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。     

福建省硫沉降量变化的分析与比较

应用中国科学院大气物理研究所建立的三维欧拉污染物输送模式模拟了1995、2000、2002年福建省本省排放源造成的和邻近省份排放源向其输送的硫沉降量,结果表明,福建省接收的硫沉降量有一半以上是由周围省份的远距离输送造成的。进而分析了每年4个季节硫沉降的变化特点,并结合福建省气象条件给出理论解释。最后,把这3年福建省SO2及SO42-年沉降量和各季节沉降量分别作了比较,结果显示,造成福建省SO2沉降的主要来源是本省的排放源,而SO42-沉降中外来源占很大比例,超过了50%。     

积云对二氧化硫和硫酸盐气溶胶作用的研究

利用一个冰雹云模式与云化学模式耦合而成的二维积云化学模式,研究对流云的输送、微物理转化、云内化学过程、湿清除对SO2及硫酸盐气溶胶的作用。云化学模式的结果表明,由于SO2在向上输送的过程中可溶解于云水和雨水中,从而阻止了SO2向上部的转移,因此对气相SO2来说,云的输送是一个相当无效的过程,而液相清除起主要作用。硫酸盐气溶胶的收支分析表明,降水清除了1.67 mol的SO2-4,占气溶胶总量的64%,其中液态降水清除了0.72 mol,固态降水清除了0.95 mol,说明了冰相过程在硫沉降中的重要性。     

东亚地区春季二氧化硫的输送与转化过程研究I.模式及其验证

结合新近评估的东亚地区污染源资料,作者利用一个耦合的区域化学输送模式系统以探讨东亚地区春季期间气象过程、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二氧化硫输送及转化过程的影响,并研究二氧化硫和硫酸盐气溶胶的空间分布及变化特征.模拟的二氧化硫和硫酸盐气溶胶的浓度值与2001年春季飞机和地面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很好的一致性,模式系统很好地反映了二氧化硫和硫酸盐气溶胶的分布特征和变化规律,再现了许多观测到的重要特征,为进一步分析模拟结果奠定了基础.     

东亚地区春季二氧化硫的输送与转化过程研究Ⅰ．模式及其验证

结合新近评估的东亚地区污染源资料，作者利用一个耦合的区域化学输送模式系统以探讨东亚地区春季期间气象过程、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二氧化硫输送及转化过程的影响，并研究二氧化硫和硫酸盐气溶胶的空间分布及变化特征。模拟的二氧化硫和硫酸盐气溶胶的浓度值与2001年春季飞机和地面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很好的一致性，模式系统很好地反映了二氧化硫和硫酸盐气溶胶的分布特征和变化规律，再现了许多观测到的重要特征，为进一步分析模拟结果奠定了基础。     

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。     

中国地区硫酸盐气溶胶的分布特征

建立了一个三维欧拉型排放/输送/转化/沉降模式,其主要特点是采用独立的气相化学子模式计算各种不同条件下SO2的转化速率,建立转化率的数据库,直接为欧拉模式调用,并对液相化学和湿清除过程进行了参数化处理。这样使模式既考虑了大气化学过程的非线性,又具有较高的计算效率,能够方便地计算年（季）尺度的硫酸盐气溶胶SO2-4的浓度分布。利用中尺度气象模式MM4和欧拉输送模式模拟了中国地区硫酸盐气溶胶的时空分布,其结果可以方便地应用到考虑硫酸盐气溶胶气候效应的气候模式中去。     

大气污染物SOx输送方程的尺度分析

文中用量纲分析方法分析了控制大气污染物输送方程的动力学特性。提出了 6种反映大气污染物输送过程中各种动力、物理和化学过程相对重要性的动力学参数。并以硫氧化物为例进行了各参数量级大小分析 ,尤其对 3种起汇作用 (去除机理 )的机理 (化学转化、干沉降和湿清除 )在不同尺度大气污染过程中的作用进行了详细分析。结果表明 :在一般情况下 ,SO2 的气相化学作用小于干沉降和湿清除的作用 ;干沉降作用很依赖于模式最底层厚度的选取 ;在有降雨时湿清除作用一般较大。文中还对大气污染物SOx 输送方程各项特征量的量级作了分析对比 ,得出了控制不同尺度大气污染物输送过程的零级近似方程和一级近似方程 ,并指出了这些方程的基本特征     

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。     

北京及其周边地区冬季SO2的变化与输送特征

利用实施北京市奥运空气质量保障计划"北京市与周边地区空气污染物的输送、转化及北京市空气质量目标研究"项目的有利时机,于2007年1月15～27日在中国科学院大气物理研究所北京站、香河站和兴隆站,采用先进的差分吸收光谱仪(DOAS)和SO2气体分析仪取得了高质量SO2浓度的连续观测资料,同时还获取了相应的常规气象资料和系留气艇探测的常规气象参数廓线资料.分析和讨论了北京及其周边地区的SO2污染的变化过程特征、日变化特征、输送特征、源排放特征以及与天气过程和气象条件的紧密联系.研究表明:1)北京站、香河站和兴隆站的SO2浓度逐日变化明显,变化趋势一致,通常处于同一个天气系统控制之下,SO2污染呈现区域性分布特征.2)冬季SO2浓度日变化明显,夜晚最高,15时(北京时)最低.3)SO2浓度与大气稳定度、风速、风向密切相关,风速越小、大气越稳定,SO2浓度越高;当吹西南风时,SO2浓度升高,西北风时浓度明显降低.4)HYSPLIT后向轨迹数值模拟结果和OMI卫星反演表明周边地区的SO2长距离输送对站点的贡献不能忽视.     

Is it time to abolish company car benefits? An analysis of transport behaviour in Germany and implications for climate change

Company cars have received considerable attention because of their partial tax-exemption and the changes in travel behaviour they stimulate, including car model choices, distances driven, and car ownership patterns. This paper is the first to present evidence on actual transport behaviour change, based on mobility and fuel diaries, and comparing a sample of 624 company cars and 9328 private cars in Germany. Analysis confirms that company cars belong to the more heavily motorized car segments (with an average 97?kW, as opposed to 79?kW of private cars), and are driven more than private cars (24,672?km per year, compared to 12,828?km per year for private cars). Company car benefits also increase average household vehicle numbers by 25%. Results show that it is imperative to distinguish company cars of company owners relative to those driven by employees, as negative externalities increase significantly where company cars are used by the latter. Abolishing company car benefits could significantly reduce emissions from passenger road transport and stimulate change in the country’s automotive industries towards a lower-carbon path. As Germany is not currently on track to meet its climate mitigation targets, this would be a timely policy shift.

Key policy insights

• Company car benefits increase transport demand, car ownership, and average vehicle fleet engine power. These effects are particularly relevant for employees.

• Company cars have, in spite of their larger size and greater engine power, a (modestly) better fuel economy than private cars, possibly because they represent more recent and hence more efficient car models.

• A policy focus on vehicle fuel efficiency improvements will fail to reduce the German car fleet’s CO₂ emissions to a sustainable level.

• Abolishing company car benefits could yield a significant reduction in GHG emissions from passenger road transport.

• Company car subsidies are an out-dated mode of support for the fossil-fuel based automotive industry.

     

长江中下游地区夏季降水的水汽路径的客观定量化研究

本文根据中国台站降水资料和NCEP/NCAR再分析资料, 研究了长江中下游地区夏季降水的水汽路径并给出了客观定量化的定义。结果表明:(1)影响长江中下游地区夏季降水的水汽路径主要是来自南界的水汽输送, 据此定义了南界水汽路径的面积、中心强度、向东延伸格点的位置以及边界强度等指标;(2)对各个指标的时间演化特征进行了分析, 南界水汽路径的面积指标和中心强度指标有下降的趋势, 各个指标在20世纪90年代前后都有一个明显的转折, 面积指标、中心强度指标、边界纬向强度指标都有明显的年代际的变化;(3)对各指标与中国夏季降水和前冬海表温度进行相关分析, 夏季南界水汽路径影响我国不同地区的降水, 南界水汽路径的面积指标、中心强度指标与前一年冬季西太平洋的海温呈显著负相关, 与赤道中太平洋和东太平洋前一年冬季的海温呈显著正相关, 即前冬东太平洋发生El Ni?o时, 有利于夏季西太平洋水汽输送增强, 进而有利于长江中下游地区夏季降水偏多。     

1979～2020年北极和青藏高原臭氧低值区的动力输送特征比较

基于ERA5月平均再分析资料,利用Lorenz环流分解方法从定常和瞬变以及基流和涡旋的角度对比了北极与青藏高原臭氧低值区的动力输送特征。结果表明：动力总输送在两地上平流层作用最强,均使其臭氧浓度降低,且定常输送均强于瞬变输送,纬向与经向输送的作用均大致相反。然而,动力输送在北极地区的作用强度远大于青藏高原地区。北极地区纬向输送使得平流层中上层臭氧浓度降低,平流层下层臭氧浓度升高,经向输送的作用与之相反且强度明显偏弱,二者均主要作用于上平流层。青藏高原地区纬向和经向输送除在上平流层均使得臭氧浓度降低外,二者作用大致相反且强度相当,输送大值区在垂直方向上存在双中心结构,分别位于上平流层与上对流层—下平流层（Upper Troposphere–Lower Stratosphere,简称UTLS）区。两地区纬向和经向输送的差异均主要由定常涡旋输送所造成。青藏高原地区定常与瞬变输送的强度差异没有北极地区大。此外,两地定常和瞬变输送中涡旋对臭氧纬向平均的输送均起到主要作用,体现出涡旋输送在两地臭氧浓度变化的动力输送过程中发挥着至关重要的作用。     

我国和东亚地区硫化物跨边界输送态势研究

本文利用污染物三维欧拉长距离输送实用模式,较详细地模拟了我国和东亚地区硫化物跨地区、跨边界输送态势,分析了东亚地区硫化物输送通量随高度、季节变化的分布特点,讨论了不同地区边界上硫化物的跨边界输送通量及流的收支平衡,并给出了我国和周边国家和地区之间硫化物的相互输送量。结果表明,我国向外输送的硫化物占周边国家和地区总硫沉降的比例并不大,各地区硫沉降的主要来源是自身排放;硫化物长距离输送中硫酸根的输送占重要地位,各地区硫酸根沉降中的外来比例较大。我们初步总结出一个东亚地区硫化物输送的概念模式：在低层,夏季主要自西南向东北输送,冬季长江以北自北向南输送,长江以南由西南向北输送,并在长江中下游地区形成一个较强的硫化物辐合带,在高层,无论冬夏均由西向东输送,并随高空带变化,中层为二者的过渡,春秋季的情形界于冬夏之间,偏向冬季。     

蔬菜外运用冰量理论计算与实例分析

利用蔬菜安全外运用冰量模式，对成都科春季节３种主要外运蔬菜、三北地区３９个发运站、６种常用车型、常规保鲜措施、铁路沿线主要站占气象条件，外运的冰量进行计算。并对一具实例进行剖析和论证，为生产部门决策用冰量提供科学依据。     

水汽输送的算法精度与模式暴雨预报能力的对比分析

利用中尺度模式ＭＭ４，研究了中尺度模式的暴雨模拟对于不同不汽输送方案的敏感性。采用５种平流差分格式来计算水汽的水平输送，用该模式对３次暴雨过程作了数值试验。并把不同方案的降水模拟结果与实况进行了对比。结果表明，中尺度模式的暴雨模拟对水汽输送方案十分敏感，正定高精度的Ｐｒａｔｈｅｒ格式的模拟结果最接近实况。     

陆面上总体输送系数的特征

利用气象铁塔的风、温梯度资料，对陆面上近地层湍流拖曳系数ＣＤ和总体输送系数ＣＨ（或ＣＥ）的大小和日变化规律进行研究。发现陆面上较粗糙的地表，ＣＤ和ＣＨ可以比海面上大一个量级左右。而且存在着明显的日变化。它们对地表面动力粗糙度变化的反应较敏感。本工作为气候及大气环流模式研究中陆面参数化过程提供了重要依据。     

2014—2015年上海地区冬夏季大气污染特征及其污染源分析

利用上海地区冬、夏季空气质量数据和常规地面观测数据,分析了2014—2015年冬、夏两季大气污染特征,并通过聚类分析法和后向轨迹模式对污染物输送路径进行统计分析。结果显示：上海市冬、夏两季空气质量均以优良为主,首要污染物分别以PM2.5和O3;来自夏季的西北输送路径对应PM2.5和O3浓度最高,分别为62.8和130.2 μg·m-3,来自冬季的西北和西南方向的输送路径对应PM2.5浓度较高;进而基于潜在源区贡献和污染源排放强度等要素建立了传输指数。总体而言,江苏中南部、浙江中北部以及安徽中南部等地对上海地区夏季空气质量影响较为显著,而冬季周边区域的传输指数范围有所扩大,主要包括河北南部、河南中东部、山东、安徽、湖北中东部、江苏以及浙江中北部等地。     

华南水汽涡旋输送分析

水汽输送按时空分离为平均输送和涡旋输送。对华南区域１９９４年前汛期的水汽输送所做的分析表明,季平均各种涡旋输送量与总输送量相比不到１０％,月平均气柱涡旋输送量约占总输送量的１０％—２０％。在夏季风爆发前和暴雨期,旬平均水汽涡旋输送强烈,最大可达到总输送量的５至６倍,这时期不能用平均输送代表总输送。最后给出了用气候平均量计算的各时段水汽输送对总输送的代表性的估计。     

The Role of Ocean Dynamics in the Cross-equatorial Energy Transport under a Thermal Forcing in the Southern Ocean

Under external heating forcing in the Southern Ocean, climate models project anomalous northward atmosphere heat transport (AHT) across the equator, accompanied by a southward shift of the intertropical convergence zone (ITCZ). Comparison between a fully coupled and a slab ocean model shows that the inclusion of active ocean dynamics tends to partition the cross-equatorial energy transport and significantly reduce the ITCZ shift response by a factor of 10, a finding which supports previous studies. To understand how ocean dynamics damps the ITCZ's response to an imposed thermal heating in the Southern Ocean, we examine the ocean heat transport (OHT) and ocean circulation responses in a set of fully coupled experiments. Results show that both the Indo-Pacific and the Atlantic contribute to transport energy across the equator mainly through its Eulerian-mean component. However, different from previous studies that linked the changes in OHT to the changes in the wind-driven subtropical cells or the Atlantic meridional overturning circulation (AMOC), our results show that the cross-equatorial OHT anomaly is due to a broad clockwise overturning circulation anomaly below the subtropical cells (approximately bounded by the 5℃ to 20℃ isotherms and 50°S to 10°N). Further elimination of the wind-driven component, conducted by prescribing the climatological wind stress in the Southern Ocean heat perturbation experiments, leads to little change in OHT, suggesting that the OHT response is predominantly thermohaline-driven by air-sea thermal interactions.