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     

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.     

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。     

南京郊区大气氮化物浓度和氮沉降通量的研究

为研究南京郊区的大气氮化物污染状况,进而估算其大气氮沉降通量,2005年6月-2006年5月在南京大学浦口校区气象园进行了大气、气溶胶和雨水样本的收集,同步进行近地面气象观测.在实验室分析大气氮化物NOx、NH3和有机氮浓度、总悬浮颗粒物(TSP)中硝酸盐、亚硝酸盐、铵盐和有机氮的质量浓度、雨水中NO-3、NO-2、NH+4离子和有机氮的质量浓度,利用气象资料和大叶阻力相似模型计算大气氮化物的干沉降速度,进而定量估算大气氮沉降通量.研究结果表明:南京郊区大气中有机氮浓度水平较高,无机氮(氨态氮和硝态氮)浓度水平较低.大气氮沉降量较大,且湿沉降和有机沉降贡献率占主导地位,这取决于本地区的下垫面和污染状况,同时也与气象条件有密切关系.     

大气探测高技术及应用研究进展

大气探测技术是支撑大气科学,特别是大气物理和大气环境学科发展的重要基础,其主要任务是发展新的探测和试验手段、原理和方法,为认识大气运动以及大气中各种物理、化学、生物过程的基本规律及其与周围环境的相互作用提供技术手段和方法。除了充分利用国内外已有的成熟技术和产品对大气科学发展提供支持外,大气探测还存在一系列科学与技术问题需要研究和开发,这也是大气探测科学与高技术的前沿。本文从强对流和降水探测技术、雷电探测技术、云特性探测技术、臭氧和气溶胶等大气成分探测技术、地基GPS观测反演大气和海洋参数、大气与环境综合探测平台六个方面综述近五年来中国科学院大气物理研究所在地面大气探测高技术研发、实验观测及相关研究领域所取得的一些主要进展,并对未来发展进行展望。     

大气系统集合预报方法及应用研究的发展

文章介绍了大气系统集合预报方法研究的发展过程与现状,集合预报初值集形成的基本方法,并简单介绍了其应用研究发展的现状.     

首都北京及周边地区大气环境污染机理与调控原理

1 城市边界层大气物理化学结构特征 初步获得了城市边界层大气动力结构:城市热岛和城市风场;城市建筑群零平面位移和粗糙度;城市雾分布特征及其动力、热力影响。城市尺度模拟研究获得了北京城郊地形对城市风场的影响,城市建筑对城市环流的影响,分析了北京西、北郊马蹄型山脉特征地形对城市风场日变化及对城市污染形成及其输送、堆积的可能机理,并绘制出有关分布图。     

“首都北京及周边地区大气环境污染机理与调控原理”开展外场观测试验

围绕北京城市大气边界层的物理化学结构特征和变化规律,进行了城市边界层大气动力结构的观测试验研究,开展了城市边界层大气污染物三维结构观测试验。同时还进行了城市边界层大气动力-化学过程相互影响等5次综合性观测试验研究。获得了一批有价值的科学数据,初步建立了城市环境边界层综合数据库,在此基础上进行了数据整理分析和数值模拟研究工作。     

大气边界层数值模式的发展

本文简要介绍了目前较为常用的一些边界层数值模式及其发展概况，同时也介绍了一些常用的模拟方法及各自的优缺点，最后简述了边界层数据模拟的发展趋势。     

Development and Intercomparison of Condensed Isoprene Oxidation Mechanisms for Global Atmospheric Modeling

A new condensed isoprene oxidation mechanism forglobal atmospheric modeling (MIM) was derived from ahighly detailed master chemical mechanism (MCM). In abox model intercomparison covering a wide range ofboundary layer conditions the MIM was compared withthe MCM and with five other condensed mechanisms, someof which have already been used in global modelingstudies of nonmethane hydrocarbon chemistry. Theresults of MCM and MIM were generally in goodagreement, but the other tested mechanisms exhibitedsubstantial differences relative to the MCM as well asrelative to each other. Different formation yields,reactivities and degradation pathways of organicnitrates formed in the course of isoprene oxidationwere identified as a major reason for the deviations.The relevance of the box model results for chemistrytransport models is discussed, and the need for avalidated reference mechanism and for an improvedrepresentation of isoprene chemistry in global modelsis pointed out.     

Urban Atmospheric Chemistry During the PUMA Campaign 1: Comparison of Modelled OH and HO<Subscript>2</Subscript> Concentrations with Measurements

Photochemical box modelling was undertaken to investigate OH and HO₂ radical chemistry during summer and winter field campaigns in the urban city-centre of Birmingham in the UK. The model employed the most recent version of the Master Chemical Mechanism (v3.1) and was constrained to 15-minute average measurements of long-lived species determined in situ at the site. The model was used to predict OH and HO₂ concentrations for comparison with measurements made by the fluorescence assay by gas expansion technique. Whilst there was generally good agreement between the modelled and measured OH concentrations, particularly during summer, there was sometimes a significant model under-prediction during daylight hours, which significantly skews the overall model: measured agreement. There were less measured data available for HO₂, but the agreement between model and measurement for the days where measurements existed were less good than for OH, with one or two exceptions. The modelled:measured ratios between the hours of 11:00–15:00 h for OH were 0.58 and 0.50 for summer and winter respectively. For HO₂, the same ratios were 0.56 in the summer and 0.49 in the winter. Sensitivity studies were conducted to attempt to understand the model-measurement discrepancy. The predicted radical concentrations were particularly sensitive to changes in NO_X concentrations. Constraining the model to the observed HO₂ concentrations made the OH predictions worse. These results highlight the fact that there are many complexities in urban areas and that more highly-instrumented campaigns are required in the future to further our understanding.     

辽宁区域性春旱的大气环流及影响因子分析

利用美国NCEP/NCAR的再分析资料、Hadley中心逐月海温资料(HadiSST)和辽宁地区逐日降水资料,对辽宁区域性春旱大气环流特征及影响因子进行分析。结果表明：乌山脊和东亚大槽减弱,位相比历年平均位相偏东,中高纬大气环流经向度减小,是导致中国辽宁区域性春季降水减少的大气环流背景;区域性春旱同期,大陆气压升高,海上气压降低;辽宁上空湿度明显小于历年均值,贝湖到中国辽宁一带盛行西北气流。区域性春旱前冬,辽宁上空200hPa高度场出现正距平;地面气温较历史同期偏高;Nino3海温异常偏低。     

Ion fluxes from fog and rain to an agricultural and a forest ecosystem in Europe

The deposition fluxes of inorganic compounds dissolved in fog and rain were quantified for two different ecosystems in Europe. The fogwater deposition fluxes were measured by employing the eddy covariance method. The site in Switzerland that lies within an agricultural area surrounded by the Jura mountains and the Alps is often exposed to radiation fog. At the German mountain forest ecosystem, on the other hand, advection fog occurs most frequently. At the Swiss site, fogwater deposition fluxes of the dominant components SO₄²⁻ (0.027 mg S m⁻² day⁻¹), NO₃⁻ (0.030 mg N m⁻² day⁻¹) and NH₄⁺ (0.060 mg N m⁻² day⁻¹) were estimated to be <5% of the measured wet deposition (0.85, 0.70 and 1.34 mg m⁻² day⁻¹, respectively). The corresponding fluxes at the forest site (0.62, 0.82 and 1.16 mg m⁻² day⁻¹, respectively) were of the same order of magnitude as wet deposition (1.04, 1.01 and 1.36 mg m⁻² day⁻¹), illustrating the importance of fog (or occult) deposition. Trajectory analyses at the forest site indicate significantly higher fogwater concentrations of all major ions if air originated from the east (i.e. the Czech Republic), which is in close agreement with earlier studies.     

一个适用于地球系统模式(CAS-ESM)的在线气溶胶与大气化学分量模式(IAP-AACM)的发展与评估

地球系统模式是研究全球气候与生态环境变化问题的重要工具，气溶胶与大气化学模式负责为其中的大气环流模式提供与气候效应有关的气态化学物质和气溶胶成分。本文在全球嵌套网格空气质量预报模式系统的基础上发展了一个适用于中国科学院地球系统模式（CAS-ESM）耦合计算的气溶胶与大气化学分量模式（IAP-AACM），采用简化的气相化学机制，不仅考虑了人为气溶胶，同时考虑了海盐、沙尘和二甲基硫等自然气溶胶及其前体物的在线排放。评估结果表明，IAP-AACM氧化剂插值计算可靠，采用简化机制和碳键机制（CBM-Z）模拟的差异较小。和观测的对比表明，得益于CAS-ESM的气溶胶双向反馈作用，简化版能够较好地抓住气溶胶及其前体物的空间分布，为IAP-AGCM提供可靠的气溶胶模拟。另外，简化版能大幅提升计算效率，满足CAS-ESM耦合长期积分的需求。为了在全球气候变化的研究中提供更完善的气溶胶模拟，未来考虑在IAP-AACM中增加氮化学和臭氧平流层化学机制。     

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.     

Tschebyscheff 函数在大气模式垂直离散问题中的应用

文章就常用全球谱模式中的垂直离散问题进行了讨论,给出了用Tschebyscheff函数积分静力方程、连续方程,以及计算垂直平流、垂直扩散等的方法。还对某些气象要素在垂直方向微商呈现间断的问题进行了分析,指出了其中存在的问题和应采取的措施。     

辽东湾地区大气扩散因子的应用研究

利用离海岸约800 m的气象铁塔上获得的数据,对辽东湾地区大气扩散因子的特征进行了研究。结果表明:在核设施正常运行期间,主要以高架排放方式为主。当风速较大时,烟羽抬升高度低于30 m。     

城市大气气溶胶细粒子的化学成分及其来源

大气气溶胶细颗粒物（PM10、PM2．5）是近年来大气气溶胶研究的热点。细粒子中含有多种化学元素与化合物。细粒子中的化学成分随时空变化而变化。细粒子主要来自车辆尾气、化石、油料及生物质燃料燃烧等人为排放源和二次污染。     

北京奥运会期间CBM-Z化学机制的模拟应用

利用CBM-Z化学机制模拟了中国科学院大气物理研究所气象塔站在北京奥运会期间高臭氧时段O3浓度的日变化,评估了气象条件、北京奥运会加强控制措施以及O3前体物浓度对近地面O3生成的影响。结果表明:(1)CBM-Z化学机制较好地模拟了北京奥运会期间典型时段气象塔站O3、NO、NO2日变化特征。(2)有利于局地高臭氧事件发生的气象条件非常相似;北京奥运会加强控制措施的实施显著减少了NOx及VOCs的排放量,导致近地面O3浓度的明显下降。(3)奥运会期间VOCs和CO是影响气象塔站O3生成量的关键因素。