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     

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。     

青岛大气气溶胶的浓度分布和干沉降的观测研究

根据青岛沙尘天气历史资料和近年来的青岛地面气溶胶观测资料,分析了青岛沙尘日数的长期变化趋势、季节变化特征以及气溶胶质量浓度、谱分布和干沉降的季节变化.分析结果表明,1961～1988年青岛沙尘日数呈波动变化,且幅度较大.1999年以来沙尘日数明显增加,且以浮尘天气为主.青岛在1961～2001年扬沙日数年平均值为1.83天,是北京同期的13%;年浮尘日数为2.93天,是北京同期的75%.青岛沙尘发生日数主要集中在冬春季,春季最高,冬季次高;夏季没有沙尘天气,秋季很低.青岛气溶胶质量浓度有明显的季节变化,春季最高,冬季次之,秋季又次之,夏季最低.大流量观测的总悬浮颗粒物(TSP)年平均浓度为177μgm-3,安德森分级采样器观测的气溶胶质量浓度为123μg m-3,两者的差别与不同的观测时间和观测仪器有关.在3月和4月,粗细粒子的浓度相差很大,粗粒子分别占总浓度的80%和62%.青岛气溶胶沉降通量在0.06～0.2 g m-2d-1之间,平均值为0.13 g m-2d-1,是北京沉降通量的30%.     

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。     

藏东南森林穿透雨氮沉降通量变化特征及其影响因子

2012—2013年生长季在野外原位观测了青藏高原林芝地区森林穿透雨中不同形态氮湿沉降通量,并研究了氮沉降通量的变化特征及其影响因子。研究结果表明,2012、2013年可溶性总氮(TN)累积沉降通量分别为8.82kg·hm-2·a-1和6.91kg·hm~(-2)·a~(-1);其中,硝态氮(NO-3-N)、铵态氮(NH+4-N)、可溶性总有机氮(DON)沉降通量分别占总氮的16.98%、53.39%和29.63%,NH+4-N对湿沉降通量的贡献率最大。不同形态氮沉降通量呈现明显的季节性变化特征,一般在夏季达到最大值。随着降水量及温度的升高,不同形态氮沉降通量均有增加趋势;其中,总无机氮(TIN)与月平均气温呈显著相关关系(p0.05),TN、TIN均与月累积降水量呈极显著相关(p0.01)。月累计降水量和月平均气温可以共同解释森林穿透雨中TN沉降通量55.2%的变化。     

典型大气污染物在不同下垫面上干沉积速率的动态变化及空间分布

利用中国科学院红壤生态试验站微气象站实测的梯度资料和大叶阻力相似沉积模型,计算了农田和森林下垫面大气污染物的干沉积速率,并将此模型嵌套到区域酸性沉降模式系统(RegADMS)中,模拟获得中国地区11种大气污染物干沉积速率的空间分布.结果表明:大气污染物干沉降速率(Vd)有明显的时间变化,物种的干沉积速率一般白天大于晚上,冬春季大于夏秋季节.大气污染物Vd也有明显的空间变化,中国地区SO2、HNO3、NO、NO2、NH3、O3、H2O2、TSP、PM10、SO2-4和NO-3年平均Vd分别为0.35士0.004、1.77±0.01、6.5 ×10-5±2.0×10-7、0.07±0.0007、0.28土0.003、0.20±0.001、0.54±0.002、7.2±0.0005、0.44±0.0005、0.25±0.0005、0.27±0.0008cm s-1.各种下垫面上粒子Vd差别不大,气体污染物在各下垫面上的Vd有所不同,表现为HNO3、NO2、O3的Vd在森林和草原上较大,而SO2、NH3、H2O2的Vd在水面上较大,NO的Vd都很小,且在各种下垫面上差别不大.     

南京冬季辐射雾雾水沉降特征研究

利用2007年11月15日至12月29日在南京市郊开展的雾外场观测试验所获取的雾滴谱、三维风资料,利用涡度协方差法,主要分析了南京冬季辐射雾雾过程中的雾水沉降特征,并探讨了一次辐射雾与辐射—平流雾雾水沉降特征的差异。结果表明:辐射雾成熟阶段的雾水沉降量占总沉降量的90%以上;发现20μm以上的大雾滴对沉降起主要贡献,而大雾滴主要受重力沉降机制影响,重力沉降量约占总沉降量的82%,而雾水的湍流沉降量相对较小;直径7μm以下与40μm以上的雾滴对总沉降量几乎无贡献;雾的液态水含量与雾水沉降量之间线性相关,说明雾液态水含量对雾水沉降量有直接的影响,雾水沉降集中在能见度50 m以下的强浓雾阶段;辐射雾发展阶段近地面小雾滴在湍流扩散作用下以一定的周期向雾层上方输送,使得雾水通量谱具有明显的振荡特征,而辐射—平流雾的雾水通量谱不具有振荡特征。     

海表动量和热量通量的数值模拟

本文分析了用IAP两层大气环流模式模拟的海表动量和热量通量,并将其同Han等和Esbensen等的气候资料比较.模拟的热量通量与观测估计值有类似的水平分布和季节变化,但在中低纬地区有偏多的热量由海洋向大气输送,尤其1月北半球中纬大气需要从海洋获得过分多的热量;模拟的海表动量通量和气候估计值也类似,但模拟的北半球冬季中高纬西风动量通量中心位置偏东,赤道中西太平洋和大西洋的东风动量通量偏弱,南半球环绕南极的西风带模拟得过分弱(尤其在7月份).本文还检验了基本变量的日变化和日际变化对计算海表动量和湍流扩散热量通量的影响,结果表明用月平均,日平均和每小时的基本量计算的动量和湍流扩散热量通量依次增大,尤其在中高纬地区更明显.     

青藏高原地表热通量变化及其对初夏东亚大气环流的影响

应用NCEP地面热通量资料, 研究了青藏高原地面感热、潜热的气候状况及其与初夏东亚大气环流之间的关系。发现高原地面热通量的异常将影响高原地区上空的垂直运动与辐散辐合运动, 从而引起东亚地区高度场及风场的异常。同时, 青藏高原地区地面热通量与后期东亚地区的环流变化也有密切关系, 这种关系可为预测东亚地区初夏环流异常提供有意义的指标。     

辐射和积云对流过程对大气辐射通量的影响

基于中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室发展的全球大气环流谱模式(SAMIL-R42L26),研究了澳大利亚气象局研究中心(BMRC)新辐射方案和新Zhang-McFaflane积云对流方案对大气辐射通量模拟的影响.新辐射方案相比原辐射方案在辐射计算光谱分辨率、气体吸收和计算效率等方面作了很多改进,其对大气辐射通量的模拟能力相应提高.在晴空条件下,大气顶出射长波、大气吸收短波和地表入射短波等与观测的偏差较原辐射方案明显减小,尤其是在对流活跃区域.在云天条件下大气辐射通量与观测的偏差也较原辐射方案减小,但其偏差依然较大,这与模式中积云对流参数化方案模拟能力不足引起的辐射通量偏差有关.为此,换用了新Zhang-McFarlane积云对流方案,其结果表明,对流活跃区水汽含量显著增加,原对流方案中偏强的"双赤道辐合带"现象明显减弱,赤道辐合带地区的大气辐射通量偏差有明显减小,在海洋地区晴空大气顶出射长波和地表入射短波的量值及空间分布均接近观测结果,同时大气顶全球平均能量收支的年变化和观测结果趋于一致,其中模拟的伞球年平均大气顶能量收支和观测的偏差不到0.6 W/m2.试验结果同时表明,在未来研究中引入气溶胶分布、调整相关的云物理和陆面过程等物理参数化方案是进一步提高SAMIL-R42L26辐射通最模拟性能的关键.     

Deposition of atmospheric particulate PCBs in suburban site of Turkey

Dry deposition and air concentration samples were collected from July 2004 to May 2005 at a suburban site in Turkey. A water surface sampler (WSS) was used to measure directly the dry deposition flux of particulate polychlorinated biphenyls (PCBs) while a high volume air sampler (HVAS) was employed to collect air samples. Particulate PCB concentrations accounted for 15% of total PCBs (gas + particle phase) at the site. The overall particulate phase PCB flux ranged from 2 to 160 ng m^− 2 d^− 1 with an average of 46.3 ± 40.6 ng m^− 2 d^− 1. Forty one PCB congeners were targeted in the samples while twenty one congeners were found to be higher than detection limits in deposition samples. Fluxes for homolog groups ranged between 0.9 (7-CBs) and 21.0 (3-CBs) ng m^− 2 d^− 1. Measured dry deposition fluxes were lower than the ones usually reported for urban sites. Average PCB dry deposition velocity, calculated using flux values and concurrently measured atmospheric concentrations, was 1.26 ± 1.86 cm s^− 1 depended on size distribution of particles, atmospheric PCB concentrations and meteorological conditions.     

Atmospheric deposition of nitrogen, sulfur and chloride in Thessaloniki, Greece

In the present study, the wet and dry depositions of particulate NO₃⁻, SO₄²⁻, Cl⁻ and NH₄⁺ were measured using a wet/dry sampler as a surrogate surface. Gas phase compounds of nitrogen, sulfur and chloride (HNO₃, NH₃, SO₂ and HCl) were measured by an annular denuder system (ADS) equipped with a back up filter for the collection of particles with diameter ≤ 5 μm. Ambient concentrations of NO, NO₂ and SO₂ were also taken into consideration. Sampling was conducted at an urban site in the center of the city of Thessaloniki, northern Greece. The presence of the aerosol species was examined by cold/warm period and the possible compounds in dry deposits were also considered. Dry deposition fluxes were found to be well correlated with ambient particle concentrations in order to be used for the calculation of particle deposition velocity. Average particulate deposition velocities calculated were 0.36, 0.20, 0.20 and 0.10 cm s^− 1 for Cl⁻, NO₃⁻, SO₄²⁻ and NH₄⁺, respectively. Total dry deposition fluxes (gas and particles) were estimated at 3.24 kg ha^− 1 year^− 1 for chloride (HCl + p-Cl), 9.97 kg ha^− 1 year^− 1 for nitrogen oxidized (NO + NO₂ + HNO₃ + p-NO₃), 5.32 kg ha^− 1 year^− 1 for nitrogen reduced (NH₃ + p-NH₄) and 15.77 kg ha^− 1 year^− 1 for sulfur (SO₂ + p-SO₄). 70–90% total dry deposition was due to gaseous species deposition. The contribution of dry deposition to the total (wet + dry) was at the level of 60–70% for sulfur and nitrogen (oxidized and reduced), whereas dry chloride deposition contributed 35% to the total. The dry-to-wet deposition ratio of all the studied species was found to be significantly associated with the precipitation amount, with nitrogen species being better and higher correlated. Wet, dry and total depositions measured in Thessaloniki, were compared with other countries of Europe, US and Asia.     

Enhanced atmospheric phosphorus deposition in Asia and Europe in the past two decades

磷是植物生长必需的元素,磷缺乏将限制植被生产力及碳汇功能.为厘清全球大气磷沉降的时空格局,本文收集了 1959-2020年发表的396条观测资料.结果发现,全球大气磷沉降的几何均值为0.32 kg ha-1 yr-1,全球大气磷库约4.4Tg yr-1.与1959-2000年相比,近20年亚洲和欧洲大气磷沉降呈现上升趋势,主要来源是农业活动,沙尘传输和燃烧源排放.碳中和背景下,清洁空气行动是否会改变磷沉降的途径和形态,进而影响到生态系统的结构和功能,是需要回答的科学问题.     

Sulphur atmospheric deposition in areas with different anthropogenic loads in Belarus

This article presents some results of an investigation of sulphur atmospheric deposition in areas with different anthropogenic loads in Belarus. Through sampling and chemical analysis of precipitation, new data about sulphate concentrations in precipitation and atmospheric deposition of sulphur in different conditions, including regional background conditions, a large industrial city and a zone affected by point source of sulphur emission, were obtained. Comparison of the chemical composition of precipitation at three sampling locations has shown that the local emission of sulphur compounds has a minor influence on local sulphur deposition. This data points to the dominant role of transboundary transfer of sulphur in contamination and acidification of the environment in Belarus.     

二氧化硫干沉降的测量

通过在成都市郊对二氧化硫气体浓度和气象要素进行同步梯度观测,得到二氧化硫的干沉降速度.总结了影响二氧化硫干沉降速度的主要因子及日变化规律,发现其干沉降速度白天大于夜间,并在白天午后15时前后出现极大值,夜间2时前后出现极小值,平均沉降速度为1—1.5cm/s,且随稳定度的增加干沉降速度减小.     

Characterization of nutrients in the atmospheric wet and dry deposition observed at the two monitoring sites over Yellow Sea and East China Sea

To investigate the atmospheric deposition of nutrients into the coastal and shelf regions of the northwest Pacific Ocean, observation sites were established upon Qianliyan Island (within the Yellow Sea) and the Shengsi Archipelago (within the East China Sea), respectively. Nutrient concentrations, including , were determined in both aerosols and rainwater samples. The analytical results contain clear seasonal signatures, with high values during the dry season and low values during the rainy season. Similar trends are observed for deposition fluxes. The amount of wet deposition is greater than that of dry deposition for the studied nutrient species. The influence of meteorological factors such as rainfall means that samples from Qianliyan Island record higher nutrient values than those from Shengsi. Along with riverine inputs, atmospheric deposition plays an important role in determining the biogeochemistry of nutrient species in coastal and shelf oceans. An erratum to this article can be found at     

天山北坡典型草地净初级生产力对氮沉降及气候变化的响应阈值研究

生态阈值现象普遍存在于自然系统中.气候变化幅度过大,超出了生态系统本身的调节和修复能力,生态系统的结构功能就会遭到破坏.新疆干旱区气候波动明显,该区草地生态系统对大气氮沉降和气候变化的响应是否存在阈值,有待深入研究.本文以天山北坡沿海拔梯度分布的四种草地类型（高山草甸（AM）、中山森林草地（MMFM）、低山干草原（LMDG）和平原荒漠草原（PDG））为研究对象,基于DNDC模型,揭示氮沉降及气候变化对天山北坡草地生态系统净初级生产力的影响.研究结果表明：1）草地净初级生产力 （NPP）对氮沉降增加的响应存在阈值,PDG、LMDG、MMFM和AM的响应阈值分别为20±5.77、60±26.46、50±15.28和30±11.55 kg·hm^-2.2）四种草地类型的NPP从大到小依次为MMFM、LMDG、PDG和AM,水热条件是决定NPP的主要因素.3）PDG草地NPP对温度升高的响应存在阈值,而对于其他类型的草地,在目前的研究中尚未得出确切结论.4）PDG和LMDG草地NPP与降水有明显的正相关关系,而AM草地NPP的变化与降水变化呈负相关.不同草地类型对降水变化的敏感程度也有较大差异,PDG最大,其次是LMDG,之后是AM和MMFM.     

Ambient air dry deposition and ionic species analysis by using various deposition collectors in Shalu, central Taiwan

This study describes the chemical composition of dry deposition collected at a highway traffic site in central Taiwan during daytime and nighttime periods by using a dry deposition plate (DDP) and water surface sampler (WSS). In addition, the characterization for mass and water-soluble species of total suspended particulate (TSP), both PM_2.5 and PM₁₀, was studied at the study site from August 22 to November 30, 2006. Dry deposition fluxes of ambient air particulates and inorganic species (Na⁺, NH₄⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Cl⁻, NO₃⁻ and SO₄²⁻) were analyzed by Ion Chromatography (DIONEX-100).Results of the particulate dry deposition fluxes and mass concentrations are higher in the water surface sampler with respect to the dry deposition plate used in this study. Statistical results also showed the average dry deposition flux of the ionic species (Na⁺, NH₄⁺, K⁺, Cl⁻, NO₃⁻ and SO₄²⁻) obtained by the DDP and WSS displayed significant differences. Also, the average concentrations of Mg²⁺ and, Ca²⁺ were statistically the same at this study site.     

大气动力学中三种Rossby波作用通量的特征差异和适用性比较

大气动力学诊断Rossby波的传播时,通常用波作用通量来表示。常用的三种波作用通量分别为Plumb波作用通量,T-N波作用通量和局地E-P通量。本文详细讨论了这三种方法的特征差异,并结合2016年1月的一次寒潮事件,比较了三种方法在该事件中的适用性。结果表明:1)Plumb波作用通量的纬向分量较大而经向分量较小,适用于振幅较小的纬向均匀的西风带Rossby长波的诊断。2)T-N波作用通量是对Plumb波作用通量的改进,经向分量得以增强,能更好地描述纬向非均匀气流中的较大振幅的西风带Rossby长波扰动。T-N波作用通量计算时,背景场取多年平均的当月气候场较合适,能更好地反映当前季节内的Rossby波传播异常。3)局地E-P通量可以诊断一段时间内天气尺度瞬变波对背景场(定常波)总的调控作用,但无法直接反映Rossby长波的逐时演变(T-N波或Plumb波作用通量则可以)。     

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。