地面臭氧的变化规律和计算方法的初步研究Ⅱ.可见光波段

通过对广州鼎湖山近地面O3、NOx、太阳辐射,气象参数等项目的观测和理论分析,研究了地面O3与NOx等微量气体及太阳可见光辐射的变化规律,详细讨论了可见光波段、不同天气条件地面O3与NOx、光化学反应、气溶胶、可见光辐射等之间复杂的关系.提出以光能量传输与守恒的观点来考虑大气中与可见光辐射有关的主要过程,并以此来研究大气光化学过程中所遵循的能量规律,建立了一个简单、实用、省时的统计模式,用于计算地面O3浓度.结果表明:不同情况下,计算值与观测值吻合得均比较一致.     

大气臭氧总量的经验计算方法

依据臭氧生消与紫外辐射(UV)能量利用相互作用的观点,考虑与臭氧有关的主要因子UV、大气中物质在化学和光化学反应中对UV能量的吸收、气溶胶粒子的散射等,在分析1990—1992年臭氧总量、太阳辐射、气象资料的基础上,建立了计算臭氧总量的经验模式,其优点是所用资料均可由常规气象站获得。结果表明,计算值与观测值符合得比较好。利用该经验模式计算了北京地区1979年1月—1996年6月的臭氧总量,计算值与观测值同样比较一致,二者相对偏差的最大值、最小值、平均值分别为15.2%、0.05%和4.9%,相对偏差在±10%之内的比例为91.4%,因而该经验模式是合理、可行的。1991年之后北京地区臭氧的下降与Pinatubo火山气溶胶的影响有关。     

平流层臭氧变化对大气加热率及到达地面紫外辐射的影响

平流层臭氧的变化对平流层的温度结构，整个大气环流以及到达地面的紫外辐射均有影响。本文采用一个计算臭氧吸收太阳辐射的参数化方法和有关资料，研究了臭氧变化对大气最大加热率和到达地面的紫外辐射通量密度的影响情况。文中给出的参数化方法可直接应用于大气环流模式计算臭氧吸收太阳辐射的加热率。     

影响地面紫外辐射的因素分析

通过作者改进的离散坐标法（DISORT）辐射传输模式和部分观测资料考察了臭氧总量及其垂直分布、二氧化硫、气溶胶及火山气溶胶、地表反照率、太阳天顶角对到达地面紫外辐射的影响,以及云与紫外辐射的相互作用,给出了一些最主要的结果。此外,还简要地介绍了国内外紫外辐射观测研究的一些进展,特别是欧盟委员会资助开展的“确定UV-B辐射观测网标准”的科学计划。     

北京地区太阳紫外辐射的观测与分析研究

利用北京地区太阳辐射和其它常规气象观测资料，得到了到达地面的太阳紫外辐射的计算公式，并将计算值与观测值进行了比较，两者吻合得比较好。最后给出了北京地区地面太阳紫外总辐射的变化趋势，计算结果表明，地面太阳紫外总辐射对大气浑浊度的变化比对大气臭氧总量的变化敏感得多。     

紫外辐射如何影响人类

太阳辐射能量的波长范围较宽，对人类而言，其中大部分的太阳辐射是肉眼无法看得见的。波长越短，辐射强度越大，并且对于生物体潜在的危害也就越大。到达地球表面的紫外辐射，其波长在290～400nm(十亿分之一米)，这比可见光的波     

太阳辐射各因子的变化对太阳紫外辐射的影响

利用北京地区１９９０年太阳分光辐射的观测资料，计算了影响太阳紫外辐射的各因子的变化所引起的太阳紫外辐射的变化。当臭氧、水汽、气溶胶分别减少５％时，到达地面的太阳紫外辐射将分别增加０．８４％、０．２７％和１．９０％。在分析太阳紫外辐射的变化趋势时，应当全面考虑各个因子的影响。     

漠河地区臭氧的观测和计算

1997年3月上旬,在黑龙江漠河地区对地面和整层臭氧、太阳辐射等进行了短期观测,以初步了解该地区臭氧和辐射的变化规律以及它们之间的相互关系.研究发现,漠河地区近地面臭氧日变化明显,其峰值出现在每日10:00(北京时间)左右,并早于紫外辐射(UV)峰值出现时间.整层大气臭氧总量的日变化特征不明显.基于UV能量守恒,建立了臭氧与其影响因子-光化学、散射、UV等因子之间较好的定量关系和经验模式,并将其用于计算地面、整层大气臭氧小时值和日平均值.结果表明,计算值与观测值吻合的都比较好,它们相对偏差的平均值分别为:地面臭氧小时值(11.9%)和日平均值(9.0%);整层大气臭氧小时值和日平均值-7.4%、1.8%.因此,地面和整层臭氧的经验算法是合理和可行的.利用散射辐射/直接辐射(D/S)和散射辐射/总辐射(D/Q)可以描述大气中的物质如气溶胶、云等的散射作用.采用D/Q表示散射作用可以提高地面臭氧和整层大气臭氧计算的准确度,特别是对云量较大的情况.       

地面臭氧光化学过程规律的初步研究

给出了1996年夏季在广东肇庆鼎湖山对光化辐射、地面O3、NO、NO2浓度的观测结果,对影响地面O3、NO、NO2的主要因子进行了分析。晴天,地面O3、NO、NO2浓度有明显的日变化;阴天,它们的日变化比较复杂。晴天和阴天,在lnQUVB/m和lnQvis/m(其中QUVB为紫外B辐射,Qvis为可见光辐射,m为大气质量)与地面O3、NO,NO2浓度、整层大气水汽含量(q1、q2、q3、q4)之间存在着很好的相关关系。利用得到的关系式计算了地面O3浓度,在紫外和可见光波段,计算值与观测值符合得都比较好。     

近地面臭氧浓度变化及其对人体健康的可能影响

以北京和河北兴隆观测站地面O#-[3]观测资料为主,结合我国其它地区的观测资料,给出我国近地面臭氧日、逐日和季节变化特征以及与气象条件和前体物的关系,同时简要介绍过量臭氧浓度对人体健康的危害。     

清洁地区气象因子与地面O3关系的初步研究

文章分析了地面O3和不同气象因子之间的关系。资料取自1991年8～11月在浙江临安本底站进行的中美大气化学联合考察。结果表明总辐射强弱是决定地面O3浓度的关键因子之一。     

A Possible Photochemical Link Between Stratospheric and Near-Surface Ozone on Swiss Mountain Sites in Late Winter

Record high near-surface ozone concentrations at two elevated sites (Chaumont, 1140 m asl, and Rigi, 1030 m asl) in Switzerland were observed simultaneously with extremely low total ozone during a fair weather period in mid-February 1993. An analysis of ozone, temperature, humidity, and wind profiles suggests that the surface ozone peaks were most possibly generated within the region in a layer between about 1000 and 1500 m asl. Mean diurnal cycles of ozone concentration during the period shows a strong increase from late morning to late afternoon at Chaumont and at the same time a decrease at the high alpine site Jungfraujoch (3580 m asl). The different diurnal ozone cycles can both be explained photochemically by taking into account the large difference in NOx concentrations (about two orders of magnitude) between the sites. Photochemical processes are also indicated by the diurnal cycles of NO2 and NO concentration. As a strong photochemical activity is not expected in mid-February at 47°N, we hypothesize that the extremely low total ozone played a role. Total ozone controls the amount of UV-B radiation reaching the troposphere and thus influences photochemical processes. Using a radiation model, we calculated an increase in ozone photolysis at Chaumont and Jungfraujoch of 73% and 83%, respectively, on the day with the lowest total ozone (243 DU) compared to average February conditions (335 DU). It is suggested that total ozone changes have the potential to stimulate photochemistry sufficiently to produce the observed surface ozone peaks at Chaumont and Rigi of 61 and 64 ppbv, respectively. A fog layer just below Chaumont during these days probably also influenced photochemistry, but on a smaller spatial scale. Our empirical results on the influence of changing UV radiation on tropospheric photochemistry are in close agreement with model studies of other groups. Although this case study represents unique conditions, a distinct anticorrelation between near-surface ozone at Chaumont and total ozone also appears in other years (1992–1997) when selecting fair weather days in mid-February. However, other influences cannot be excluded. The selected days provide evidence of a significant photochemical source of ozone in the mid-latitude lower troposphere in late winter.     

Photochemical Effects in the Heterogeneous Reaction of Soot with Ozone at Low Concentrations

The soot-ozone reaction at low concentrations (ppm O₃) hasbeen examined todetermine any influence of solar radiation on its products and kinetics. Theeffect of simulatedsolar radiation is to change the product distribution towardsCO₂(g), CO (g) and H₂O(g) at theexpense of soot surface functional groups formation. Little effect on theextent or rate ofdiminution of O₃ through this rapid reaction is observed. Theinitial rate laws for formation ofall products remain the same under simulated solar radiation, with changes inthe rate constants(and thus in the relative importance of mechanistic pathways) responsible forthe differingproduct distributions. Decarboxylation of soot surface functionalities hasbeen shown to be onepossible mechanism underlying these effects. Atmospheric soot, particularlythat emitted nearthe tropopause by increasing numbers of subsonic and supersonic aircraft, mayplay a role inozone depletion; the rapid diminution of ozone in soot's presence isunaffected by solarradiation.     

斯堪的纳维亚臭氧亏损和地面加热

研究表明,冬季在北极的斯堪的纳维亚地区存在一个明显的臭氧亏损区,亏损区的中心值达-50DU.对臭氧亏损和地面加热进行相关分析后指出:斯堪的纳维亚地区的臭氧亏损和该地区地面的感热通量、潜热通量、净辐射通量以及总的热通量关系极其密切,其相关系数均在-0.87以上.由此,我们认为冬季斯堪的纳维亚地区的臭氧亏损可能是由于地面加热引发的物质抬升所造成的.     

西宁近地面臭氧特征及其影响因素

利用青藏高原东北部城市西宁2015—2017年O_3质量浓度和各气象要素数据(紫外辐射、最高气温等),分析近地面O_3变化特征及其影响因素,结果表明:该地区臭氧平均质量浓度呈现单峰型日变化规律。每年6—8月O_3质量浓度最大,12月至翌年2月最小。依据环境空气质量指数AQI统计分析,6—8月污染天气O_3占首要污染物总天数的72%。O_3与NO_2、CO呈极显著负相关,臭氧日最大1 h平均质量浓度与紫外辐射、日最高气温呈极显著正相关,与日平均气压、日最高气压、日最低气压呈极显著负相关,与日平均相对湿度相关性不显著。不同季节不同高度风速大小和风向频率对O_3质量浓度影响不同,500 h Pa盛行风向以WNW为主时有利于扩散。2017年青海省大部地区O_3月平均质量浓度总体呈先增加后减小变化趋势。纬度越低,海拔越高的地区,O_3质量浓度升高越早。降水量的差异对O_3质量浓度影响较小。