青岛近海海域气溶胶干沉降通量模拟研究I-Williams干沉降模型中潮湿粒子增长效应的改进

为了计算青岛近海海域气溶胶粒子的干沉降通量，运用Gerber提出的湿度公式改进了Williams干沉降模型中湿度计算方法，使模型具有更加广泛的使用范围。利用改进后的模型讨论了湿度、风速、水气温差、破碎表面的转移系数和横向转移系数对不同粒径气溶胶粒子干沉降速率的影响。计算了不同粒径粒子的干沉降速率，并与干沉降速率的文献报道进行了比较。结果显示：改进的模型更适合于估算实际区域的气溶胶干沉降通量，可用于青岛近海干沉降通量的研究。     

青岛近海海域气溶胶干沉降通量模拟Ⅱ--几种微量金属的干沉降通量研究

了解元素的地球化学特征,运用改进了湿度计算方法的Williams干沉降模型和同步观测的气象数据,计算了不同粒径气溶胶粒子在青岛海区海水表面的干沉降速率,并结合实验测定的Al,Fe,Mn,Cu,Pb,Zn6种金属元素的平均浓度,估算了它们从2001年5月~2002年4月在仰口(1#)、八关山(2#)和沧口(3#)3个采样点的每月和全年干沉降通量。结果显示,地壳元素Al,Fe,Mn在春、冬季对海域的输入量较大,而人为元素Cu,Pb,Zn则在秋、冬季较高。总悬浮颗粒物和这6种金属元素的干沉降通量在空间上的分布特征为:3#>2#>1#。PM10(空气动力学粒径<10μm的颗粒)颗粒物的干沉降通量远低于TSP(总悬浮颗粒物),仅占TSP干沉降通量的6.6%。PM10与TSP中6种金属元素的浓度比和干沉降通量比表明,Cu,Pb,Zn更容易分布在PM10颗粒物上。除Pb外,PM10及PM10颗粒物中Al,Fe,Mn,Cu,Zn干沉降通量的月际变化和TSP基本一致。     

台湾海峡海表气溶胶干沉降通量研究

在已改进的Williams模型中,应用GW03海表动力学粗糙度参数化方案,考虑波浪对干沉降速率的影响,结合卫星资料和再分析资料,计算了台湾海峡海表气溶胶干沉降速率,并利用2006～2007年走航观测结果计算了台湾海峡总悬浮颗粒物的入海通量.其结果表明：台湾海峡海表气溶胶干沉降速率及总悬浮颗粒物干沉降通量具有明显的时空变化特征.台湾海峡海表气溶胶干沉降速率范围为5.83～6.17 cm/s,平均值为6.00 cm/s.其中冬季气溶胶干沉降速率最大,平均值为6.08 cm/s;夏季气溶胶干沉降速率最小,平均值为5.85 cm/s.台湾海峡气溶胶总悬浮颗粒物的干沉降通量也呈现出冬季的高[均值为7.31μg/（m2.s）],夏季的低[均值为2.23μg/（m2.s）]的特征.从空间分布上看,台湾海峡海表气溶胶干沉降速率出现1个高值中心,位于台湾海峡北部海域.总悬浮颗粒物干沉降通量出现2个高值中心和1个低值中心,分别位于台湾海峡北部海域、汕头至厦门海域和南海中北部海域.     

青岛近海地区SO2和SO42-干沉降速率的季节变化

用小麦岛和团岛观测站提供的青岛近海气象和水温资料,以适于SO2气体和硫酸盐(SO42-)气溶胶的干沉降模型研究了模型中的输送阻尼对两种污染物质干沉降速率的贡献,并计算了2003年青岛近海地区两种污染物质干沉降速率的季节变化。结果表明:对SO2而言,粘性副层传输系数对沉降速率的贡献大于空气动力学传输系数;对于SO42-,空气动力学传输系数对沉降速率的贡献要大于表面传输系数。SO2和SO42-的干沉降速率变化范围分别为0.187~0.868cm/s和0.188~0.532cm/s。两种污染物质干沉降速率的四季变化有相似的规律,即冬季>秋季>春季>夏季。     

利用卫星数据反演中国近海气溶胶浓度及干沉降通量

利用Aqua卫星MODIS光谱成像仪遥感的气溶胶光学厚度(AOD)资料,结合CALIPSO卫星给出的气溶胶消光系数和相对湿度垂直剖面数据,反演了中国近海低层大气气溶胶浓度,并依据水面干沉降模型估算中国近海气溶胶干沉降通量的时空分布,提出了一种订正AOD的方法;使用中国沿海城市气溶胶浓度监测值,在渤海、黄海、东海和南海4个海区拟合得到了4组AOD与PM10质量浓度的线性关系;反演了2014年3月—2015年2月中国近海气溶胶浓度。结果显示,中国近海气溶胶浓度全年均值为38.15μg/m3,渤海比南海高约149%,沿岸海域高出远海约30%,冬春月份高于夏秋月份约3.7%;气溶胶干沉降通量年均值为0.028g·m-2·d-1,同样表现出北部海域高于南部海域、冬春季高于夏秋季的分布趋势。     

含氮气体在海盐表面的非均相反应对中国近海大气氮干沉降的影响

通过改进WRF-CMAQ大气化学传输模型的非均相反应模块,模拟了2014年春季(4月28日～5月18日)中国东部沿海和近海海域大气中含氮物质的浓度和干沉降通量,分析了含氮气体在海盐表面的非均相反应过程对含氮物质浓度、相态分配和干沉降通量的贡献。模拟结果表明,海盐表面含氮气体的非均相反应使得渤海、黄海、东海等近海海域大气中NO_2、N_2O_5、HNO_3气体向粗颗粒NO~-_3(NO~-_(3coarse))转化,模拟期间三种气体平均浓度分别降低了0.4%～5.2%、4.7%～18.2%和9.2%～15.6%,NO~-_(3coarse)平均浓度增加了25.3%～35.1%;受含氮物质相态变化的影响,总无机氮日均干沉降通量在渤黄东海大气中增加了1.5%～3.7%,其中NO~-_(3coarse)日均干沉降通量增加27.6%～52.4%,而HNO_3和N_2O_5气体日均干沉降通量分别减少9.6%～16.0%和12.3%～23.9%。污染天气条件下,总无机氮干沉降受非均相反应的影响较干洁天气更加显著,渤海、黄海、东海总无机氮日均干沉降通量可提高4.2%～17.1%,分别为干洁天气条件下的2.3、2.9和1.9倍。     

大气气溶胶干沉降对海域微量金属输入的研究现状

对国内外学者近年来在大气干沉降对海域微量金属输入方面的研究工作做了较为系统的综述 :包括样品采集、分析、干沉降通量估算和污染物来源识别。重点讨论了常用分析方法的优缺点以及它们在气溶胶物理、化学性质研究中的应用和已取得的成果 ,旨在为气溶胶分析方法的选择提供参考。     

西北太平洋及中国东部近海秋季海洋气溶胶分布特征

2015年9月,分两个航次同时对西北太平洋及中国东部近海上空海洋气溶胶进行采集.对样品中的Na~+、K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Cl~-、NH~+_4、NO~-_3、SO~(2-)_4、甲基磺酸(MSA)等9种组分进行了分析,结合数理统计方法探究两个海域上空海洋气溶胶的来源.结果表明西北太平洋及中国东部近海海域气溶胶来源具有显著差异,西北太平洋海域气溶胶以海盐来源为主,中国东部近海海域则受陆源气溶胶影响较大,K~+、Ca~(2+)及二次气溶胶含量明显高于西北太平洋;此外,中国东部近海海域气溶胶中MSA含量平均值高于西北太平洋.本研究还估算了NH~+_4、NO~-_3、SO~(2-)_4在两个海域的干沉降通量,中国东部近海营养盐气溶胶干沉降通量远大于西北太平洋,营养盐的输入有利于海洋初级生产力的提高,也会促进生物来源气溶胶的产生.     

中国东部海域大气气溶胶入海通量的研究

根据中国东部海域气溶胶浓度及分级采样资料,计算得出黄海、东海及日本以南海域沙尘气溶胶的代表元素铝(Al)每月干沉降通量分别为42.8、18.3、5.2mg/m2;其中各海域春季的干沉降通量均占全年干沉降通量的40%以上.相应每月总沉降通量分别为54.1、29.8、10.5mg/m2.渤海、黄海、东海及日本以南海域每年沙尘气溶胶总沉降通量分别为26.4、9.3、5.1、1.8g/m2.东海污染元素总沉降通量以春季最大,夏、秋季次之,冬季最小.日本以南海域锑(Sb)元素总沉降通量的季节分布为冬季最大,夏、秋季次之,秋季最小;硒(Se)元素总沉降通量的最大值出现在夏季,其他季节分布比较均匀.     

青岛夏季不同天气下气溶胶中无机氮磷的浓度及沉降研究

本文于2011年8月连续采集了青岛近岸大气气溶胶TSP(总悬浮颗粒物)样品,运用离子色谱法(IC)测定了可溶性无机氮磷组分的浓度,并估算了其干沉降通量,分析了天气过程对无机氮磷浓度的影响,讨论了大气干沉降对黄海初级生产力的影响。结果表明,夏季青岛沿海地区气溶胶颗粒物、NH+4-N、NO-3-N的平均浓度分别为139.96、9.70、3.08μg/m3,NO-2-N和PO3-4浓度很低,分别在0.15和1.00μg/m3以下;NH+4-N含量约为NO-3-N的3倍,二者之和占总无机氮的99%以上。天气过程显著影响颗粒物及无机氮的浓度和组成,雾天时,颗粒物、NH+4-N、NO-3-N的浓度分别升高到晴天时的1.48、1.98和2.21倍,大风天气下分别为晴天时的1.85、2.84和4.50倍;降雨对气溶胶存在明显的清除作用,对颗粒物和无机氮的清除率分别为7.70%~32.97%和54.16%~64.49%。气象要素和气团来源、路径对气溶胶浓度和组成的影响也十分显著。颗粒态无机氮磷的沉降通量分别为0.55和96.14μg/(m2·d),输入黄海后可产生94.51~138.30mg/(m2·month)的新生产力,对总初级生产力的贡献不大,但特殊天气下大气干沉降引起的新生产力可以在短时间内迅速增加。颗粒态无机氮磷的沉降通量之比为13.7,沉降后不会使黄海磷限制的营养盐结构产生明显变化。     

黄海夏季水域沉降颗粒物垂直通量的研究

20 0 2年 8月 ,沿穿过黄海冷水团的青岛至济州岛断面 ,在 4个站位放置沉积物捕获器采集沉降颗粒物。镜检发现无机颗粒物、生物粪球以及混杂聚合体是本断面沉降颗粒物主要类型。测定结果显示沉降颗粒物中的颗粒有机碳 (POC)、颗粒有机氮 (PON)、颗粒碳 (PC)、颗粒氮 (PN)和颗粒磷 (PP)的百分含量均呈现从表层到底层逐渐下降的趋势。采用两个改进的模型对底层颗粒物再悬浮比率进行了计算 ,显示黄海海域夏季底层沉降颗粒物再悬浮比率为 90 %— 96%,表明底层沉降颗粒物主要来源于沉积物的再悬浮。两模型所得结果一致 ,证明用温跃层底部颗粒物沉降通量代表水体中颗粒物净沉降通量的假设是合理的。水体中颗粒物、POC及PON的净沉降通量 (±SE)分别为 ( 1 2 65± 3 5 5 )g/(m2 ·d)、( 0 2 9± 0 0 4 )g/(m2 ·d)和( 0 0 6± 0 0 1 )g/(m2 ·d)。     

近20年中国近海和海岸带大气黑碳干湿沉降及源解析

作为一种在大气中普遍存在的碳质气溶胶成分,黑碳因可对生态环境产生深远影响而备受关注。对海洋大气黑碳沉降的深入认识有助于进一步明确海洋碳循环过程。目前对中国近海和海岸带大气黑碳沉降的研究工作少且零散,相关研究数据不足以探求其规律。对该区域近20年来已报道的大气黑碳数据进行系统梳理和再分析,利用整合的数据集成估算沉降通量并分析其空间分布特征,最后评述了目前黑碳的源解析方法并评估了该区域大气黑碳的来源,对未来近海大气黑碳研究作了展望。结果表明:(1)中国近海和海岸带陆域大气黑碳浓度平均值分别约为1.95±1.28和5.05±2.62μg·m–3,具有显著的人为污染特征,由北向南,海岸带陆域黑碳浓度近似呈“V”形分布,最低值位于南黄海沿岸,而近海区则大致呈递减趋势;(2)中国近海和沿海陆域大气黑碳的总沉降通量分别为413.2±137.1和1422.7±721.1 mg·m^-2·a^-1,以湿沉降为主,南北差异明显,主要受控于降水过程和陆源排放强度;我国近海黑碳大气沉降量可占全球海洋黑碳总沉降量的16%;(3)化石燃料源贡献了中国海岸带大气黑碳总排放量的...     

青岛陆上观测点的气溶胶光学厚度特征分析及与渤海气溶胶光学厚度的比较

阐述了气溶胶散射对太阳光衰减的影响和对观测数据的统计分析.作者使用手持式五波段太阳光度计和臭氧监测仪对青岛崂山区陆域和渤海海域的大气衰减进行了较长时间的观测.分析表明,对可见光和近红外波段电磁渡的大气衰减贡献最大的是气溶胶散射,气溶胶散射的光学厚度随波长的增大而减小,但是它在大气总光学厚度中占的比例随波长的增大而增加.在青岛崂山区冬季,对应于440nm波长的气溶胶散射光学厚度主要分布在0.4～0.6和1.5～1.6区间,浑浊度系数α主要分布在0.15～0.45区间,埃斯特朗指数β主要分布在1.0～1.4区间.从时间上看,α和β在1d内的变化不大,但逐日变化非常显著.与晴天相比,青岛崂山区冬季雾天的气溶胶散射光学厚度增加了大约一倍,较大的浑浊度系数和较小的埃斯特朗指数表明,雾天的大气具有气溶胶散射的光学厚度大、粒子浓度大和粒径尺度大的特点.通过与海上观测数据的比较可见,青岛崂山区陆地冬季在雾天时的气溶胶分布与渤海夏季时相似,青岛崂山区陆地冬季在晴天无云时的气溶胶分布与渤海秋季时相似.     

白浪法在南海飞沫气溶胶通量计算中的应用和修正

白浪覆盖率法(白浪法)是被广泛应用的计算气溶胶粒子通量的方法,但是公式本身还存在一些问题,且其在低纬度海域的应用情况还未见报道。本文利用2012年8月25日—10月12日在中国南海走航实验观测的气溶胶粒子浓度数据,对Monahan等的白浪覆盖率-风速的公式进行了修正,并利用最小二乘法推导出单位白浪面积上次微米气溶胶产生通量与风速的关系。对半径小于0.3μm的粒子,通量的分布符合对数正态分布,通量的对数与风速呈幂函数关系。与高纬度海域的研究相比,中国南海飞沫气溶胶粒子的排放通量特征表现为较小粒子(r800.2μm)较其他海域偏高,而较大粒子略偏低。当风速在7~13m·s-1时,用新的源函数计算的通量与观测值保持较高的一致性。     

南沙群岛海域夏季沉降颗粒的垂直通量

根据1999年7月航次在南沙群岛海域现场投放沉积物捕获器所取得的样品及分析结果，计算了南沙群岛海域夏季沉降颗粒的垂直通量、沉降颗粒中有机碳、总磷、有机磷的垂直通量，以及沉降颗粒中有机碳的百分含量，通过与南海其它海区及南沙群岛海域不同季节的沉降颗粒垂直通量作比较，认为南沙群岛海域沉降颗粒的垂直通量具有区域性和季节性的特点。     

黄河口埕岛海域悬浮沉积物沉降规律原位观测

运用时间序列沉积物捕获器,原位捕获了黄河口埕岛海域某观测点的沉降沉积物,并结合同步的波浪、海流、水深等水动力参数观测以及后续土样粒径分析等研究手段,计算了沉降通量,推断了沉降沉积物的来源,并结合理论计算探讨了悬浮沉积物沉降过程的影响因素以及沉降量在再悬浮量中所占的比例。研究结果表明:黄河口埕岛海域的悬浮沉积物沉降通量约为120~280g·m~(-2)·d~(-1),与该海域的再悬浮通量有着很好的正相关关系,推测很可能主要来源于海底沉积物的再悬浮;在该海域,即使过剩剪切力持续大于0,悬浮沉积物仍然会发生沉降,并且可以大于过剩剪切力小于0时的沉降量,推测与该地区粉质土海床的液化特性有关;再悬浮沉积物大约有5%发生原位沉降,绝大部分沉积物保持悬浮或者被输运至异地,这与该地区海底遭受强烈侵蚀的现象相一致。     

黄河口埕岛海域悬浮沉积物沉降规律原位观测北大核心CSCD

运用时间序列沉积物捕获器,原位捕获了黄河口埕岛海域某观测点的沉降沉积物,并结合同步的波浪、海流、水深等水动力参数观测以及后续土样粒径分析等研究手段,计算了沉降通量,推断了沉降沉积物的来源,并结合理论计算探讨了悬浮沉积物沉降过程的影响因素以及沉降量在再悬浮量中所占的比例。研究结果表明:黄河口埕岛海域的悬浮沉积物沉降通量约为120~280g·m^(-2)·d^(-1),与该海域的再悬浮通量有着很好的正相关关系,推测很可能主要来源于海底沉积物的再悬浮;在该海域,即使过剩剪切力持续大于0,悬浮沉积物仍然会发生沉降,并且可以大于过剩剪切力小于0时的沉降量,推测与该地区粉质土海床的液化特性有关;再悬浮沉积物大约有5%发生原位沉降,绝大部分沉积物保持悬浮或者被输运至异地,这与该地区海底遭受强烈侵蚀的现象相一致。     

柱状珊瑚砂静水沉降试验研究

沉降速度是珊瑚砂的一个重要物理参数。由于柱状珊瑚砂与其他形状的珊瑚砂有着明显的差异,套用现有珊瑚砂的沉速公式进行计算并不合适。本文选取柱状珊瑚砂进行单颗粒沉降试验,研究静水中柱状珊瑚砂沉降速度及其影响因素,通过讨论分析不同的等效粒径和形状系数对柱状珊瑚砂沉降速度的影响,发现柱状珊瑚砂的沉降速度与等容粒径和Corey形状系数密切相关,基于本文试验数据推求了适用于计算柱状珊瑚砂沉降速度的经验公式,丰富了海岸泥沙理论。     

厦门近岸210Po和210Pb的大气沉降通量

为揭示中国东南沿海地区210Po和210Pb的大气沉降时空变化特征，探讨该地区气溶胶的停留时间，于2013年1月至2014年12月对厦门地区210Po和210Pb的大气沉降通量进行了时间序列研究。结果发现，210Po和210Pb的平均日沉降通量分别为（65.38±4.79） mBq/（m2·d）（n=54）和（0.78±0.09） Bq/（m2·d）（n=54），表现出明显的周年变化。东北季风期间，210Po和210Pb的沉降通量较高，而西南季风期间其通量较低。2013年和2014年，210Po的年沉降通量分别为19.29 Bq/（m2·a）和9.25 Bq/（m2·a），210Pb的年沉降通量分别为159.2 Bq/（m2·a）和189.6 Bq/（m2·a）。两核素的年沉降通量表现出不同程度的年际差异。210Po与210Pb沉降通量之间存在显著的线性正相关关系，揭示了大气中210Po和210Pb具有相同的迁出机制，降雨和大气中核素含量是影响210Po和210Pb沉降通量的主要因素。该研究结果可以为探求台湾海峡海水中210Po与210Pb的收支平衡提供大气来源项。     

青岛市7Be, 210Pb 和210Po大气沉降通量的测定

运用本实验室建立的大气沉降中7Be,210Pb的γ谱分析方法和210Po的α谱分析方法,测定了青岛大气沉降通量.结果表明,青岛市2002年4～11月大气沉降的7Be和210Pb通量平均为1.67和0.32 Bq/(m2·d);2004年5～9月7Be,210Pb和210Po通量平均值为2.15,0.51和0.083 Bq/(m2·d).