“大气污染防治行动计划”执行以来我国夏季大气OH浓度变化的数值模拟

OH自由基是对流层中主要的氧化剂，是大气氧化性的重要表征。文章利用GEOS-Chem模式量化了2014～2017年“大气污染防治行动计划”执行以来，人为排放和气象因素变化对中国夏季大气OH浓度变化的贡献。模拟结果表明，2014～2017年间夏季整个中国OH浓度呈现上升趋势，最大上升出现在30°N附近的华南地区。在华北平原地区，OH浓度也呈明显的上升趋势(0.1×10⁶ molecules cm^-3 a^-1)，而OH浓度比较高的珠江三角洲地区的OH变化趋势较小。敏感性试验结果表明，气象和人为排放变化都对2014～2017年华北平原OH浓度上升有促进作用，但人为排放的贡献(OH增加10.0%)远大于气象的贡献(OH增加1.5%);OH浓度变化最大的南方地区主要是气象条件控制。进一步对气象因素分析发现，影响全国OH变化最重要的气象要素是太阳短波辐射，决定了2014～2017年中国OH浓度增长趋势最大的区域。但在华北地区，2014～2017年短波辐射略微减少的影响被边界层高度明显降低带来的OH增加所抵消。     

150年来大气甲烷浓度的长期变化

应用作者建立的全球二维大气化学模式 ,采用 2种CH4 排放源的长期增长方案 ,同时考虑了CH4 排放源以及对OH自由基浓度有重要影响的CO和NOx 排放源的长期变化 ,模拟了CH4 和OH从 1840～ 2 0 2 0年的长期变化趋势。考虑了世界人口增长的排放源方案可以更好地模拟CH4 的长期变化 ,模拟结果表明 ,工业革命前的大气CH4 浓度和年排放总量分别为 76 0× 10 -9(V/V)和 2 80× 10 9kg ,1991年大气CH4 的浓度和年排放总量分别为16 11.9× 10 -9(V/V)和 5 33 .9× 10 9kg ,对流层OH自由基数浓度从 1840年的 7.17× 10 5分子数 /cm3 下降到 1991年的 5 .79× 10 5分子数 /cm3,降低了 19%。工业革命以来大气CH4 的增长一方面是由于CH4 排放源的增长 ,另一方面是由于大气OH浓度的下降。     

鼎湖山森林地区臭氧及其前体物的变化特征和分析

通过对鼎湖山森林地区近地面O3和NOx浓度、太阳辐射、气象参数等为期一年的观测和资料分析,给出了地面O3和NOx浓度、太阳辐射的变化规律及其相互之间的关系.地面O3、NOx、CO、SO2浓度以及紫外辐射、太阳总辐射等有明显的日变化和季节变化.不同因子对O3的敏感性试验结果表明,晴天和实际天气,O3浓度对NO、NO2浓度的变化最为敏感,其次是水汽、气溶胶,最后是紫外辐射.所有因子的变化均引起O3在湿季比干季更大的变化率,因此在研究臭氧化学和光化学时,应该考虑水汽以及OH自由基的重要作用.对于晴天和实际天气的逐时值和日平均值而言,O3浓度与NO2/NO之间存在很好的正相关关系,比值NO2/NO可以作为判断O3峰值出现的一个指标.O3极值的出现既受NO和NOx影响,也受气象因素(温湿度、云、风、雾、降雨)和辐射的影响.周末O3、NOx浓度及NO2/NO有规律的增大,表明实验地点的大气受到人为污染源的影响.     

近地面O3变化化学反应机理的数值研究

利用中尺度气象模式（MM5）及区域化学模式（RADM）对中国地区近地面O3变化化学反应机理进行了数值模拟研究。主要研究了近地面O3变化与其主要前体物NMHC（非甲烷烃）、NOx、CO等之间复杂相互作用关系。主要结论为:（1） 污染地区近地面O3变化主要受光化学作用控制;而清洁地区地面O3变化主要受大气背景O3浓度影响。（2）NMHC和NOx的变化对HO2和OH自由基的影响是十分复杂的,O3的反馈作用对自由基的影响是不可忽视的。（3）在高NOx污染地区的地面上空可能出现高O3污染。（4）在O3光化学反应机理中同样存在线性相关关系。     

大气中一氧化碳浓度变化的模拟研究

应用全球二维大气化学模式,模拟了CO、CH4和OH自由基等成分自工业革命到2020年的长期变化.模拟的全球CO平均体积分数在1840年、1991年和2020年分别为27×10-6、76×10-6和105×10-6.从1840到1991年,OH自由基数浓度从7.17×105个分子/cm3下降到5.79×105个分子/cm3,降低了19%.模拟的CH4长期变化与冰芯资料相符.模拟的20世纪80年代CO体积分数年增长率为1.03%～1.06%.大气中CO在20世纪90年代前是增长的,而到90年代初观测到CO体积分数突然下降.应用二维大气化学模式对此原因进行了模拟研究,结果表明,CO排放源的减少是CO体积分数下降的主要因子,平流层臭氧减少是另一个重要因子.尽管CO排放源的减少对大气CH4增长率的变化有较大影响,而CH4排放源减少对CO体积分数变化却几乎没有影响.     

多尺度空气质量模式系统及其验证Ⅱ.东亚地区对流层臭氧及其前体物模拟

利用一个多尺度空气质量模式系统对东亚地区2001年春季对流层臭氧及其前体物的输送与演变过程进行了模拟.为了检验模式系统模拟臭氧演变过程的能力,将模拟的臭氧浓度及其与之紧密相关的化学物种浓度,如OH自由基、HO2自由基、一氧化氮、二氧化氮、一氧化碳、乙烷和乙烯,与TRACE-P期间两架飞机在西北太平洋上空获取的大量观测资料进行了比较.比较结果表明,模拟值的平均值与相应的观测值具有相当好的一致性,且绝大多数模拟值在相应观测值的2倍范围之内;模拟的化学物种浓度的时空分布与观测结果基本相符;模式系统对于非甲烷烃中不同化学物种的输送与转化过程的处理是基本合理的,反映了光化学生成和平流层输送等过程对对流层臭氧浓度分布的影响.     

大气中痕量有机胺测量方法的研究进展

作为大气中最重要的含氮有机化合物,有机胺易与硫酸、硝酸气体生成胺盐,促进新颗粒的形成,同时也可与臭氧、OH自由基、NO₃自由基发生氧化反应,是二次气溶胶的前体物.综述了国内外关于大气有机胺检测技术的研究进展,对常规的离线检测技术和在线质谱技术进行了介绍和对比,重点介绍了质谱法工作原理以及测定大气有机胺的优越性,并对其未来发展进行了展望.     

多尺度空气质量模式系统及其验证 II.东亚地区对流层臭氧及其前体物模拟

利用一个多尺度空气质量模式系统对东亚地区2001年春季对流层臭氧及其前体物的输送与演变过程进行了模拟。为了检验模式系统模拟臭氧演变过程的能力,将模拟的臭氧浓度及其与之紧密相关的化学物种浓度,如OH自由基、HO2自由基、一氧化氮、二氧化氮、一氧化碳、乙烷和乙烯,与TRACE-P期间两架飞机在西北太平洋上空获取的大量观测资料进行了比较。比较结果表明,模拟值的平均值与相应的观测值具有相当好的一致性,且绝大多数模拟值在相应观测值的2倍范围之内;模拟的化学物种浓度的时空分布与观测结果基本相符;模式系统对于非甲烷烃中不同化学物种的输送与转化过程的处理是基本合理的,反映了光化学生成和平流层输送等过程对对流层臭氧浓度分布的影响。     

1992年大气甲烷增长速率异常 下降的模拟研究

应用初步建立的全球二维大气化学模式,模拟了甲烷、一氧化碳和OH自由基自工业革命以来的长期变化,对1992年大气中甲烷增长速率突然下降这一异常现象的可能原因如平流层O3下降,皮纳图博火山引起对流层温度下降、甲烷排放源减少等逐一进行了定量研究。研究还发现一氧化碳排放源的减少是另一重要影响因子,并进行了验证。结果表明,1992年甲烷增长速率急剧下降的主要原因来自甲烷和一氧化碳排放源的减少。     

大气甲烷浓度长期变化及未来趋势

应用初步建立的全球二维大气化学模式,对工业革命以来甲烷的长期变化进行了模拟研究。模式将CH4、CO和NOx排放源方案进行了参数化。在考虑了CH4排放源以及对OH浓度有重要影响的CO和NOx排放源的长期变化的基础上,模拟了CH4和OH浓度自1840年到20世纪90年代的长期变化趋势。结果表明,工业革命前的大气甲烷体积分数和年排放总量分别为760×10-9和280Tg,1991年大气甲烷的体积分数和年排放总量分别为1611.9×10-9和533.9Tg。而对流层中OH的数密度则由1840年的7.17×105cm-3变化到1991年的5.79×105cm-3,下降了19%。如果CH4、CO及NOx这三种排放源继续按给定的方案增长,那么到2020年大气甲烷的体积分数和年排放总量将增加为2090.7×10-9和966.2Tg,而OH的数密度将为5.47×105cm-3,比1840年降低24%。     

南北极区冬春季节大气平流层CO次峰现象

ACE-FTS（加拿大“大气化学实验”的傅里叶变换光谱仪）和Aura-MLS（美国Aura卫星的微波临边探测器）卫星CO观测资料的分析结果显示,南北半球极区大气平流层中部,于当地冬末春初季节存在明显的CO浓度垂直分布次峰值现象。应用观测密度较大、范围覆盖较广的Aura-MLS卫星资料,通过对冬春季节极区CO浓度的季节内变化进行分析后发现,冬季来自大气中间层富含CO的空气能够逐渐下沉并进入到平流层中部,在冬末春初时节,平流层上部的CO浓度快速下降,而平流层中部的CO浓度变化则较慢,从而使大气平流层中CO浓度呈现悬球状的空间分布结构,卫星观测廓线资料分析结果则呈现出次峰值现象。相应的同化气象数据MERRA的风场资料和Aura-MLS卫星观测OH资料分析结果表明,垂直输送的减弱、水平交换的加强和OH浓度的回升可能是导致平流层上部CO浓度快速减少的原因,而在平流层中部极低的OH浓度以及极弱的水平交换使CO保持较长的化学寿命,并使这一现象得以从晚冬维持到春季。     

南北极区冬春季节大气平流层CO次峰现象

ACE-FTS(加拿大"大气化学实验"的傅里叶变换光谱仪)和Aura-MLS(美国Aura卫星的微波临边探测器)卫星CO观测资料的分析结果显示,南北半球极区大气平流层中部,于当地冬末春初季节存在明显的CO浓度垂直分布次峰值现象。应用观测密度较大、范围覆盖较广的Aura-MLS卫星资料,通过对冬春季节极区CO浓度的季节内变化进行分析后发现,冬季来自大气中间层富含CO的空气能够逐渐下沉并进入到平流层中部,在冬末春初时节,平流层上部的CO浓度快速下降,而平流层中部的CO浓度变化则较慢,从而使大气平流层中CO浓度呈现悬球状的空间分布结构,卫星观测廓线资料分析结果则呈现出次峰值现象。相应的同化气象数据MERRA的风场资料和Aura-MLS卫星观测OH资料分析结果表明,垂直输送的减弱、水平交换的加强和OH浓度的回升可能是导致平流层上部CO浓度快速减少的原因,而在平流层中部极低的OH浓度以及极弱的水平交换使CO保持较长的化学寿命,并使这一现象得以从晚冬维持到春季。     

近地层O3和CO2浓度变化对冬小麦影响的数值模拟：Ⅱ模拟结果和分析

针对CO2和O3浓度变化对冬小麦影响,改进了农田生态系统碳氮生物化学模型(DNDC),并利用模型模拟了O3和CO2浓度变化对冬小麦生长发育和产量的影响,检验了模型的模拟效果.通过对原DNDC模型适用性的调整,使之适用于固城站,为进一步改进作物模型打下了可靠的基础.通过试验资料验证表明,模型较好地反映了O3和CO2浓度变化对冬小麦生长发育和产量形成的影响.通过敏感性分析得出,模型对温度变化反映灵敏;在CO2浓度倍增情况下,O3浓度变化对冬小麦的复合影响分析看出,一定浓度范围内,CO2可缓解O3对作物影响的负效应,O3对CO2带来的正效应有削弱作用.     

北京市1998～2001年大气气溶胶粒子数浓度分析

通过对北京市1998～2001年气溶胶数浓度的测量,分析了气溶胶粒子谱分布和数浓度变化,揭示了北京市气溶胶数浓度特征及其变化规律,同时还分析了沙尘与北京市气溶胶数浓度的联系.研究表明,北京市气溶胶数浓度自1998年逐年减小,2001年6月开始有所增加,气溶胶数浓度日变化特征同20世纪80年代有较大差异,北京市气溶胶变化与沙尘天气密切相关     

近地层大气臭氧对作物光合作用影响的数值模拟研究

近地层O3浓度增加对作物光合产生不利影响,因此,利用TE-49C型臭氧自动观测仪对常熟农田上方O3浓度进行了逐时测定,同时利用OTC-1型农田开顶式气室,测定了不同O3浓度对冬小麦叶片光合作用的影响.在此基础上,首次建立了O3对冬小麦光合作用影响的数值机理模式,模式分辨率达到瞬时时间尺度,空间积分采用Ross方案,具有较高分辨率和准确度.对O3浓度观测表明:O3浓度逐时值变化在0～160×10-9之间,相比之下日平均值变化较小,仅在5×10-9～60×10-9之内;长江中下游地区农田上方O3存在三种典型日变化形式:高浓度单峰型、高浓度多峰型和低浓度平缓型.数值分析表明:全晴天状况下高浓度单峰型对光合作用日总量影响最大.数值敏感分析表明:O3浓度和辐射同步变化时,随着日总辐射量的加大,臭氧浓度增加对光合作用的影响程度逐渐加强.全生育期积分表明:水肥适宜时,由于O3影响冬小麦光合总损失量约为9.22%.     

北京冬季低层大气O3垂直分布观测结果的研究

给出了2001年2月26～28日在北京市方庄小区用系留气艇观测大气边界层O3垂直分布的结果.结合相关资料,对边界层O3的变化机制进行了初步分析.研究表明,冬季边界层O3主要受边界层气象条件、尤其是逆温层的影响比较大.在逆温层以下O3都维持极低值分布,超过仪器所能观测的最低极限.在逆温层向自由大气过渡的高度区域,O3浓度明显的梯度变化与风速垂直切变有关.观测还表明冬季城市市区大量排放的氮氧化物、水汽参与的化学反应是影响边界层O3变化的重要因素.     

南京地区大气颗粒物影响近地面臭氧的个例研究

通过对2008年4月2～7日南京地区地面气象观测数据以及两个站点空气质量(O₃、NO_x、PM10)监测资料的分析, 发现O₃和PM10之间存在一定程度的反相关。利用一个光化学箱模式对该个例中大气颗粒物影响近地面臭氧的过程进行模拟, 结果发现大气颗粒物浓度的升高使得气溶胶光学厚度增加20％～40%, 导致NO₂和O₃近地面光解率下降20%～30%, OH和HO₂自由基浓度分别减少20%～50%, 造成O₃净生成率下降30%～40%。研究表明, 颗粒物对光化学过程的抑制造成了大气氧化能力的降低, 是近地面臭氧浓度减少的可能原因。     

2003年秋季西安大气中黑碳气溶胶的演化特征及其来源解析

2003年9～11月在西安站点通过黑碳测量仪(Aethlometer)获得了大气细粒子中每5 min的黑碳气溶胶(BC)浓度,这些实时的BC浓度经过元素碳校对后,日平均浓度为10.2±5.8μg·m-3,其变化范围为1.8～27.5μg·m-3.BC浓度与污染指数(API)的变化具有良好的一致性(相关系数为0.64),表明BC是大气颗粒物污染的一个重要贡献.正常天气下,BC小时平均浓度呈三峰分布,这与机动车污染、居民活动和农村秸秆燃烧等来源相关联.通过降水天气下BC的浓度分布和BC浓度频次分布法,获得了西安大气中BC的本底浓度为4.5μg·m-3,以此估算了西安大气BC中不同来源的相对贡献,其中周边源对BC的贡献超过了1/3.这表明了该季节内城市周边农村秸秆燃烧对城市空气质量的显著贡献,需要进一步严格控制.     

银川市主要污染物变化特征及其关系研究

利用2013-2019年银川市主要污染物浓度数据,分析了近年来银川市主要污染物浓度变化特征,并运用主成分分析法对主要污染物之间的关系进行研究。结果表明：近年来银川市主要污染物浓度除O₃逐年呈上升趋势外,其他均呈下降趋势;市区站O₃浓度较郊区背景站低,其他污染物市区较郊区背景站高;市区站PM₁₀和PM_2.5浓度超国家二级标准;除O₃浓度夏季高,冬季低外,其他污染物冬季高,夏季低;CO、NO₂、PM₁₀、PM_2.5浓度呈"双峰型"日变化特征,O₃和SO₂呈"单峰型"日变化特征。银川市主要污染物NO₂浓度与CO和O₃相关性显著,PM₁₀和PM_2.5之间相关性显著;污染物第一主成分是NO₂、CO和O₃,方差贡献率达到50%以上,加之银川市O₃浓度逐年呈升高趋势,表明近年来银川市大气光化学污染增加。     

山岳型景区空气负离子浓度分布特征及其与气象要素相关性研究综述

近年来,随着生态旅游的日益兴起,作为生态保健旅游资源的空气负离子越来越受到人们的关注。本文重点分析了近十年来山岳型景区空气负离子浓度分布特征及其与气象要素相关性研究进展。研究表明:山岳型景区空气负离子浓度具有明显的日变化和季变化,空间变化也有一定规律。空气负离子浓度变化与风速、空气温度、相对湿度、太阳辐射、天气现象等气象要素有较大相关性。但由于监测资料来源不一,观测资料时间不一,样本量不一等因素,负离子浓度变化特征及其与气象要素相关性的研究结论并不完全一致。今后,应逐步规范空气负离子监测仪器,确保监测数据的可靠性,同时应利用多年连续观测资料开展空气负离子浓度分布与气象要素相关性研究,为空气负氧离子浓度预报的开展提供理论依据。