区域酸性沉降的数值研究 I. 模式

建立了一个三维时变的欧拉型区域酸性污染物沉降模式，模式包括源排放、平流输送、湍流扩散、干沉积、气相化学、液相化学及湿清除等六大部分。考虑到计算条件的承受能力和应用性的要求，在把握酸沉降形成的关键过程的前提下，合理地简化设计模式。相对于国内已有的工作，本模式在干沉积、气相化学、液相化学和湿清除等方面均有所改进。     

中国西南和华南地区硫沉降数值模拟

利用CMAQ(Community Multi-scale Air Quality)模式模拟了中国西南和华南地区的硫沉降。模式中详细考虑了气象过程、气相与液相化学过程、非均相化学过程、气溶胶过程和干湿沉降过程对SO2输送、转化和沉降过程的影响。通过与IMPACTS小流域的观测资料的比较,显示了该模式系统能够较好地模拟SO2在大气中的转化以及干湿沉降过程。在此基础之上,分析了不同季节该区域的硫沉降和向外输送的情况,并且模拟了该区域2002年全年的硫沉降分布状况,这为该区域有效地污染治理奠定了基础。     

欧拉型区域硫沉降模式研究

建立了一个三维硫沉降欧拉模式，模式中比较全面地考虑了硫沉降过程中的物理、化学机制。包括平流、扩散、干湿沉降和积云的垂直输送作用等物理过程，气相化学、液相化学和气溶胶表面的非均相化学等化学过程。其中非均相化学和积云的垂直输送参数化在国内外同类模式中尚不多见。模式结果与实测及其他模式结果的对比表明，该模式能够较好地模拟出SO2的水平和垂直分布及SO2-4在降水中的浓度。     

区域酸沉降模式

本文提出一个区域的欧拉酸雨模式,包括了大气中污染物质的输送、扩散、非线性化学转化和干湿沉降等物理和化学过程.气相化学反应有18种化学物质,包含了二氧化硫气相氧化的主要化学方程.液相氧化反应包含了H_2O_2,O_3及催化剂对二氧化硫的氧化过程.水平方向有35×35个网格点,垂直方向分15层.选用了四川、贵州地区1988年的8次降水过程对模式作了检验,结果证明模式能较好地模拟这个地区的二氧化硫、硫酸根及降水pH的分布状况.     

东亚酸沉降模式不确定性分析

酸沉降会对生态环境造成危害。要控制和减少酸沉降,就要了解酸沉降的幅度和不确定性,而模式研究是获得这些因子的重要工具。用东亚酸沉降模式比较计划（MICS-AsiaⅡ）中7个模式模拟的2001年7月和12月东亚地区酸沉降数据及东亚酸沉降监测网络（EANET）的观测数据,通过相关分析发现多模式模拟的平均值可表现东亚地区酸沉降的分布特征。采用各个模式与模拟结果平均值的离散程度来表征这些模式在东亚地区的不确定性,简要分析了目前模式模拟东亚酸沉降的不确定及其产生原因,可为制定酸沉降的控制措施提供依据。     

华东典型地区大气硫沉降通量的观测和模拟研究

本文使用中国科学院常熟和鹰潭生态实验站和气象站的观测资料，应用区域酸沉降模式系统（RegADMS）和大叶阻力相似模型来研究华东地区不同下垫面条件上的大气硫沉降问题，定量估计了农田下垫面上大气硫化物的沉降通量。SO2和硫酸盐的干沉降速率使用大叶阻力相似模型来估计，使用与降水量有关的参数化方案来确定湿沉降系数。结果表明，常熟地区农田下垫面的大气硫沉降通量为19．0gm^-2 a^-1，其中干沉降占42％；而位于江西红壤地区的鹰潭站的大气硫沉降通量为10．4gm^-2a^-1，其中干沉降占83％。比较发现，两地硫干沉降通量绝对值相差不大，但其在总沉降通量中所占的份额有较大差异；常熟站的硫湿沉降通量比鹰潭站要大9．23gm^-2a^-1，该差异是由两地污染状况和气象条件的不同造成。华东地区的年硫沉降总量为1．88Mt（1Mt=10^6t），其中72．8％沉降在农田下垫面上。硫沉降中43％是干沉降，57％是湿沉降。     

我国燃煤汞沉降的数值模拟

利用CMAQ-Hg(Community Multi-scale Air Quality-Mercury)模式模拟了我国燃煤排放的大气汞在我国区域的沉降分布状况,其中气象模式为MM5.模式中包括了三种价态汞(气态元素汞(GEM)、气态活性汞(RGM)和颗粒汞(PHg))的气相、液相、非均相化学反应过程以及输送、干湿沉降等物理过程.中国燃煤排放的大气汞中RGM所占比例较高,约为58.4%～66.8%,这导致我国汞沉降量较大.模拟结果表明,在我国的西南地区、华东地区以及京津塘地区燃煤汞的沉降较高,在这些区域的沉降通量高达2～6μg m-2mon-1.燃煤大气汞排放形态对汞的沉降有重要影响,减少燃煤汞排放中RGM的比例能够显著降低我国区域汞的沉降通量.     

利用次网格技术模拟华东地区大气硫氮沉降

采用数值模拟方法,在区域酸性沉降模式系统中引入次网格处理技术。通过4种次网格方案模拟结果的相互比较,选择最优方案,然后利用最优次网格方案,选取华东地区为例,进一步模拟研究大气硫氮沉降的空间分布。结果表明,就干沉积速率而言,以细网格方案(水平分辨率25 km)为参照,采用次网格方案比粗网格方案(水平分辨率75 km)有明显改进,其中“次网格风速与摩擦速度之积为常数”为最优次网格方案。华东地区硫的年总沉降量是1.92 mt(1 mt=106ton),氮的年总沉降量是0.65mt。华东地区硫化物(SO2、硫酸盐SO42-)干沉降量占总沉降量的49%,氮化物(NO、NO2、硝酸盐NO3-)干沉降量占总沉降量的80%,可见干沉降在大气沉降中具有重要地位。华东地区总的大气硫、氮沉降量中,70%以上到达有植被覆盖的土壤生态系统,这将对农田、草地和森林的硫素和氮素平衡有重要影响。此外,华东部分地区的硫沉降已经超过了临界负荷,而氮沉降尚未出现超临界负荷的现象。     

农田生态系统大气硫沉降通量的观测研究

1998年 11月～ 1999年 10月间在中国科学院红壤站 (江西鹰潭 )农田小气候站进行了大气二氧化硫 (SO2 )、硫酸盐粒子 (SO2 -4)浓度采样和雨水样本收集 ,利用阻力模式和全年逐时气象资料计算 SO2 和 SO2 -4的干沉降速度 ,估算干沉降通量 ,利用降水资料和雨水中硫酸根离子浓度估计大气硫的湿沉降 ,从而定量研究大气硫沉降输入农田生态系统的通量 ,结果表明 :农田下垫面上 SO2 和 SO2 -4干沉降速度的年平均值分别是 0 .373± 0 .170 cm· s-1(月均值 0 .16 1～ 0 .5 45 cm·s-1)、0 .198± 0 .12 3cm· s-1(月均值 0 .15 2～ 0 .2 6 9cm· s-1)。农田下垫面硫年总沉降量为 10 .3g· m-2 ,其中干沉降占总沉降的 83.3%。硫的干沉降又以 SO2 的干沉降为主 ,占年干沉降总量的 92 .2 %。大气硫沉降输入占农田生态系统输入总量的 90 %以上 ,是农田生态系统获取硫素的一个重要途径     

区域酸性沉降的数值研究 II. 个例模拟和试验

利用建立的区域酸性污染物沉降模式，配合中尺度模式MM4预报的气象场，以1991年6月12～14日淮河流域的一次降雨过程作为实例，对我国东半部及其相邻地区的酸沉降进行了数值模拟和试验研究。结果表明，模式基本上能够模拟出区域酸性沉降的特征，具有良好的综合模拟性能和广阔的应用前景。     

一种大气污染物干沉积速率的计算方法及其应用

介绍了一种计算大气污染物干沉积速率的方法。这种方法详细地考虑了植物生理特征和冠层内湍流结构对干沉积的影响，考虑了3层覆盖物对表面阻抗的影响，通过计算7个不同的阻抗因子获得干沉积速率。利用该方法计算了农田下垫面上7种不同大气污染物沉积的表面阻抗和江西(鹰洋)红壤典型地区农田下垫面上的二氧化硫(SO2)和硫酸盐(SO4^2—)的干沉积速率，估算了大气硫输入农田生态系统的干沉积通量，并与其他方法作了定量比较。结果表明：农田下垫面上SO2与SO4^2—的干沉积速率平均值分别为0．31cm／s，0．20cm／s；干沉积速率具有明显的日变化特征，一般白天大于夜间，中午时分出现最大值；月际变化也较明显，在冬季有大值；大气硫输入农田生态系统的全年干沉积通量为7．35g/m^2。     

Determination of Sulfur Balance Between the Atmosphere and a Norway Spruce Forest Ecosystem: Comparison of Gradient Dry + Wet and Throughfall Deposition Measurements

Total sulfur deposition was determined above a Norway spruce forest, in Hungary. Two methods were applied, on one hand dry + wet deposition measurements and on the other, throughfall and stemflow deposition estimations have been carried out. Results show: total depositions are 3.3 and 3.2 g S m^–2 yr^–1 determined by dry + wet and throughfall deposition methods, respectively. The share of the dry deposition in the total S-load is 73%. The agreement between the results of the two different methods is good and suggests the needlessness of complicated dry + wet flux measurements, i.e. the total and dry deposition of sulfur compounds to forests can be determined by simple throughfall and wet deposition measurements.     

沙尘传输路径上气溶胶浓度与干沉降通量的粒径分布特征

利用2002年春季中国北京、青岛和日本福冈3个地区的分级气溶胶浓度资料,结合改进的Wil-liams模型,分析了沙尘传输路径上空气动力学直径≤11μm气溶胶(PM11)浓度和干沉降通量的粒径分布特征,并估算了黄海海域春季PM11的干沉降通量及不同粒径气溶胶的贡献。结果表明:3个地区PM11浓度粒径分布在非沙尘时期呈双峰分布,两个峰值分别出现在细颗粒(<2.1μm)部分和粗颗粒(2.1～11μm)部分;沙尘时期,3个地区PM11浓度粒径分布均趋于单峰分布,峰值位于粗颗粒部分,并且越靠近沙尘源地,这种趋势越明显。较强沙尘天气时期,粗颗粒部分的浓度峰值粒径从沙尘源地附近到黄海西岸、东岸呈降低趋势,但在一般沙尘天气时期,这种现象并不明显。沙尘时期和非沙尘时期,3个地区粗颗粒的干沉降通量均随粒径增加而增大,细颗粒的干沉降通量随粒径的变化不明显。虽然沙尘时期粗颗粒沉降通量较非沙尘时期有明显增加,但粗颗粒对PM11干沉降通量的贡献与非沙尘时期相比,并没有明显的变化。较强沙尘天气时期,3个地区粗颗粒的干沉降通量明显高于一般沙尘天气时期;细颗粒的干沉降通量较一般沙尘天气时期略有增加。黄海海域春季沙尘时期PM11的干沉降通量约为31.70～58.59mg.m-2.d-1,非沙尘时期约为8.33～15.94mg.m-2.d-1。粗颗粒是黄海海域春季PM11干沉降通量的主要贡献者,约占PM11干沉降通量的94.2%以上。     

秋季在北京城郊草地下垫面上的一次臭氧干沉降观测试验

2007年9月23日至10月13日, 在北京昌平区蟒山森林公园内, 利用浓度梯度观测法研究了秋季草地下垫面上臭氧的干沉降特征。研究结果表明: (1) 整个观测期间, 臭氧干沉降通量和干沉降速率平均值分别为-0.40 μg?m-2?s-1(负号表示方向指向地面) 和0.55 cm/s。 (2) 臭氧干沉降通量和干沉降速率受观测点山谷风的影响, 当白天谷风主导时, 臭氧的干沉降通量最大, 其平均值为－0.67 μg?m-2?s-1; 在山风、 谷风转换期间, 其平均值为－0.44 μg?m-2?s-1; 夜间山风主导时最小, 为－0.26 μg?m-2?s-1。臭氧干沉降速率也呈现同样的变化规律, 三种情形下的平均沉降速率分别为0.74 cm/s、 0.50 cm/s和0.47 cm/s。 (3) 利用阻力模型计算了臭氧的植被冠层阻力 (Rc), 结果表明: 由于白天植被的光合作用, 叶面气孔打开, 冠层阻力相对较小, Rc 的平均值为109.0 s/m; 夜间植被叶面气孔关闭, 阻力有明显升高, Rc的平均值为217.7 s/m; 在整个观测期间, Rc的平均值为184.0 s/m。     

基于船载太阳光度计观测的黄海海面亚洲沙尘柱总量和干沉降通量个例研究

The total dust column and the dry deposition flux were calculated based on the optical properties that were measured by a shipboard sun photometer POM-01 MKⅡ in a cloud-free and nonfrontal dust condition on 24 April 2006. The total dust column was calculated by using an integration method of the particle size distribution; the mean value was 1.42±0.30 g m-2. A linear correlation between the total dust column and the aerosol optical depth (AOD) with a linear factor of 2.7 g m-2 over the Sahara was applied to calculate the total dust column in this study; the results were lower than these calculated by the integration method. A reasonable factor of 3.2 g m-2 was achieved by minimizing the standard deviation (SD) of the two methods. The two layers model, which includes the deposition processes of turbulent transfer, Brownian diffusion, impaction and gravitational settling over the sea’s surface, was used to calculate the dry deposition flux; the mean value was 5.05±2.49 μg m-2 s-1. A correlation among the total dust column, dry deposition flux, AOD, and effective radius was discussed. The correlation between the total dust column and the AOD was better than that between the total dust column and the effective radius; however, the correlation between the dry deposition flux and the effective radius was better than that between the dry deposition flux and the AOD.     

On Modeling Dry Deposition of Long-Lived and Chemically Reactive Species over Heterogeneous Terrain

An explicit multi-layer subgrid-scheme was developed for ameso-/-scale model to consider subgrid-scale surface heterogeneity, dry deposition, biogenic and anthropogenic emission of trace gases. Since dry deposition measurements of highly reactive trace species are scarce we try to evaluate this scheme by heuristic principles. The results of simulations conducted for a 5×5 km² resolution with and without thisscheme are evaluated by using results of a model run with 1×1 km²resolution, which is taken as a `grand thruth' and which has the same resolution as the subgrid. The explict multi-layer subgrid scheme provides a similar distribution of dry deposition fluxes as the much more computationally expensive simulation with the 1×1 km² resolution.Dry deposition fluxes determined from observations give evidence that the explicit multi-layer subgrid scheme which does not require a constant flux approximation for a layer of several decameters leads to an improvement in determining the exchange between the atmosphere and the ground.Results of simulations with a microscale model show that the inhomogeneity at forest edges leads to an increase of the turbulent transports of up to a factor 4 compared to horizontally homogeneous terrain, which is assumed to be the conditions of the subgrid cells (and which is usually the assumption for the entire grid cell in mesoscale models). Inhomogeneity inside an extended stand of trees causes an overall increase of 5–10% withhigh local extremes, i.e. such an inhomogeneity results to an underestimation of dry deposition in meso-/-scale models. The effects are most pronounced for a wind direction perpendicular to the forest edge.     

适用于大中尺度污染物输送模式的粒子干沉降参数化方案

用“二层”模式给出一个适用于污染物输送模式的粒子干沉降参数化方案,它比较详细地考虑了近地面层的气象条件,地表特性和气溶胶粒子的物理、化学特性等。从计算值与观测值的比较来看,计算值的离散范围能涵盖所有的观测结果,因而从总体上看此参数化方案是合理的,能够描述粒子总污染物干沉降的主要物理过程及机制。       

Ozone Dry Deposition and Resistances onto Green Grassland in Summer in Central Spain

Measurements of ozone concentrations, and meteorological and surface parameters were carried out over a flat green grassland in northwest Spain, in July 1995. Turbulent parameters and sensible and latent heat fluxes were calculated using the gradient technique. Fluxes and deposition velocity and resistances were evaluated assuming that the diffusivity for heat fluxes was equal to pollutant diffusivity. The daily average value of dry deposition velocity was 6 mm s^-1 but it was influenced by wind velocity and atmospheric stability. Resistances have been calculated according to a simple resistance model and a comparison between theoretical and measured values has been made.