MOPITT观测的CO分布规律及与瓦里关地面观测结果的比较

利用TERRA/MOPITT仪器测量的2000年3月—2004年5月的CO数据,分析了CO的时空分布特征及其变化趋势,并且与美国国家海洋大气管理局气候监测与诊断实验室(CMDL/NOAA)在瓦里关站的CO观测结果进行比较和验证。结果表明:CO的高值区在北半球主要位于东亚、西欧和北美,而在南半球主要位于非洲中西部和南美洲的赤道地区;CO的分布随季节变化显著,春季北半球的CO浓度最高,而秋季南半球的CO浓度偏高;东亚的CO高值区主要是位于中国东部沿海地区和日本列岛一带。对于北京和瓦里关CO的趋势分析明表:这两个地区的CO浓度在这4年内都是呈上升趋势。结合CMDL的观测资料与卫星观测结果进行比较和检验发现,瓦里关站卫星观测结果和CMDL的结果在时间序列的变化趋势一致,卫星柱总量的观测数据和CMDL数据的相关性非常好。     

夏季西藏4个站点大气向下长波辐射观测分析

对2011—2016年部分夏季时段分别在西藏那曲、拉萨、林芝和阿里观测的大气向下长波辐射（L_↓）进行分析,结果显示:L_↓具有明显的日变化,最大值出现在北京时间15:00前后,而最低值出现在凌晨至10:00,日平均值林芝最高（368 W·m-2）,其次是拉萨（319 W·m-2）、阿里（305 W·m-2）和那曲（299 W·m-2）。晴天L_↓ ?ngstr?m（1915）的经验公式最适合林芝,而Konzelmann（1994）的公式则适合那曲、拉萨和阿里;随着人工观测总云量的增加,L_↓增强趋势明显,满云（云量7~10成）情形4个站点云增强效应均从20 W·m-2上升至50 W·m-2以上,低云量对L_↓的增强效应明显高于总云量。云份额数（C_F）上升所对应天顶方向平均云底高度下降,但云增强效应上升。在晴天（C_F为-5%~5%、平均云底高度大于4 km）时,云增强效应仅为5 W·m-2左右（林芝接近20 W·m-2）,但当C_F为90%以上（云底高度小于3.5 km）时,云增强效应则上升到60 W·m-2（林芝接近50 W·m-2）。固定云底高度,C_F与L_↓云增强效应呈显著相关（r2为0.91~0.97）,远高于云底高度与L_↓云增强效应的相关（r2为0.32~0.58）。     

总辐射表两种现场校准方法的比较

分析一次在北京上甸子区域大气本底站的总辐射表的两种校准方法的比较。结果表明:以工作级标准的CM22总辐射表所确定的各类总辐射表灵敏度系数接近以H-F腔体直接辐射表的校准结果,两者之间的差别没有超过±0.1μV·W~(-1)·m~2,辐照度值的差别基本上在±5 W·m~(-2)以内。携带和操作比较方便的CM22表用于校准大气本底站的总辐射表,测量精度达到现有BSRN站对辐射表的要求。     

中国4个地点地基与卫星臭氧总量长期观测比较

对我国河北香河、云南昆明、青海瓦里关及黑龙江龙凤山地基观测臭氧总量与不同时期、不同卫星反演的产品差别特点进行比较,评估地基和卫星观测臭氧总量数据的质量信息以及近30年来我国不同区域臭氧总量的变化趋势特征。结果表明:4个站点的地基与卫星观测臭氧总量的绝对和相对差别分别为-5~10 DU和-5%~4%;日平均相对差别基本上呈现随机分布特征。TOMS算法反演的卫星臭氧总量与地基差别总体上要优于与DOAS算法反演的同期产品。地基与卫星臭氧总量差别呈明显的区域特点,可能反映了卫星反演计算中所需的臭氧、温度垂直分布等初始条件的纬度分布差异对卫星产品精度的影响。在过去30年,4个站点的臭氧总量在经历1993年前的显著降低后于1995—1996年逐渐回升,而瓦里关站在2001年前后的回升更为明显。     

国产臭氧探空仪观测数据质量分析

对国产臭氧探空仪从2001年4月到2004年9月在北京观测的臭氧垂直分布数据的质量进行分析。对国产臭氧探空仪系统基本测量数据(包括电化学反应池池温、臭氧最大分压及其所在的高度、对流层顶的温度和高度)进行初步分析, 结果发现国产臭氧探空仪的稳定性仍需进一步提高。与地面多谱森臭氧总量观测相比, 国产臭氧探空积分的总量普遍要高,2002年至2003年之间的差别范围基本上保持在±20%以内。与国际普遍使用的双池型电化学(ECC型)臭氧探空观测结果相比, 国产臭氧探空观测臭氧分压在15 km以下、25～30km两个高度范围, 均要高于ECC测值。分析结果建议国产臭氧探空仪应尽快参与由全球大气本底监测(GAW)技术主持的世界臭氧探空仪标定中心进行标定, 并在现有的技术条件下, 向双池型电化学型臭氧探空仪这一方向发展     

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.     

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。     

西宁夏季对流层臭氧垂直分布变化与气象要素的关系

根据臭氧、气象探空观测数据,分析了1996年7月5日至8月3日西宁（36°44’N,101°45＇E,海拔高度2296m）上空对流层臭氧垂直分布变化与气象要素之间的关系。对流层臭氧浓度的增加（减少）总伴随着干、冷（暖、湿）气流的输送变化,而这又与大气垂直方向的运动是紧密联系在一起的。分析表明天气动力输送过程对对流层臭氧垂直分布变化有重要作用。     

夏季青藏高原北部对流层臭氧垂直分布的观测研究

对流层臭氧垂直分布变化对气候环境有重要的影响,然而观测数据一直较为稀缺。利用2016年7月下旬—8月青海省格尔木市对流层臭氧探空观测资料开展夏季青藏高原北部对流层臭氧垂直分布变化特征及其形成机制的大气背景研究。结果表明,在大气背景的转换下对流层臭氧垂直分布整体上呈现高（低）臭氧与低（高）水汽和高（低）位势涡度的对应。除7月25—27日高空低压槽过境导致的平流层向下输送使对流层臭氧浓度升高明显外,阻塞暖高压反气旋和源自青藏高原主体地区的强对流天气过境也对对流层臭氧分布有影响:阻塞暖高压在观测点东北部形成后导致7月31日至8月8日格尔木对流层连续出现罕见东风,但对流层臭氧浓度仅在8月2日因东北—西南方向反气旋切变而出现较高值,其中6 km高度以下则因为东风输送而出现高臭氧、高比湿的污染性气团;强对流天气过境影响使得8月12—14日10 km高度以上出现臭氧最低值和比湿最高值。与西宁历史夏季（1996年7—8月初）臭氧探空测值比较,格尔木对流层臭氧浓度8月偏低,该特征与季风影响青藏高原纬度最高地区所在月份一致。与林芝（2014年7月）、那曲（2011年7月末—8月中旬）和拉萨（1998年8月）历史夏季臭氧探空测值比较发现,纬度效应对青藏高原地区对流层臭氧浓度有影响。      

两种探空仪观测湿度垂直分布及其应用比较

对2010年8月在云南腾冲利用芬兰Vaisala RS80和低温霜点仪 (Cryogenic Frostpoint Hygrometer,CFH) 两种探空仪测量大气湿度的垂直分布进行对比分析,同时比较它们白天和夜间测量误差的差别,并对国产GTS1,RS80和CFH共3种探空仪测量水汽总量与地基GPS遥测结果进行比较。结果表明:RS80湿度测值在整个对流层比CFH测值偏干 (23.7±18.5)%;因太阳辐射白天RS80偏干较夜间更明显,比夜间偏干 (13.5±14.8)%。而在对流层上层向平流层过渡区域内RS80湿度数据基本无效。CFH在低温、低湿环境下对湿度能有效测量,但在湿度较高的对流层低层测值偏高,导致比较中CFH水汽总量平均比GPS遥测的水汽总量偏高 (4.3±2.0) mm (样本数为11),而RS80,GTS1与GPS的水汽总量差别分别是 (0.2±1.4) mm (样本数为12), (-0.2±2.2) mm (样本数为43)。地基GPS遥测的水汽总量对对流层上层至平流层的水汽变化不敏感。由于RS80测量相对湿度在高空偏低,通过RS80相对湿度测值来确定中、高云结果是偏低的,特别是对6000 m以上的高云判别上,RS80相对湿度的探测几乎很难甄别到云的存在。