庐山2016年冬季三级分档雾水化学特征

探究不同尺度雾滴化学特征是深化雾微物理化学研究的重要内容。2016年12月—2017年1月在庐山开展雾综合观测实验,利用主动式三级分档雾水采集器（CASCC 3_stage）收集到3次雾过程73个分档雾水样本,雾滴分档粒径:4—16 μm（3级）,16—22 μm（2级）和≥22 μm（1级）。定量得到了分档雾水的pH、电导率（EC）及9种水溶性无机离子（Na+、NH₄+、K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、NO₂-、NO₃-、SO₄2-）浓度（μeq/L）。结果表明,庐山冬季雾水酸化严重,pH为3.96—5.82,pH < 5.6的样品占98.6%且直径4—16 μm小雾滴的强酸性（pH < 4.5）样品最多,占比达54.2%,小雾滴酸性和电导率更强;NH₄+、Ca2+、NO₃-、SO₄2-是雾水的主要离子组分,[NH₄++Ca2++NO₃-+SO₄2-]分别在三级分档雾水中占总离子浓度（TIC）的83.8%、88.0%和88.7%;综合3次雾过程,总离子浓度、NH₄+、K+、NO₃-、SO₄2-在4—16 μm小雾滴存在富集,表现出尺度依赖特征;86%雾水样品[SO₄2-]/[NO₃-]介于0.5—3.0,属于硫酸和硝酸混合型酸化,雾水酸化主要原因是碱性缓冲物质与酸性组分不平衡以及可能存在有机酸贡献;同一观测点不同雾过程化学特征存在个例差异,第二次雾过程（12月25日14时—26日21时）（北京时）,总离子浓度、NH₄+、Ca2+、NO₃-、SO₄2-在16—22 μm尺度雾滴存在富集,这可能是雾区气溶胶浓度较低、降温、采样间隔和污染气体及气溶胶输送共同作用的结果。后向轨迹聚类和潜在源（PSCF）分析表明,观测期间影响庐山的气团均来自西部,来自湖南北部的局地气团占总轨迹数的68.99%,最为重要;PM_2.5、SO₂、NO₂具有相似潜在源区空间分布,主要位于湖北、湖南、安徽西南部和江西北部等邻近省份地区,以近距离输送为主。      

一次平流辐射雾的边界层特征及雾水离子组分研究

为了研究北京城市浓雾生成机理以及雾水的污染情况,2006年12月11-12日,在北京南郊北京市观象台(39°56'N、116°17'E)对水平能见度在100m以内的浓雾进行了观测,并分析了这次浓雾形成的天气条件,对所采集的雾水进行了离子组分分析.结果显示:这是一次平流辐射雾,雾层厚约150m,能见度小于100m;在高空槽前、稳定边界层中,近地面正相对涡度区内有气流辐合和暖湿平流,日落之后地面降温迅速,有利于雾的生成;地面偏南风配合近地层暖平流,有利于增加雾的浓度;浓雾的形成发展时段内伴随着大气五级重污染事件.与1999年北京的雾水采样比较:pH值上升,电导率下降,阴离子浓度普遍下降,阳离子浓度有所上升.研究表明,近年来北京城市所采取的治理措施,减轻了浓雾及其雾水中的污染.     

中国区域空气污染本底站的降水化学特征

分析了3个代表不同背景特征的WMO（世界气象组织）区域本底空气污染站黑龙江五常县龙凤山本底站，北京密云县古北口上甸子本底站和浙江临安本底站的降水化学特征。分析内容为降水的pH值和SO₄2-、NO₃-、Cl-、F-、NH₄+、K+、Na+、Ca2+、Mg2+诸离子的浓度。结果表明，降水pH值和SO₄2-、NO₃-、NH₄+、Ca2+具有年际变化和年变化的特征，但其变化趋势各站及各要素不尽一致。离子Cl-、F-、K+、Na+、Mg2+浓度偏低，变化不明显。就多年平均而言，临安站的pH值为3站最低，SO₄2-为最高。上甸子除了SO₄2-浓度次于临安外，其余所有离子浓度均为3站之首，而且pH值也为3站最高。龙凤山除了降水中的Ca2+、Mg2+离子浓度略高于临安外，其它各离子的浓度是3站中最低，pH值在3站中的位置居中。降水化学特征演变趋势为:3个站的降水皆呈酸性，其中临安最严重，龙凤山其次，上甸子相对轻一些，但其酸化的速率为3站之首。     

南京冬季辐射雾和平流辐射雾的化学特征差异

利用2006和2007年冬季南京雾外场试验中取得的雾水离子成分资料,分析了雾水化学组分特征,探讨了雾水酸度来源及辐射雾和平流辐射雾的化学特征差异。结果表明,南京冬季雾水中总离子浓度偏高,浓度最高的3种离子成份是SO^-24、NH^＋4和Ca^2＋,但雾水酸性不强,碱性离子成分的中和作用是pH值较高的原因。平流辐射雾中雾水离子总浓度约为辐射雾的2.2倍,平流辐射雾中浓度最高的阳离子为NH^＋4,辐射雾中为Ca^2＋。     

瓦里关大气降水的化学特征

利用2007—2009年瓦里关本底台降水化学观测资料,分析了瓦里关降水的pH值、电导率及Cl-、NO-3、SO2-4、NH+4、K+、Na+、Ca2+、Mg2+等离子成分的分布特征。结果表明,瓦里关pH值和电导率的年平均值分别为6.60和21.26μs/cm,2007—2009年呈逐年升高趋势。根据pH值,瓦里关降水以中性降水为主,占总降水的65.13%,其次为碱性降水,酸雨最少。离子浓度大小排序依次为Ca2+SO2-4Na+NH+4Cl-Mg2+NO-3K+,且存在明显的季节变化特征,K+、Na+、Ca2+、Mg2+有相似的来源。瓦里关降水中SO2-4/NO3-的范围为0.35~16.48,平均值为3.07;2007—2009年SO2-4/NO-3值呈逐年下降趋势;SO2-4/NO-3全年存在两个峰值,分别在4月和9—10月。     

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。     

一次罕见的辐射-平流雾研究(Ⅱ)——雾水化学性质分析

利用2006年12月24-27日南京市持续浓雾的雾水样品资料,结合雾滴谱仪观测的雾的微物理结构和系留气球探测的边界层资料,分析了本次浓雾雾水的化学特征.结果表明:酸雾的频率达61.5%,平均pH值为5.63;雾水中主要阳离子是NH+4、Na+、Ca2+,主要阴离子是SO42-、NO-3,其次是Cl-;雾水中总离子和SO2-4浓度水平较高,说明本次过程大气污染比较严重;雾水的Na+/Cl-为3.09,明显高于其它地区,Cl-亏损严重,主要是因为此次雾是辐射-平流雾,受到东南海面上吹来的暖湿平流的影响;雾水中的离子浓度远高于雨水中的浓度,但雨水比雾水更酸;雾水离子总浓度与雾滴粒径呈反相关趋势(r=-0.71);浓雾发展过程中,pH值先升后降,前后出现三次起伏,其趋势与各离子和总离子浓度的变化大体相反.     

北京地区酸雨的天气影响因素及降水化学特征分析

对北京市2003-2009年的全市性酸雨过程进行研究,分析了影响北京地区酸雨的主要天气系统,并结合气流后向轨迹分析和上甸子站酸雨离子成分浓度分析,得到如下结论:影响北京地区酸雨的天气系统主要为低涡低槽型、西来槽型和副高边缘型天气系统.3种天气系统对应的降水平均pH值均小于4.5,达到强酸雨水平.降水前北京地区受持续的偏南风影响、上升运动的强度较强且维持时间较长,降水前出现逆温现象,都是导致北京地区出现强酸雨的重要因素.对北京大气污染有影响的气流轨迹在低涡低槽、西来槽和副高边缘型天气系统的比例分别为59％、74％和66％.西来槽型天气系统的电导率K值与水溶性离子浓度明显高于低涡低槽型和副高边缘型.     

五道梁大气气溶胶的化学组成和浓度及其季节变化

利用１９９３年９－１０月和１９９４年４－５月及７－８月在青藏高原五道梁采集的大气气溶胶元素浓度资料，分析了气溶胶化学组成的总体特征和浓度及其季节变化。结果表明：五道梁低层大气中气溶胶在总体上保持自然大气的组成，以地壳土壤元素为主，由人类活动造成的污染轻微，春季的气溶胶浓度约为秋季的１．７５倍，夏季可能与秋季接近，基本上反映了五道梁低层大气气溶胶浓度的季节变化特征。按元素质量深度的季节变化特征可将其     

呼和浩特市降水化学特征分析

对2006年呼和浩特市降水离子监测资料进行分析,结果表明:降水呈碱性,季节分布明显,夏季降水集中且pH值为全年最低,冬季降水量少,pH值较高;SO42-离子为主要致酸离子,阳离子中Ca2+,Mg2+离子的浓度很高;降水中主要成分之间相关性显著,Ca2+的中和作用较强;降水气团的后向轨迹分析表明蒙古国的沙漠地区是呼和浩特冬春季碱性降水的主要来源,夏季较低的pH值降水则部分源于我国的华中、华北地区的酸性污染物中长距离输送。     

The influences of macro- and microphysical characteristics of sea-fog on fog-water chemical composition

ABSTRACT During a sea-fog field observation campaign on Donghai Island in the spring of 2011, fog-water, visibility, meteorological elements, and fog droplet spectra were measured. The main cations and anions in 191 fog-water samples were Na＋, NH2, H＋, NO3, C1- and SO] , and the average concentrations of cations and anions were 2630 and 2970 p-eq L 1, respectively. The concentrations of Na＋ and C1- originated from the ocean were high. The enhancement of anthropogenic pollution might have contributed to the high concentration of NH＋, H＋, and NO^-3. The average values ofpH and electrical conductivity （EC） were 3.34 and 505 uS cm-1, respectively, with a negative correlation between them. Cold fronts associated with cyclonic circulations promoted the decline of ion loadings. Air masses from coastal areas had the highest ion loadings, contrary to those from the sea. The ranges of wind speed, wind direction and temperature corresponding to the maximum total ion concentration （TIC） were 3.5-4 m s-1, 79°-90° and 21°C-22°C, respectively. In view of the low correlation coefficients, a new parameter Lr was proposed as a predictive parameter for TIC and the correlation coefficient increased to 0.74. Based on aerosol concentrations during the sea-fog cases in 2010, we confirmed that fog-water chemical composition also depended on the species and sizes of aerosol particles. When a dust storm passed through Donghai Island, the number concentration of large aerosol particles （with diameter 〉 1 p-m） increased. This caused the ratio of CaZ＋/Na＋ in fog-water to increase significantly.     

南京市冬季雾的物理化学特征

为研究南京冬季浓雾的宏微观物理结构和物理化学过程,揭示空气污染物与雾水化学结构的关系,2006—2007年冬季,在南京信息工程大学院内进行了雾的综合观测试验。观测项目包括雾的宏微观结构、雾水化学、大气气溶胶粒子谱及化学成分、辐射和热量平衡各分量、湍流以及常规气象和环境监测。在雾的生消过程中,各项目的观测是连续进行的。两年共观测到27次雾过程,并采集到37个雾水样本。按其形成,将南京冬季雾分为辐射雾、平流辐射雾和蒸发雾三类。该文详细分析了各类雾的宏微观结构,研究了强浓雾(能见度小于50m)发展的物理过程。结果指出,南京冬季雾多属暖雾,雾顶高度以平流辐射雾最高,平均顶高851m,辐射雾次之,平均顶高486m,蒸发雾偏低,平均顶高428m;各微物理参数均以平流辐射雾最大,辐射雾次之,蒸发雾最小,平流辐射雾含水量最大时可达1g/m3。通过对微物理参量连续变化分析发现,平流辐射雾和辐射雾进入强盛阶段时,都具有明显的爆发性增强特征。雾水化学分析结果表明,南京雾水离子浓度比较高,酸雾约占43%,属于硫酸型,均与空气污染物SO2、NO2和颗粒物有关。     

青藏高原土壤湿度的变化特征及其对中国东部降水影响的研究进展

青藏高原土壤湿度受积雪与冻土的共同影响,能够记忆长时间的陆面干湿过程,是气候变化的重要因子,对随后的中国东部降水有预测意义。由于高原观测站点稀少,土壤湿度观测资料匮乏,致使现有相关研究大多是基于再分析资料、模式资料和卫星遥感资料(统称替代资料)进行的,且所得结论既有差异,也存在不确定性。因此本文首先综述了各种土壤湿度替代资料的适用性对比研究,进而讨论了青藏高原地区土壤湿度的变化特征及其对我国东部气候的影响。现有研究表明:1)资料对比研究指出,现有的各种替代资料对高原土壤湿度存在明显的高估或低估现象,且评估结论受评估指标和插值方法不同的影响。相对而言,SSM/I和风云3B的土壤湿度产品与实际观测资料相关性较好。2)高原土壤湿度具有多时间尺度变化特征和空间非均匀性,在年变化上具有显著的融冻特征,年代际变化趋势和年际特征呈现显著的区域性差异。SSM/I资料表明春季高原主体土壤湿度的年代际变化趋势呈现为增加的特征,与高原的增暖相一致;年际变率存在东、西两个高值区,与其相关的潜热、感热通量能共同激发遥相关波列影响我国长江流域降水;同时高原土壤湿度在垂直方向上具有一致性,在空间分布上具有南部边缘最大、由东南向西北递减的特征。3)前人对高原土壤湿度影响中国东部降水的结论各有不同,其可能原因之一是采用的替代资料及其适用性不同,其二是模式试验中忽略土壤湿度的空间差异性而带来的误差等。相关问题需要进一步深入研究。     

洛阳市近50年气温变化特征

根据洛阳气温资料,利用曲线图分析了洛阳市近50年的气温变化特征和规律,得出了洛阳市近50年的气候由“冬冷夏热”逐渐向“冬暖夏凉”转变的结论。     

深圳市近年空气质量与气象条件的关系

利用近4年深圳市大气污染物的质量浓度资料和天气型统计,分析了大气污染物浓度变化与本地天气特征、气象要素的关系,总结造成深圳市空气质量夏优冬差的天气气侯原因,归纳出850hPa与地面天气型的不同组合对空气质量的影响,并由此给出各种影响的逐月分布;最后根据大气污染物浓度逐年的概率密度分布曲线和空间分布描述了近年深圳市空气质量的年际变化和空间分布特征。     

2006—2019年山西省酸雨变化特征分析

利用2006—2019年山西省五台山、大同、太原、长治、侯马5个站酸雨观测资料,分析山西省不同时间尺度上酸雨次数和频率、降水pH、电导率K值的变化以及空间分布特征,不同酸度各雨量等级酸雨频率变化特征.结果表明:2006—2019年山西省酸雨次数和酸雨频率均呈下降趋势,年平均pH值范围为5.43—6.49,年平均电导率K...     

广西主要城市空气质量状况及其与气象条件关系分析

通过对南宁、桂林、北海市空气质量自动监测数据的分析得出 :三城市整体空气质量水平为 1级或 2级 ,即优或良 ,城市空气的首要污染物为可吸入颗粒物 ;桂林、北海两城市没有出现轻度或轻度以上的污染 ,特别是北海市空气质量为 1级“优”的天数占 90 .9% ,2级良占 9.1%。空气污染的浓度与气象条件有密切关系 ,其中南宁市主要污染物月平均浓度值与月平均气压呈正相关、与月平均气温、水汽压、降雨量、相对湿度、风速、 0 cm地温呈反相关关系。各种污染物日均浓度值也与地面、高空气象要素相关非常好。因此 ,在预报未来 2 4～ 36 h天气时 ,对空气质量可进行预报     

Recent progress in atmospheric observation research in China

Recent progress in atmospheric observation techniques, observational systems and their application in China are reviewed. According to different observational platforms, the review is presented in three sections, i.e., satellite remote sensing （SRS）, ground-based observation technologies and applications, and aircraft/balloon measurements. The section ＂satellite remote sensing＂ presents advances in SRS techniques, SRS of clouds and aerosols, and SRS of trace gases and temperature/moisture profiles. The section ＂groundbased observation technologies and applications＂ focuses on research such as lidar systems and applications, sun/sky radiometer and broadband radiation observations, weather radar and wind profilers, GPS measurements, and some new concept systems. The section ＂aircraft/balloon measurements＂ presents some newly developed aircraft- and balloon-based sounding techniques.