成分析等方法和相关氧化锰矿物的Eh-pH平衡关系对该反应过程和水钠锰矿的生成途径进行了研究. 结果表明: 在实验条件下, 该反应过程可分为四个阶段: (1) 黑锰矿(Mn₃O₄, hausmannite)和六方水锰矿(β-MnOOH, feitknechite)的形成阶段, (2) 黑锰矿和六方锰矿转化为布塞尔矿(buserite)阶段, (3) 布塞尔矿生长阶段, (4) 布塞尔矿转化成水钠锰矿阶段; 氧化过程中, 布塞尔矿按两种途径由中间产物溶解后重新结晶生成, 矿物转化受其表面溶解O₂浓度决定的Eh值控制. 实验结果可为进一步揭示水钠锰矿在碱性介质中的形成机制提供重要的理论依据, 对水钠锰矿的合成, 改性和在材料科学中的应用也具有实际意义.     

贡嘎山山地暗针叶林带森林土壤温室气体N2O和CH4排放研究

利用静态箱法对贡嘎山森林生态系统峨眉冷杉原始林、演替林以及峨眉冷杉采伐迹地土壤N₂O和CH₄排放通量进行了测定. 结果表明: (1) 各观测点土壤向大气释放N₂O, 土壤为大气N₂O的排放源, 而CH₄的排放通量均为负值, 土壤为大气CH₄的吸收汇, 各观测点N₂O年均排放通量的对比关系为峨眉冷杉(Abies fabri)原始林＞采伐迹地>演替林, CH₄年均吸收通量则表现为峨眉冷杉原始林＞演替林＞采伐迹地. (2) 各观测点N₂O排放通量具有明显的季节变化, 夏季7~8月以及春季2~3月土壤N₂O出现两次排放高峰, 冬季及春季3月中旬至4月N₂O排放量较低. 各观测点CH₄吸收强度的季节变化波动强烈, 规律不明显. 总的来说, 演替林和采伐迹地CH₄吸收通量均以5月中旬至7月下旬为最高, 其余时间较低, 而峨眉冷杉原始林到9月份CH₄吸收通量仍保持较高的数值. 与原始林相比, 演替林和采伐迹地的CH₄吸收能力要弱些, 且采伐迹地的CH₄吸收能力更弱, 森林砍伐降低了土壤对大气CH₄的吸收能力. (3) 峨眉冷杉原始林N₂O排放通量存在明显日变化规律, 且N₂O排放通量与气温(r = 0.95, n = 11, α ＜0.01 ) 和5 cm地温(r = 0.81, n = 11, α ＜0.01 ) 呈显著正相关. CH₄日变化规律不明显, 与气温、地温均无明显相关关系.     

慕士塔格夏季近地表大气CO2及H2O含量变化

对帕米尔高原慕士塔格地区海拔4500 m第四纪冰川作用区夏季近地表大气CO₂及H₂O的含量进行了连续两年的观测, 结果表明自6月底至8月中旬大气CO₂含量整体呈轻微的下降趋势, 下降幅度约5 μmol·mol^-1, 并且具有明显的日变化周期. 该区近地表大气CO₂日最高含量出现在当地时间2:30~5:30 am, 最低浓度发生于12:30~15:30 pm. 对比2002年与2003年的观测结果, 可以发现2002年夏季该区近地表大气CO₂日平均含量整体较2003年低5 μmol·mol^-1, 而且, 2002年CO₂含量日变化幅度更大. 考察大气H₂O与CO₂含量变化的关系, 发现二者有很好的负相关. 上述现象揭示慕士塔格第四纪冰川作用区近地表大气CO₂含量的变化不仅受植物光合作用的影响, 同时大气中H₂O的含量在控制CO₂含量方面起重要作用.     

太湖流域降雨和湖水酸根阴离子长期变化及其环境意义

为揭示太湖流域降雨和湖水酸根阴离子长期变化特征及环境意义,通过历史数据收集和采样分析,对太湖流域降雨和湖水中的SO₄^2-、NO₃^-变化特征和来源进行了研究.结果表明：自1990s以来太湖流域降雨中SO₄^2-呈显著下降趋势,年平均下降率为0.28 mg/（L·a）;NO₃^-浓度却呈显著上升趋势,年平均增长率为0.05 mg/（L·a）,降雨中氮污染呈现加重的趋势.与之相反,湖水中SO₄^2-呈显著上升趋势,年平均增长率为1.24 mg/（L·a）;NO₃^-浓度却呈显著下降趋势,年平均下降率为0.02 mg/（L·a）.30年以来,太湖水体SO₄^2-/NO₃^-比值不断升高,远高于降水SO₄^2-/NO₃^-比值.研究认为：流域SO₂排放引起的酸沉降是湖水SO₄^2-浓度增长的最重要原因,但氮氧化物排放并未引起湖水NO₃^-浓度升高,说明太湖流域对大气沉降的氮氧化物有滞留作用,而太湖水体是流域大气沉降硫酸盐的重要汇.综合治理太湖流域酸性物质排放对防止太湖水体酸化和治理富营养化都具有重要意义.     

海洋沉积磷的减少与冰期大气CO2降低的联系

从南海北部陆坡沉积物中提取的有关磷的环境与生物地球化学信息显示, 陆源磷对海洋的供应量是基本恒定的, 不同深度磷含量的变化是受气候和环境变化影响的结果. 根据沉积物中磷与碳酸钙、Cd含量随深度变化的趋势相反, 以及通过化学平衡计算得到的海水中CO₂与PO₄^3−的消长关系, 表明了海洋沉积磷的积累与大气CO₂的变化相关联, 沉积磷的积累量减少和碳酸钙含量增加, 可能是导致冰期大气CO₂浓度降低的一个关键性因素.     

川西鲜水河断裂带拉丁期放射虫、硅质岩及构造演化意义

鲜水河断裂带如年各组硅质岩中发现放射虫动物群, 包括Muelleritortis, Baumgartneria Oertlispongus, Paroertlispongus和Pseudoertlispongus等, 地质时代为中三叠世拉丁期. 硅质岩SiO₂的含量变化范围在71.16%~90.06%之间, Si/Al比值为49~71, 表明它们含有较高比例的陆源泥质沉积物; Al₂O₃/(Al₂O₃ + Fe₂O₃)比值为0.63~0.81, V < 23 μg/g, V/Y < 2.8, Ti/V > 26, 具有大陆边缘型硅质岩的特征; 大部分样品的稀土元素的Ce/Ce^*比值为1.02~1.47, La_N/Ce_N比值为0.75~1.07, 为大陆边缘型硅质岩, 仅1件样品的稀土元素具有大洋盆地硅质岩的特征. 浊积岩、放射虫硅质岩和玄武岩组合及硅质岩地球化学特征研究表明, 鲜水河断裂带在中三叠世拉丁期处于强烈裂陷阶段.     

CMAQ-MOS区域空气质量统计修正模型预报途径研究

通过分析2004年9月~2005年3月北京城市及远郊地区八个测点的大气污染观测资料, 揭示出城区尺度不同测点大气污染同步性与同位相时空变化特征, 并描述出采暖期与非采暖期大气污染物浓度存在源影响相关季节性显著差异, 城区与远郊测站大气污染物浓度亦表现出排放源影响相关显著的区域性特征, 即大气污染物浓度时空分布与排放源强度及其空间分布密切相关; 本文试验研究表明, 美国EPA新一代空气质量模式CMAQ对多类污染物不同尺度“面空间”分布及其变化倾向虽具有较强的预报能力, 但由于污染源时空特征十分复杂, 这是由于模式采用的平均源排放清单难以精细、客观描述预报区域不同尺度污染源强度的时空变化, CMAQ模式尚存在类似其他模式污染浓度预报量与实况相比明显偏低的“系统性”误差, 为了修正上述模式产品源排放清单产生的系统性预报偏差, 本文利用不同季节CMAQ模式产品与观测实况资料, 建立CMAQ-MOS区域空气质量统计修正预报模型, 并采用检验方法评估CMAQ-MOS方案预报能力, 提出采用CMAQ-MOS统计修正模型统计-动力相结合的空气质量预报新途径, 试验研究结果表明CMAQ-MOS方案可显著降低由于污染源影响不确定性产生的模式系统性预报误差, 明显提高了CMAQ模式空气质量预报水平, 本文亦提出了采用点-面结合预报思路, 即在大气污染具有同位相变化特征的“影响域”范围内, 用一个中心测点的CMAQ-MOS产品预报周边区域面上其他预报点的模式产品“再分析”场以及区域平均空气质量“面预报”方案.     

华南白垩纪玄武质岩石的地球化学特征及其对太平洋板块俯冲作用的制约

通过研究白垩纪中晚期华南(浙、闽、赣、湘、粤五省)断陷红盆地和火山-沉积盆地中发育的同时代(80~110 Ma)玄武质岩石, 发现以武夷山为界华南白垩纪盆地中出露的玄武质岩石具有不同的地球化学特征. 西区白垩纪盆地(武夷山以西, 包括醴临-攸县盆地、衡阳、长沙-平江盆地、南雄、赣州、吉安等盆地)中的玄武质岩石具有低K₂O(K₂O=0.44%~3.17%, K₂O/Na₂O= 0.13~0.99)、低碱(K₂O+Na₂O=3.27%~6.80%)、低Al₂O₃(13.08%~16.75%)、高MgO(5.13%~8.78%)、高TiO₂ (1.12%~3.35%)的特征; 而东区(武夷山以东, 包括江西广丰、浙江玄坛地、文成周墩、永嘉、新昌、象山和福建永泰盆地)的玄武质岩石则以高K₂O(K₂O=0.55%~4.86%, K₂O/Na₂O= 0.19~2.22)、高碱(K₂O+Na₂O=2.95%~7.05%)、高Al₂O₃(15.80%~21.10%)、低MgO(2.63%~6.28%)、低TiO₂(1.19%~1.86%)为特征. 西区玄武质岩石富集高场强元素Nb和Ta, 而东区玄武质岩石富集大离子亲石元素K, Rb, Ba和Th, 亏损高场强元素Nb和Ta等; 稀土总量和轻重稀土比值东区(ΣREE=79.68~327.61 μg/g, (La/Yb) _N=5.35~26.37) 高于西区(ΣREE=74.66 ~287.72 μg/g, (La/Yb) _N = 4.49~22.10), 而(Gd/Yb)_N则是西区(1.30~4.62)高于东区(0.80~1.77). 西区玄武质岩石的(87Sr/86Sr) _i (平均值为0.704679)低于东区(平均为0.707658), 而ε _Nd(t)(&#8722;1.81~8.00)则高于东区(&#8722;8.50 ~ &#8722;1.22). 鉴此, 西区玄武质岩石可能形成于陆内裂解的构造环境中, 与软流圈的上涌有关, 源区有富集地幔(EMⅡ)和亏损地幔(DM)两端员混合的特征. 而东区玄武质岩石的源区则为受到了与板片俯冲有关的流体/熔体交代的岩石圈地幔, 与古太平洋板块的俯冲作用有关. 表明晚中生代存在古太平洋板块向亚欧大陆的俯冲作用, 但是俯冲作用的影响范围可能只限于武夷山以东地区.     

近10 a中国对流层NO2的变化趋势、时空分布特征及其来源解析

利用卫星遥感资料, 分析了1997~2006年中国对流层NO₂的变化趋势和时空分布特征以及来源解析. 研究发现中国近10 a来对流层NO2垂直柱密度具有明显的增长趋势. 东部地区近10 a的NO₂垂直柱密度平均值(9.3×10¹⁵ molec/cm2)是西部地区(0.6×10¹⁵ molec/cm₂)的15倍, NO₂污染最严重的地区主要集中在京津冀、长江三角洲、珠江三角洲以及四川盆地等人口聚居和工业发达的地区, 与人口的分布有密切的关系. 由于气象因素、人居和自然环境等因素的差异, 东部和西部地区对流层NO₂浓度季节变化具有明显不同的特征, 东部地区在冬季浓度最高, 而西部地区在夏季达到极大值. 还分析了几个典型的超大城市对流层NO₂垂直柱密度变化趋势, 上海以每年~20%的增长速率呈线性上升趋势, 增长率最高. 卫星遥感同地面实测资料的比较和验证表明, 大城市对流层NO₂垂直柱密度与近地面的NO₂浓度呈现一致的变化趋势, 且与机动车保有量的变化有显著的相关性, 表明剧烈的人为工业和经济活动对对流层NO₂的来源有重要的贡献.     

60年来大气中二氧化碳浓度数据的趋势方程研究

通过讨论已有的60年来大气中CO₂浓度数据的分布状态,采用趋势分析方法,给出了具体趋势方程形式.与冰芯分析或观测数据对比结果表明,趋势方程曲线与已有数据基本符合,随后初步给出了2010年至2016年间大气中CO₂浓度预测值.     

中天山东段星星峡群变质泥质岩的地球化学特征及其对物源区和古风化作用的制约

中天山东段中元古代星星峡群变质泥质岩的常量元素、微量元素和稀土元素特征表明, 它们的Sr, Hf和Zr比后太古代页岩相对富集, 其他元素与NASC和PAAS特征相似. 星星峡群变质泥质岩Al₂O₃/TiO₂, Cr/Zr, Cr/Th和Th/Sc的比值和高Zr含量等表明源区物质以长英质岩石为主, 同时有少量铁镁质岩石的加入. REE配分模式表现轻、重稀土高度分馏特征, (La/Yb)_n的均值为18.6. 一些样品表现较小的负Eu异常(Eu/Eu* = 0.7~0.84), 表明物源中有不成熟的年轻弧物质的加入. 星星峡群变质泥质岩样品具有低的K₂O/Al₂O₃的比值, 表明源区物质中的碱性长石含量较低, 物源中斜长石和钾长石的比值为5:1, 在成分上相当于英云闪长岩和花岗闪长岩. 低CIA值和高ICV值特征指示星星峡群变质泥质岩的物源区古风化程度较低, 沉积物的成分成熟度低. 地球化学特征也表明样品沉积在大陆岛弧体系下的弧后盆地构造背景.     

山东沂沭地区幔源矿物中的流体和稀有气体地球化学研究

幔源物质中的流体和稀有气体是地幔信息的重要示踪剂. 利用热爆裂法和熔融法分别测试了山东沂沭地区新生代玄武岩中二辉橄榄岩包体的流体和稀有气体同位素组成, 结果表明, 其流体组成以CO₂、CO、H₂等为主, 三者约占流体总量的90%以上, 与中国东部其他地区幔源包体的研究结果类似; ³He/⁴He比值主要介于0.82~2.74 Ra, ⁴⁰Ar/³⁶Ar = 299.5~758.8, 均远低于大洋中脊玄武岩等典型上地幔样品值, 主要反映了大气和部分放射成因组分的影响. 沂沭地区幔源矿物的C/³He = (27.6~1050)×10⁹, N₂/Ar = 927~56612, N₂/³He= (2.5~27)×10⁹, 与受板块俯冲影响的美国西部、新西兰等地区幔源流体类似, 在多种综合图解上均位于地幔-地壳-大气源区之间, 反映大气和富有机组分的地壳物质的影响. 上述结果表明, 研究区幔源矿物流体和稀有气体同位素的组成可能反映了岩浆喷出过程或喷出后的变化, 也可能与古俯冲板块对该区陆下地幔的影响有关.