中国东部气溶胶光学厚度季节变化的数值模拟

气候模式对气溶胶光学厚度AOD的合理模拟,是模拟研究气溶胶气候效应的前提。利用在线耦合的区域气候—大气化学—气溶胶耦合模式系统RIEMS-Chem,模拟研究了2010年中国东部地区AOD的季节变化情况。模拟结果与卫星搭载的中分辨率成像光谱仪(MODIS)的反演资料和地基气溶胶观测网(AERONET)的站点观测资料分别进行了一年四季的详细对比,检验结果显示尽管模拟值有所低估,模式仍然能够合理地反映AOD的季节变化情况和空间分布特征,与AERONET站点观测值相比,整体相关系数为0.6。MODIS反演和相应模拟结果均显示,中国东部地区AOD整体水平夏季最大,春季次之,秋、冬季最小,华北平原、四川盆地和华中地区是AOD的主要大值区。只考虑日间AOD时,其季节分布特征略有不同,在华北平原地区,日间AOD夏季最大(1.1—1.5),在长江中下游流域地区,日间AOD则在春季最大(1.1—1.7);在中国东部,日间AOD的大值在夏、冬两季分别主要分布在长江以北、以南地区,而在春、秋两季则主要位于长江中下游流域。     

植物冠层内物质交换特征的实验研究

使用湍流和SO2通量梯度测试资料，对植被冠层内物质交换特征进行了详细研究，揭示了一些有意义的结果: 植物的生物过程对物质的吸收作用非常明显； 在冠层内物质通量是随冠层深度加大而明显减小；对高的植被，上层沉积速度(Vgu)大于下层 (Vgd)； 冠层内的沉积速度(Vg) 表现出明显的日变化，冠层内物质的生物吸收作用与太阳总辐射量有直接联系；冠层的Vg与速度尺度V＊和平均风成正变关系；森林的Vg比麦地小；新的Vg理论公式能更好地预测重庆森林和麦地的结果。     

TRACE-P期间硫酸盐、硝酸盐和铵盐气溶胶的模拟研究

结合最新评估的东亚地区 1°× 1°污染源资料 ,利用由区域大气模式系统 (RAMS)和区域大气质量模式系统 (CMAQ)耦合的空气质量模式系统 ,对东亚地区 2 0 0 1年春季气溶胶的输送及其化学转化过程进行了研究。为了检验模式系统的模拟效果 ,我们将模拟的硫酸盐、硝酸盐和铵盐气溶胶的浓度与TRACE -P观测期间获取的观测值进行了比较。比较结果显示 ,模拟值与观测值具有相当好的一致性 ,模式很好地反映了气溶胶浓度的分布特征和变化规律 ,再现了许多观测到的重要特征。模拟结果表明 ,中国区域硫酸盐气溶胶浓度高值主要是人为排放的二氧化硫造成的 ,10 0°E以东的中国广大地区的硫酸盐气溶胶柱含量超过了 6mg·m- 2 ,最高值达到 2 4mg·m- 2 ,柱含量 >16mg·m- 2 的区域延伸到中国近海的广大海域。东亚地区的人类活动不仅使污染地区气溶胶柱含量显著增加 ,而且使近海无源区的广大海域的污染加重。本模式系统的建立为今后进一步研究区域大气污染物的变化机理提供了有效的手段。     

北京春季沙尘暴的近地面特征

分析了 2 0 0 0年 4月 6日沙尘暴期间北京近地层气象要素的变化和沙尘期间土壤尘谱分布及其来源。结果表明 ,沙尘暴发生时 ,近地层风速明显增大 ,空气相对湿度迅速减少 ,边界层湍流交换强烈。沙尘暴期间土壤尘浓度高达 390 6 μg·m-3 ,是1 999年春季非沙尘期间土壤尘浓度的 4 0倍以上。其中粗粒子占了大部分 ,粒径大于1 6 μm、8μm和 2 μm的土壤尘浓度分别占总土壤尘浓度的 6 7%、78%和 94 %之高。沙尘暴过后 ,粗粒子的浓度和所占总浓度比重明显下降 ,但仍大大高于非沙尘期间。后向轨迹分析结果表明 ,此次沙尘暴主要来源于蒙古和内蒙古地区 ,并在强烈的西北气流的推动下经过高空长距离输送到达北京。     

太原大气能见度对相对湿度及颗粒物质量浓度的响应关系研究

利用2016年10月—2019年9月太原地区逐时能见度、相对湿度及颗粒物质量浓度等观测数据,研究分析了大气能见度与相对湿度及PM_(2.5)质量浓度的关系,采用神经网络方法,构建了能见度与相对湿度及颗粒物质量浓度的非线性模型,并利用2019年10月—12月气象小时数据对该模型进行了检验。结果表明:(1)太原不同季节能见度日变化特征明显,春夏秋季能见度在06时左右最低,冬季在09时左右最低;从空间分布上看,太原地区能见度南北差异明显,北部能见度高于南部。(2)细颗粒物质量浓度与相对湿度对大气能见度变化都有明显影响。PM_(2.5)质量浓度与能见度之间存在幂函数非线性关系,在40%≤相对湿度60%的区段内相关性最强,PM_(2.5)质量浓度与10 km能见度对应的阈值随相对湿度升高而减小,范围为5～103μg/m~3。(3)采用神经网络方法构建能见度与相对湿度及颗粒物质量浓度的关系模型,相关系数为0.81。利用太原地区2019年10—12月逐时气象观测数据对模型进行检验,均方根误差为5.29 km,平均绝对百分误差为31.45%,轻微级霾情况下模拟能见度TS评分为0.86,误差呈现正态分布,误差小于4 km的比例达72.99%。该模型对研究太原地区能见度具有较高的参考价值。     

酸性矿坑废水对流域酸化的影响——以贵州兴仁县典型废弃煤矿区小流域为例

人们在开采使用矿产资源的同时,堆弃大量含有硫化物的废弃矿石和废渣于周围环境中。矿山环境中因硫化矿物氧化,导致采矿产生大量的酸性矿坑排水。这种水体具有低pH值,高电导率,高硫酸根和高重金属含量的特征。酸性矿坑排水对下游水生生物及植物等具有很强的毒性,大量排放引起的环境问题受到广泛关注。为了了解酸性矿山排水对流域水体和土壤的影响,本文选择位于贵州省西南部兴仁的一个典型废弃煤矿区进行研究,通过测定矿坑排水、水库水、河水的pH值和EC,以及土壤的pH值,分析矿坑排水、地表水以及土壤pH值的空间变化情况,在此基础上对矿坑排水对流域酸化的影响进行了综合评价。调查结果表明,酸性矿坑排水和受其影响的水库水体的电导率很高,且pH值均小于3。研究区域地表水（水库水、河水）本底水化学类型为Ca2+-HCO3-型,其pH值在7左右,反映了流域内有碳酸盐岩广泛分布的自然环境特征。当受到酸性矿坑排水影响后,水化学类型转变为Ca2+-SO42-型,pH值则低于4.0。通常,酸性矿坑排水在流动过程中与河床的碳酸盐岩发生中和反应,促使水体的pH升高。野外考察发现,研究区河道中碳酸盐岩中空易碎,其CaCO3成分因长期与酸性矿山排水发生反应而被耗尽。同时,在氧化条件下,酸性矿坑排水中的铁在流动过程中生成大量的氢氧化物覆盖了沿程的河床。这种覆盖作用抑制了酸性矿山排水进一步与碳酸盐岩发生中和反应。因此,在研究区分布有广泛的碳酸盐岩情况下,受酸性矿坑排水影响的河水到下游5 km处仍保持较低的pH值。研究区的主要农作物是水稻,其灌溉水源主要是水库水。为了了解酸性矿坑排水对土壤的影响,对水库下游流域土壤pH值的空间分布进行普查,统计其出现的频率。结果表明,以受酸性矿坑排水影响的水库水作为灌溉水源的土壤,其表土的pH值较低,平均值在5.0左右。反之,土壤表土的pH值平均值在6.5左右。此外,通过对受到酸性矿坑排水影响显著的土壤进行剖面调查,发现从地表到深度90 cm的土壤的pH值均小于4.0。结合受酸性矿坑排水影响的河水pH值普遍偏低的情况可以推测流域酸化与酸性矿坑排水有密切关系。