北京秋季地面O3的一维模式模拟研究

用一维光化学模式,基本模拟出静稳天气条件下2001年9月9日北京几个主要大气污染物种:O3、NO、NO2、CO以及SO2的日变化特点,并解释了影响O3及NO、NO2、CO和SO2日变化的控制因子作用。初步分析认为,地面O3对非甲烷碳氢化合物(NMHC)的变化很敏感。NMHC的增加或减少,将会造成O3的明显改变。造成9月9日夜间20:00~23:00一次污染物NO、CO和SO2浓度急剧升高的原因是由于夜间大气层结稳定情况下,大气的垂直扩散减弱,污染物在底层积累造成的。由于实际大气中,影响O3生成和损耗的机制很复杂,同时大气的平流输送是影响O3及其他污染物分布的重要因素,用一维模式虽然能够揭示出影响O3变化的几个因子的作用,但要深入分析O3产生和消耗机制,还需要用三维模式。     

近30年大气化学和大气环境研究回顾———纪念中国气象科学研究院成立50周年

概述了中国气象科学研究院 (简称气科院) 近30年来有关大气化学和大气环境研究成果。该院完成了国家自然科学基金重大项目和科技部973项目等一系列重要研究项目, 做出了许多具有重大创新性的成果:在青藏高原发现“臭氧低谷”, 这一重大发现列为当年中国10大科技成果之一; 首次把环境、生态、气候几个重要领域进行综合研究, 发现人类活动对环境造成的变化改变了生态环境状态, 最终对区域气候造成影响; 对北京市大气污染机理和调控原理进行了深入研究, 在三维立体观测基础上, 提出了点-面结合与统计-动力综合分析, 地面观测-卫星遥感分析方法及模式新技术等, 获取了解决大气环境领域关键技术难点的创新成果; 建立了全球第一个大陆大气本底基准观象台即瓦里关本底台, 开创了我国全球大气本底业务观测等。几十年来气科院大气化学研究工作几乎涵盖了当前大气化学所有重要领域及其前沿学科, 其中包括温室气体、臭氧和反应性气体、气溶胶、酸雨、模式的发展及应用、空气质量预报技术和环境评价等。气科院大气化学研究工作是和中国气象局大气成分监测站网建设密不可分的, 广大科研人员参加了诸如大气本底站网、酸雨站网、臭氧站网、沙尘暴站网等业务站网的建设, 与此同时也构建了大气化学科研平台。     

临安和上甸子大气本底站大气中NMHCs组成与浓度的变化特征

为研究中国大气中非甲烷烃(NMHCs)区域性本底浓度与变化特征,采用吸附富集—热脱附—气相色谱法,测定了临安(30°25′N,119°44′E,海拔132.0 m)和上甸子(40°19′N,117°07′E,海拔286.5 m)大气本底站大气中NMHCs的组成与浓度。从2003年10月至2004年7月,先后按季度分4次观测与取样,共获145个有效样品。检测出C2-C10的NMHCs组分52个,其中包括26个烷烃、17个烯烃和9个芳香烃化合物。在临安和上甸子大气中非甲烷烃总烃(TNMHCs)的平均质量浓度分别为(238.5±126.0)×10-9C,(278.7±185.5)×10-9C。两站烷、烯、芳香烃在TNMHCs中所占的比例相近,分别约为21%—33%,7%—19%,54%—70%。受源、汇和气象条件的共同影响,NMHCs浓度存在明显地日变化和季节性变化,但变化趋势两地略有不同。TNMHCs平均浓度的峰值都出现在10月,谷值分别出现在1,7月。气象要素以风向和风速的影响最为明显。TNMHCs高浓度大多与上风向存在较强污染源有关。另外发现,临安TNMHCs浓度比10 a前有明显增加。     

青藏高原—季风水汽输送“大三角扇型”影响域特征与中国区域旱涝异常的关系

文中分析了南亚季风水汽输送关键区“大三角扇型”区域特征 ,即该区域以高原地区为顶端 ,南海季风与印度季风涉及的低纬活动源区为“底边”构成了类似“大三角扇型”的南亚季风水循环相关影响域 ,此“大三角扇型”水汽输送特征分布描述了副热带高压环流以及中纬度扰动等亚洲季风系统成员的总体动力影响效应 ;反映了该区域南半球跨赤道气流 ,赤道西太平洋季风槽及季风活动等水份循环特征。表现了东亚海陆热力强迫、青藏高原非绝热效应、海洋“暖池”及异常孟加拉湾对流活动等诸因素的综合影响。研究表明 ,大三角区域热源强信号源 (高原地 气与孟加拉湾、菲律宾、南海等海 气过程 )区域的水份循环时空演变、遥相关特征及其对亚洲季风爆发的综合影响等均是认识中国及东亚旱、涝异常成因的重要科学问题     

北京及周边地区城市尺度热岛特征及其演变

采用北京及市郊地区共16个标准国家气候站的1961～2000年40年温度资料对北京及周边地区的城市尺度热岛特征及其演变进行了研究.研究表明北京城区与郊区温度是同位相升降,且郊区温度一直低于城区.其温差维持并同位向振荡,温度逐年升高,城区与郊区温差逐年增大,表明北京热岛效应一直稳定存在,而且北京的热岛效应在随时间加剧.以海淀为代表的北京城区大部热岛效应显著,门头沟、石景山、丰台、房山和通县等地是局地升温的显著区域.因此,北京具有城市、卫星城市"热岛"多中心的复杂特征.分析热岛效应增强的趋势表明世纪末的10年与80年代的10年相比,北京城区与郊区的热岛效应增强趋势显著.特别是以海淀为代表的北京城区大部,热岛效应进一步明显增强;北京的东南部的局地升温效应加剧,通县也是一个明显的升温区域,并有一个从河北省伸向北京东南部的"暖脊". 尺度滤波分析表明,北京城市热岛效应10年变化的增强区域与城市位置十分吻合.北京城市热岛效应还具有中尺度特征.以海淀为代表的北京城区大部是热岛的主要中心,主中心内还有几个更小的高中心嵌套其中,分别位于三环路以内的西部和北部.北京城郊热岛效应发展趋势仍是严峻的,须进一步努力进行北京及周边地区环境的改善.     

北京城市能见度及雾特征分析

利用北京及市郊16个标准国家气候站的1980至2000年21年能见度与雾特征等资料,对北京及周边地区的能见度和雾特征及其演变进行了研究结果表明,近20年北京能见度的变化存在显著季节性差异.近20年来,北京市区能见度冬季和夏季呈两种不同的变化.冬季能见度有转好趋势,夏季,80年代以来,北京市城区海淀、京西门头沟、石景山、丰台等地、北部及东部等地能见度有逐年转差趋势,冬季和夏季能见度距平呈反位相变化. 近十年上述能见度转差地带,雾日也是增加的.20世纪的最后10年与80年代开始的10年相比,夏季7、8、9月份北京城市和郊区的雾日有显著增加.雾日的高峰值出现在以海淀区为中心的北京城区的全境,包括京西的石景山、丰台、门头沟等地;另一个雾日数高峰区位于北京东部地区.北京夏季雾增加与能见度减低的地区分布趋于一致可能与北京特殊的"马蹄形"大尺度地形堆积影响有关. 尺度过滤分析研究表明,夏季,从北京城区向东南方向伸展至河北一带地区,有个显著的带状能见度减弱区.这个能见度减弱带与尺度分离揭示的城区内更小尺度的雾增大特征现象有关,有可能与最近10年北京以南地区其他的工业排放或污染源对北京的输送及城市发展变化有一定关系,即与大气气溶胶分布和北京特定的气象条件和城市变化状况有关.     

中美大气化学联合考察实验结果的初步分析与比较

根据临安区域本底站观测资料分析结果得出,中国中纬度地区秋、冬季O₃及其前体物NO_x等浓度偏高,可以对农作物和地表生态系统产生影响.观测结果表明:近地层大气O₃浓度主要决定于地面总辐射量控制下的光化学反应过程;O₃的生成受到前体物NO_x的控制,但O₃与NO_x存在着明显的非线性关系.从PEM-WESTA和B的实验及1995年的观测资料表明,O₃的生成效率随着NO_x浓度的增大而减小.尽管O₃的生成速率秋季比冬季的大,但由于秋季较高的NO_x抑制了过氧基的生成,因此冬季O₃的累积量几乎可以和秋季相比拟.在临安观测的NMHC和NO_x的比值比国外同纬度地区测值要大.这说明在临安本底站O₃的光化学生成中,NMHC不是控制物种.从而提示我们,在这些季节临安O₃光化学产物能够被NO_x浓度所控制.中美大气化学联合考察(PEM-WEST-B)实验期间,台湾省的卡盯站SO₂的平均浓度为0.29ppb,O₃的平均浓度为42.2ppb,可以认为此值为低纬度海岛的本底值.1994年PEM-WEST-B实验期间临安站的观测资料和台湾省的卡盯站资料相比,临安站SO₂的浓度约为卡盯站SO₂浓度的50倍左右,从而可以看出人类活动对大气本底的显着影响.     

龙凤山大气近地层O3浓度变化及与其它因素的关系

研究首次在龙凤山区域大气本底站测得的地面Ｏ３浓度及其变化的资料表明,中国东北农村地面大气Ｏ３浓度总体水平不很高,但在少数特殊的天气条件下,时均浓度可超过国家二级标准。Ｏ３浓度存在明显的季节和日变化,其月平均浓度１９９５年１月最低（２７．５ｐｐｂ）,１９９４年１１月最高（４３．２ｐｐｂ）。Ｏ３日变化幅度夏季的晴天最大（２８ｐｐｂ）,冬季的阴天最小（８ｐｐｂ）。气象要素（尤其是风速、气温和相对湿度等）和ＮＯｘ与地面Ｏ３浓度有较密切的关系。用多变量分析法探讨了地面Ｏ３各指标随气象因子和ＮＯｘ共同变化的规律,并拟合了寒冷和温暖期里与地面Ｏ３日最高浓度、日最低浓度及日变化幅度有关的方程。     

地球自转速率变化对东亚夏季环流型的可能影响

研究了地球自转速率变化对大气运动影响的纬度效应，讨论了其与副热带高压就度特征影响程度的相关关系，分析了其对中国旱涝时空分布的影响，模拟了其纬向分量偏差场，西风廓线“形变”，西太平洋“附加环流型”。     

环境动力、热力因素对台风发生、发展影响的数值试验

本文采用数值试验的方法,研究了环境动力、热力因素与台风扰动发展的相关关系,揭示了环境流场、温度场分布对台风发展的影响,本文的数值试验表明不同初始弱涡旋结构、不同基本流场分布将引起台风扰动状况的显著差异,同时若改变环境温度场会对台风系统的CISK效应有较大的影响,环境外围降温导致台风扰动的加强将有利于台风的发展.反之,冷空气注入台风内部,却显著地抑制了台风的发展.本文还研究了积云加热状况与台风扰动结构的相关关系.