东亚区域对流层臭氧及其前体物的季节性关联

利用2010—2012年对流层臭氧（O₃）及其多种前体物的卫星遥感资料和全球水汽再分析资料,研究东亚区域O₃及其前体物的时空分布,以及在中国东部（分为南、北两部分）相关性的季节变化。结果表明:东亚区域NO₂与CO的对流层柱含量均表现为冬季高、夏季低的时空变化形式。O₃对流层柱含量夏季达到峰值,冬季为谷值。中国东部的北部与南部地区O₃与NO₂均在夏秋季呈正相关,冬春季呈负相关。夏季大部分地区NO_x的光化学循环反应对O₃生成有积极的促进作用,冬季大部分地区O₃的光化学循环生成受到抑制。O₃与CO在北部地区夏秋季和南部地区夏季正相关性最大,无论是在北部还是南部地区,O₃与CO的相关性在轻污染情况下最大,而在重污染和背景情况下较小,表明重污染气团向下风方的输送更有利于O₃的光化学生成。O₃与水汽在北部和南部地区的多数时间均呈较显著的正相关性,而在南部地区夏季和北部地区冬季具有较大的负相关性,反映出不同的环流形式、气团来源及伴随的天气条件变化对O₃分布的影响。     

区域化学输送模式中NO x和O3源示踪法的引入

发展了化学输送模式中氮氧化合物(NOx)和臭氧(O3)的一种源示踪方法,对这种示踪法及其应用模式作了详细介绍,并结合臭氧光化学反应机理的分析描述了NOx和O3示踪物浓度方程的推导过程。将这种示踪法引用到区域化学输送模式中,并以太原和石家庄地表NOx人为排放产生的活性氮化物和臭氧为例,演示了污染物向北京的输送过程,模拟的O3,NOx和NOz示踪物浓度时空分布与O3,NOx和NOz在大气中的衰减尺度分析一致,表明该示踪法是一种有效的研究区域氮氧化物以及臭氧来源和输送转化过程的方法。个例模拟分析结果显示:太原和石家庄的地表人为排放产生的NOx本身并不能输送到北京,但通过它们产生的O3和HNO3可以输送到北京,对北京地表附近大气污染造成影响。     

应用查表法模拟区域对流层O3、Nox分布和演化的研究

应用STEM-II气相光化学模式探讨了影响对流层O3、NOx气相光化学转化率的各物理、化学因子。表明在我国多数地区光化学污染物特征(NMHC/NOx较高)下,光辐射强度、温度、初始O3浓度和NOx浓度是影响O3、NOx气相光化学转化率的主要因子。将以上因子分档组合,计算并建立了各种情况下O3、NOx气相光化学转化率的查算表,并将之用于模拟区域O3、NOx的演化和分布。结果表明,与光化学模式直接耦合计算法相比,该方法既能显著缩短计算时间,又能基本反映大气化学反应的非线性过程,并与直接耦合法符合得较好。     

应用查表法模拟区域对流层O3、Nox分布和演化的研究

应用STEM-II气相光化学模式探讨了影响对流层O3、NOx气相光化学转化率的各物理、化学因子。表明在我国多数地区光化学污染物特征(NMHC/NOx较高)下，光辐射强度、温度、初始O3浓度和NOx浓度是影响O3、NOx气相光化学转化率的主要因子。将以上因子分档组合，计算并建立了各种情况下O3、NOx气相光化学转化率的查算表，并将之用于模拟区域O3、NOx的演化和分布。结果表明，与光化学模式直接耦合计算法相比，该方法既能显著缩短计算时间，又能基本反映大气化学反应的非线性过程，并与直接耦合法符合得较好。     

东亚夏季风对中国东部臭氧输送过程的影响

利用2015-2019年中国东部20个省份222个城市的地面O3观测数据和全球再分析风场数据,研究了中国东部地区O3的时空分布特征,以及在亚洲夏季风背景下污染上风方O3光化学输送对下风方O3质量浓度季节变化的影响.结果表明:中国东部地区O3质量浓度夏季高、冬季低,O3质量浓度按照东南、华东、东北、华北的顺序依次升高,位...     

生物质燃烧对清洁地区地面O3含量的影响

使用美国热电子公司的TE Mode1 49C型 O3监测仪、TE Model 48C型CO监测仪和TE Model 42C型NOx监测仪,对上甸子区域大气本底站2005年9月地面O3、CO和NOx的浓度进行了连续监测,获得了同步的气象数据,并详细记录了测站附近生物质燃烧的现象。结果表明,生物质燃烧影响了O3浓度日变化规律,最大小时平均浓度出现在18时(北京时间,下同),峰值过后的5～6 h内 O3的浓度仍明显高于无燃烧现象的情况, 且从燃烧集中时段（15时左右）至傍晚（19时）,O3浓度逐时上升;NOx和CO浓度日变化规律和城市地区的观测结果也有不同,浓度高值时段和燃烧时间吻合,其中CO浓度在燃烧集中时段上升明显;生物质燃烧情况下,Δφ(O3)/Δφ(CO)高于无燃烧情况, 在午后至傍晚燃烧集中且太阳辐射条件较好的时段内,NOx、CO浓度与O3浓度呈现正相关关系。相同天气条件下的个例对比结果显示：测站受生物质燃烧排放输送的影响,主导风向下燃烧个例中O3浓度明显高出无燃烧个例约0.02 mg·m-3。     

CAM30模式中黑碳及硫酸盐气溶胶浓度变化 对东亚春季气候的影响研究

本文采用CAM30 模式研究东亚地区各种气溶胶浓度增加后对于东亚春季各气候要素,尤其是对降水和春季风场的影响。在模式中通过分别对区域（20～50 °N,100～150 °E）内黑碳气溶胶浓度单独加倍、硫酸盐气溶胶浓度单独加倍、两种气溶胶浓度同时加倍的实验方法,探讨不同气溶胶浓度变化在东亚春季气候变化中的具体作用。结果表明：在春季,3种气溶胶浓度增加方式都使得东亚地区表现出降水中南部减少北部增加,低层大气西南风异常以及地面温度南部增加北部减少。通过对110～120 °E的断面分析发现,硫酸盐与黑碳气溶胶在春季首先影响约800 hPa以上大气的温度并通过不同的动力机制影响东亚地区的风场,风场的改变进而导致了云量和降水在东亚北方地区增多而中南部地区减少,并最终使得地面温度表现出东亚中南部地区增温而北方地区相对降温的特征。     

CAM3.0模式中黑碳及硫酸盐气溶胶浓度变化对东亚春季气候的影响研究

本文采用CAM3.0模式研究东亚地区各种气溶胶浓度增加后对于东亚春季各气候要素,尤其是对降水和春季风场的影响。在模式中通过分别对区域(20～50°N,100～150°E)内黑碳气溶胶浓度单独加倍、硫酸盐气溶胶浓度单独加倍、两种气溶胶浓度同时加倍的实验方法,探讨不同气溶胶浓度变化在东亚春季气候变化中的具体作用。结果表明:在春季,3种气溶胶浓度增加方式都使得东亚地区表现出降水中南部减少北部增加,低层大气西南风异常以及地面温度南部增加北部减少。通过对110～120°E的断面分析发现,硫酸盐与黑碳气溶胶在春季首先影响约800 hPa以上大气的温度并通过不同的动力机制影响东亚地区的风场,风场的改变进而导致了云量和降水在东亚北方地区增多而中南部地区减少,并最终使得地面温度表现出东亚中南部地区增温而北方地区相对降温的特征。     

我国北方地区对流层中下层臭氧收支

为了揭示我国北方地区对流层中下层臭氧(O₃) 的形成机理以及周边地区的污染输送对我国北方地区对流层中下层O₃收支的影响, 在与外场观测数据比较分析的基础上, 利用全球化学输送模式(MOZART-2) 采用收支分析方法定量分析了影响我国北方地区对流层中下层O₃的各个物理化学过程。结果表明:我国北方地区对流层下层O₃最重要的来源是光化学生成作用, 约占总来源的58.3%(41.5 Tg), 光化学生成反应中HO₂对于O₃生成的贡献最大; 最大的汇是干沉降过程, 约占总汇的43.2%(26.2Tg); 水平净输送作用对我国北方地区对流层中下层O₃收支的影响非常大, 在我国北方地区对流层下层, 41.6%左右的O₃来自水平净输送, 随高度增加, 水平输送影响增大, 我国北方地区对流层中层大约81.5%的O₃来自水平净输送。     

三维对流云对大气光化学组分的再分布作用及其化学效应

利用一个三维的冰雹云模式与化学组分输送模块耦合，得到云输送引起大气光化学组分的再分布，然后用一个包含详细气相化学反应机制的箱模式研究了云输送引起的气相体积分数的变化及其对大气化学系统产生的影响。结果表明，云输送后O3体积分数大于无云个例，但其后两天内两者的变化趋势相差不大；HNO3、NO2、NO3、PAN等的体积分数均明显高于无云个例，分别增长了87％、70％、62％和49％，其中NO2体积分数的增加主要由于云输送造成，而NO3、HNO3、PAN主要是输送对化学扰动的结果。两天内OH和HO2自由基体积分数比无云个例平均增长了13％和11％。     

人为和生物排放量对春季东亚地面臭氧的协同贡献

臭氧O3的生成是多因子影响的复杂非线性过程, 一个因子在其他因子起作用时的贡献可以分为纯贡献与协同贡献。本文采用因子分离方法和改进后的区域空气质量模式 (RAQM) 计算了人为氮氧化物 (NOx＝NO+NO2)、人为可挥发性有机化合物(AVOCs)以及生物可挥发性有机化合物(BVOCs)对春季东亚地区地面臭氧浓度的协同贡献及总贡献(＝纯贡献+协同贡献)。结果表明, AVOCs、BVOCs与NOx对O3生成量的贡献依赖于AVOCs、BVOCs排放量的相对大小。AVOCs或BVOCs排放量显著偏高的地区, 其总贡献主要来源于其与NOx的协同贡献。从区域角度 (1°×1°) 来看, BVOCs对东亚春季地面O3浓度的贡献较小, BVOCs排放量明显偏高的个别地区除外。BVOCs总贡献有很强的日变化特征, BVOCs总贡献有可能小于其协同贡献。个例研究的成果应用于O3调控对策的制定和实施很可能达不到预期的效果。我国北方 (30°N以北) 应控制人为源; 我国南方BVOCs排放量显著偏高的地区, 生物源和人为源的贡献都必须考虑。     

RegCM3对东亚环流和中国气候模拟能力的检验

使用RegCM3区域气候模式,嵌套ERA40再分析资料,对东亚地区进行了15年（1987～2001年）时间长度的数值积分试验,分析了模式对东亚平均环流及中国地区气温和降水的模拟。结果表明,模式对东亚平均环流的特征和中国地区降水、地面气温的年、季地理分布和季节变化特征均具有一定的模拟能力,对气温和降水年际变率的模拟也较好。此外模式模拟在测站稀少地区,可以提供局地如降水分布更可靠的信息。模式对气温的模拟存在1-3℃的系统性冷偏差;对中国地区降水地理分布的模拟也存在一定偏差,如对年平均降水的模拟中,降水最大值位置与观测有一定差距,特别是对冬季降水中心的模拟存在较大偏差。模式模拟的夏季降水,在中国北方地区总体偏大100-200 mm,南方总体偏小100-200 mm。模式对地面气温的模拟效果好于降水。     

Ammonium Variational Trends and the Ammonia Neutralization Effect on Acid Rain over East Asia

The distribution and variations of ammonium and the ammonia neutralization effect on acid rain were examined in East Asia during the period of 2000-05 using observed wet deposition data from the Acid Deposition Monitoring Network in East Asia (EANET). Observational trends show a high proportion of NH4+ in the total cations, with a six-year mean proportion of over 20% for continental and inland regions. The concentrations and deposition of NH4+ were higher in western China and Vietnam than in other regions. The annual variations in NH4+ concentration were smooth in most of the regions, except for southern China and Vietnam, where the NH4+ concentrations increased, and western China, where the NH4+ concentrations decreased. The neutralization factors (NFs) of NH4+ indicate that ammonia has a great neutralization capability toward acid rain, including for the regions with low NH4+ concentrations, such as Japan. The NFs were high in summer, with no obvious discrepancies between the northern and southern stations. However, the correlation coefficients between NH4+ concentrations and rain pH values imply that the ammonia neutralization effects on the pH values were distinct only at southern China and southern Japan stations. The neutralization of precipitation by ammonia was estimated by comparing the discrepancies between the observed pH values and the pH values calculated without ammonia consuming the H+ in NH4+. The results demonstrate that ammonia may increase annual mean pH values by 0.4-0.7 in southern China and by 0.15-0.25 in southern Japan.     

SIMULATION OF PRESENT CLIMATE OVER EAST ASIA BY A REGIONAL CLIMATE MODEL

A 15-year simulation of climate over East Asia is conducted with the latest version of a regional climate model RegCM3 nested in one-way mode to the ERA40 Re-analysis data. The performance of themodel in simulating present climate over East Asia and China is investigated. Results show that RegCM3 can reproduce well the atmospheric circulation over East Asia. The simulation of the main distribution patterns of surface air temperature and precipitation over China and their seasonal cycle/evolution, are basically agree with that of the observation. Meanwhile a general cold bias is found in the simulation. AS for the precipitation, the model tends to overestimate the precipitation in northern China while underestimate it in southern China, particularly in winter. In general, the model has better performance in simulating temperature than precipitation.     

中国不同区域气候条件对冬季雾日形成的差异性分析

雾是一种严重的天气灾害,极大地影响了交通和日常生活,并可能带来巨大的经济损失。利用1958～2007年678个中国地面观测站点的雾日数资料,采用相关系数分析、合成分析等方法分析了冬季雾日数的时空特征,发现冬季多雾地区和年际变率较强地区集中在西南、华北和华南等地区。根据冬季雾日分布特征,将中国划分为3个较为独立的雾区,从水汽条件、大气稳定度及大气环流背景等方面讨论了区域气候条件差异对局地雾形成机制的影响,发现不同区域冬季雾日产生的气候条件有着明显的差异性。结论如下:西南区冬季雾的形成受水汽输送影响较小,受大气稳定度影响较大,且巴尔喀什湖东侧高压脊加强,冷空气南下,西南较易发生雾;华北冬季雾日的形成受水汽输送影响较大,伴随长江中下游水汽异常推进偏北,水汽异常大值中心偏北,且西伯利亚高压、东亚大槽以及东北低压减弱,冷空气活动较弱,华北较易发生雾。华南冬季雾日的形成受水汽输送影响较大,伴随长江中下游水汽异常推进偏弱,水汽异常大值中心偏南,且东亚大槽减弱,华南较易发生雾。     

人为气溶胶对中国东部冬季风影响的模拟研究

采用美国国家大气研究中心(NCAR)的公共大气模式CAM5.1研究了人为气溶胶排放增加对中国东部冬季风的影响,同时通过对比中国东部地区不同人为气溶胶排放源的敏感性试验结果,探讨了人为硫酸盐、黑碳及总人为气溶胶(硫酸盐+黑碳)增加对东亚冬季风的影响。结果表明:冬季硫酸盐气溶胶排放增加的直接和第一间接效应减少了到达地表的短波辐射通量,引起了陆地地表和对流层低层降温,海平面气压升高,增加了海陆间气压梯度,使得东亚冬季风增强。其第二间接效应导致中国南部大尺度降水率减少;黑碳气溶胶排放增加导致到达地表的短波辐射通量减少和大气中短波辐射通量增加,其半直接效应部分抵消了直接效应,故地表温度变化微小且不显著。加热的对流层低层导致中国南部对流活动和对流降水率增加;总人为气溶胶排放增加导致的大气温度变化表现为弱的降温作用,引起中国北部对流和大尺度降水率减少,而南部对流降水率增加。总人为气溶胶和黑碳气溶胶排放增加是导致中国北(南)部的东亚冬季风增强(减弱)的重要因素。     

Assessment of the biospheric contribution to surface atmospheric CO2 concentrations over East Asia with a regional chemical transport model

A regional chemical transport model, RAMS-CMAQ, was employed to assess the impacts of biosphere–atmosphere CO2 exchange on seasonal variations in atmospheric CO2 concentrations over East Asia. Simulated CO2 concentrations were compared with observations at 12 surface stations and the comparison showed they were generally in good agreement. Both observations and simulations suggested that surface CO2 over East Asia features a summertime trough due to biospheric absorption, while in some urban areas surface CO2 has a distinct summer peak, which could be attributed to the strong impact from anthropogenic emissions. Analysis of the model results indicated that biospheric fluxes and fossil-fuel emissions are comparably important in shaping spatial distributions of CO2 near the surface over East Asia. Biospheric flux plays an important role in the prevailing spatial pattern of CO2 enhancement and reduction on the synoptic scale due to the strong seasonality of biospheric CO2 flux. The elevation of CO2 levels by the biosphere during winter was found to be larger than 5ppm in North China and Southeast China, and during summertime a significant depletion( 7 ppm) occurred in most areas,except for the Indo-China Peninsula where positive bioflux values were found.     

2018年7月北半球极端天气气候事件及环流特征分析

2018年7月北半球天气气候显著异常,极端事件高发。欧洲、北非、东亚以及北美的大部分地区均遭受严重的高温热浪侵袭;印度、东南亚、中国西南部以及日本西部等地出现极端降水;西太平洋台风活动异常活跃,移动路径偏北。初步诊断表明,北半球中高纬度,由低层到高层稳定维持的异常高压系统是导致北半球中高纬度大部分地区高温热浪持续发生的直接原因。其中异常偏强、偏北的副热带高压,以及增强、东伸的南亚高压与东亚地区持续高温和极端降水事件直接相关;低层菲律宾周围异常活跃的对流活动和强盛的西南水汽输送共同导致南亚、东南亚地区极端降水发生。热带太平洋大部分地区偏暖的海温条件和菲律宾附近异常气旋性环流则与异常活跃的台风活动有关。更需要关注的是,北半球尤其是东亚地区大气环流的异常主要受海洋表面热力状况以及其他区域大气环流遥相关的影响。     

Modeling tropospheric ozone formation over East China in springtime

In this study, we investigate the springtime O₃ formation over East China (April 2008) using the Weather Research and Forecasting Model with Chemistry (WRF/Chem). A simple process analysis scheme is added to WRF/Chem, which could calculate the contributions of photochemical and physical processes to O₃ formation. WRF/Chem calculates the hourly 3-D O₃ mixing ratios, photochemical O₃ production rates (CPR) and physical processes contribution rates (PCR) on a two nested domain system, with inner domain focusing on East China. Model evaluation shows that the modeled results agree relatively well with the observations. On the ground level, the high O₃ mixing ratios (>45 ppbv) are located over Fujian and Jiangxi provinces. The O₃ levels over the Yangtze River Delta (YRD) and northern Jiangsu are low (<30 ppbv). The distribution patterns of CPR and PCR over East China reveal that the high O₃ mixing ratios over Jiangxi and Fujian are caused by both local photochemical generation and regional transport, while the O₃ concentrations over the YRD region are transported and diffused from surrounding areas. In addition, the contributions of biogenic and anthropogenic emissions as well as the regional transport from domain’s upstream regions are discussed. On average, the biogenic and anthropogenic emissions account for 2.6 and 4.5 ppbv of daytime mean O₃ mixing ratios in East China, respectively.