华北平原固城站NO2对流层柱浓度变化特征

基于2008年9月—2010年9月河北固城生态与农业气象试验站多轴差分吸收光谱仪 (multi-axis differential optical absorption spectroscopy, MAX-DOAS) 获得的太阳散射光谱观测,反演计算该地区NO₂对流层柱浓度,分析其季节、日变化特征以及不同来源输送的影响,并与同期NO₂地面观测资料和卫星产品进行对比分析。发现固城站NO₂对流层柱浓度冬高 (5.14×1016 cm-2) 夏低 (1.28×1016 cm-2);日变化形态在四季均呈现中午低、傍晚高的特征,且冬季最明显。与北京城市区域同期的观测相比,冬季固城站观测值略低,而在春、夏季则偏低较显著。地面风玫瑰图分析显示,来自SW, SSW, NE方向及ENE方向的污染输送对其贡献最大。与地面、卫星NO₂观测的对比表明,MAX-DOAS反演的NO₂柱浓度与地面观测浓度具有一致的季节和日变化特征,卫星反演的NO₂对流层柱浓度产品在华北平原农村地区存在系统性低估。     

青藏高原闪电与NO_2的分析及中国内陆地区LNO_x产量的估算

为了进一步认识闪电活动与对流层氮氧化物的关系及更准确地估算中国地区闪电产生的氮氧化物(LNOx)总量,选取人口稀疏,工业生产水平较低的青藏高原地区作为研究区域,基于LIS(Lightning Imaging Sensor)和GOME-2(The Global Ozone Monitoring Experiment-2)卫星探测仪资料,分析了青藏高原中部区域2009年1月至2012年2月闪电与对流层NO2垂直浓度(VCD)月均值资料的时空分布特性和相关性。在此基础上,结合Beirle et al.(2004)的LNOx估算方法,估算了中国内陆地区的LNOx产量。结果表明:青藏高原地区对流层NO2与闪电与在年际趋势、空间分布及季节变化上保持很好的一致性,闪电密度与NO2VCD的线性拟合相关系数为0.84,这表明青藏高原地区NOx受人为源影响小,是研究LNOx的理想区域。基于拟合结果,估算得到中国内陆地区LNOx的年均产量为0.15(0.03~0.38)Tg(N)a-1。这一结论进一步缩小了以往研究中中国地区LNOx产量估算的不确定范围,有助于更清楚地认识闪电在中国气候变化中的重要作用。     

重污染下我国中东部地区1960~2010年霾日数的时空变化特征

对1960~2010年我国中东部地区霾日数的时空变化特征的分析结果表明:1)霾日数大值区主要分布在人口众多的四川盆地、北京-天津-河北地区、长江中下游地区以及广东-广西中部。2)季节变化上,霾日数冬季较多,其中北京-天津-河北地区中部和西南部、四川盆地和东北地区东部和南部等地超过20 d,夏季最少。3)霾日数气候趋势系数在北京-天津-河北地区、长江三角洲地区和珠江三角洲地区趋势系数高达0.8。4)霾日数呈现明显的上升趋势[3.69 d(10 a)–1],其气候趋势系数为0.82,通过了99.9%的信度检验。5)我国中东部气溶胶光学厚度和对流层NO2的空间分布与年平均霾日数的分布基本一致,近51年来能源消耗量的稳定上升趋势也表明,人为因素导致的大气污染物排放量增加是引起霾天气出现频率上升的重要因素。     

海洋对人为CO2吸收的三维模式研究

文中用包含海洋化学过程和一个简单生物过程的三维碳循环模式模拟了海洋对大气CO₂的吸收,并分析了碳吸收的纬度分布。模拟工业革命以来海洋对大气CO₂的吸收表明:海洋碳吸收再加上大气CO₂的增加只占由化石燃料燃烧、森林砍伐和土地利用的变化而释放到大气中的CO₂的2/3。1980～1989年期间海洋年平均吸收2.05GtC。海洋人为CO₂的吸收有明显的纬度特征。模式计算的海洋CO₂的吸收在总量与纬度分布上与观测结果比较相符。     

ENSO与火山活动的共同作用对大气CO_2浓度年际变化的影响

利用Mauna Loa和南极站点月均观测大气CO_2和δ~(13)C资料分析了大气CO_2浓度的年际变化特征,发现大气CO_2浓度年际变化与ENSO呈正相关而与火山喷发指数呈负相关。大规模火山喷发能够降低强ENSO对大气CO_2浓度的年际变化的影响,不仅与喷发强度有关,还与持续作用时间有关。ENSO与火山喷发共同影响大气CO_2浓度年际变化,而分析期间内的El Chichon和Pinatubo喷发后大气CO_2和δ~(13)C年际变化的差异则受ENSO和火山喷发的强度以及两者的相对起始时间的影响。δ~(13)C分析结合Keeling Plot计算表明,ENSO对大气CO_2浓度年际变化的影响主要通过影响陆地生态系统生产量的变化,而火山喷发对其影响则通过因温度降低和海洋施肥效应所引起的海洋吸收增加。     

TiO2纳米晶多孔微球的制备方法及形成机理

TiO₂纳米晶多孔微球具有颗粒大、晶粒尺寸小及比表面积较高等优点.以明胶作为模板,以钛酸丁酯为原料,采用溶胶-凝胶法制备了TiO₂纳米晶多孔微球,并采用透射电镜、X射线衍射仪对其性能进行了表征.实验结果表明:采用溶胶-凝胶法成功制备了纯锐钛矿型TiO₂;明胶的加入对样品的物相组成没有影响,但改变了其晶粒尺寸和排布方式,得到了一种由纳米晶组成的多孔微球;微球直径约为200~500 nm,其中孔隙约为2~5 nm,平均晶粒尺寸为(14.3±0.9)nm.在此基础上对TiO₂纳米晶多孔微球的形成机理进行了分析.     

大气CO2浓度升高及气候变化对作物冠层光合影响的数值模拟

利用美国Licor-6200光合作用测定仪,对黄淮海地区代表性冬小麦品种鲁麦23号叶片光合作用速率进行了较为全面的测定,分别确定了冬小麦叶片光—光合作用响应曲线和CO₂—光合作用响应曲线,在此基础上,建立了叶片光合作用模式,并进而建立了一个具有瞬时时间尺度,空间积分为叶片尺度的冬小麦冠层模式,利用模式分别分析了大气中CO₂浓度升高和温度变化对冠层光合作用的不同影响,并在此基础上进一步进行了综合数值分析。单因子分析表明:晴天状况下,冠层光合速率随CO₂浓度升高而上升,当CO₂浓度由330×10^-6上升至660×10^-6时,冠层光合日总量可增加19.7%;冠层光合速率随辐射增加而增大,辐射量增加10.0%,冠层光合日总量可增加6.7%;冠层光合速率随温度升高而下降,温度升高1℃,冠层光合日总量减少2.9%。多因子综合数值分析表明:在辐射量较大的气候背景下,冠层光合日总量对温度和CO₂变化响应更加敏感。本文的实测数据为研究气候变化对中国农业影响提供了最基本的可靠模型参数,冠层光合模型为未来改进作物模型提供了理论基础。     

香河地区冬季NO2光解速率的变化特征及其估算方法的建立

NO₂的光解速率j(NO₂)是对流层化学研究中的一个重要的参数，它是对流层臭氧（O₃）和OH自由基的形成关键影响因子之一。本文利用香河站2017年11月至2018年1月的观测资料对NO₂的光解速率j(NO₂)、太阳辐射的变化特征，及光解速率与分波段辐射相关性进行分析，在此基础上建立了一套适合于构建香河地区j(NO₂)的参数化方案。结果表明，香河地区的j(NO₂)与太阳辐射的变化趋势基本一致，日变化均呈正午高、早晚低的单峰型。香河地区冬季j(NO₂)的变化范围是0.00046～0.0044 s-1，平均值为0.0029 s-1。j(NO₂)与晴空指数（K_S）和定义的紫外辐射晴空指数（K_UV）存在很好的相关性，因此，利用j(NO₂)与大气质量数和晴空指数的相互依赖关系，基于K_UV构建了适合于香河地区j(NO₂) 的估算方程。由于总辐射是气象站的常规观测要素，晴空指数K_S更容易获取，继而建立了通过K_S参数化计算j(NO₂)的估算方程。利用K_UV和K_S建立的j(NO₂)估算方程的瞬时估算值与观测值的平均相对误差分别为6.5%和13.9%，均方根误差分别为0.00029和0.00051。     

INTEX-B NO2排放源在中国地区的应用与检验

将INTEX-B排放源应用到空气质量模型Model3-CMAQ中,对中国地区对流层NO₂的浓度分布进行了数值模拟,并与OMI卫星对流层NO₂资料进行了对比和验证。结果表明：将INTEX-B排放源应用到Model3-CMAQ模式,模拟的NO₂浓度在中国地区的分布、季节变化规律与卫星资料所得结果一致。敏感性试验表明,工业及电厂排放对NO₂的浓度贡献最大,而交通排放的贡献相对较小,两种排放均主要集中在京津、长江三角洲等经济发达地区。     

临安冬夏季SO2、NO2和O3体积分数特征及与气象条件的关系

对临安大气本底站2003-2004年冬、夏季二氧化氮(NO2)、二氧化硫(SO2)、臭氧(O3)进行了分析.结果表明:冬季NO2和SO2平均体积分数分别为19.48×10-9和35.74 x10-9,而夏季的平均体积分数分别为4.81×10-9和8.12×10-9,冬季高于夏季;O3在夏季的平均体积分数为33.55×10-9,略高于冬季的25.44×10-9;夜间NO2和SO2体积分数比白天高,并且NO2呈明显的单峰单谷型分布,O3也呈单峰型但峰值出现在白天.NO2、SO2体积分数存在着明显的“假日效应”,假日比非假日低,周五高于假日和非假日;但O3体积分数没有明显的假日效应.降水对SO2有明显的清除作用,但对NO2的清除作用不明显.与风向对比发现,夏季高体积分数的NO2、SO2都受到NW、WNW风的影响,冬季则分别受NE和SW、SSW风的影响;而O3受风向的影响较复杂,与局地光化学反应有关.     

南极长城站大气臭氧和NO2的观测研究

在中国第五次南极考察社长城站的科学研究活动中,开展了与南极臭氧洞有关的大气臭氧和NO_2柱含量的观测。观测采用地面吸收光谱的原理进行。从1988年12月到1989年2月的观测结果表明,长城站区臭氧柱含量平均值为341DU,与常年平均结果相当。NO_2的平均柱含量为2.16×10~(18)cm~(-2)。无论是臭氧或NO_2的柱含量都有明显的日变化。     

基于OMI数据的贵州省对流层NO2浓度时空变化分析

利用OMI卫星遥感数据提供的NO2浓度产品及气象站点数据,分析了2005-2017年贵州省对流层NO2柱浓度时空分布特征及其影响因素。结果表明:①贵州省NO2柱浓度年均值较小,说明贵州省空气质量整体比较好,年变化为NO2柱浓度先升高再降低的趋势,冬季最高、夏季最低,而月变化呈内凹型分布,一年中最大值大多出现在1月,7月出现最低值的次数最多;②空间分布呈西高东低、北高南低的特点;③在9个地市州中,六盘水市的NO2柱浓度年均值最大,贵阳市位于第二,浓度最低的是黔东南州。④降水和温度对NO2柱浓度都具有一定的负影响。     

Studying air pollution with kitt peak solar flux atlas — analysis method and results of observation

For the measurement of atmospheric NO2 vertical column density (VCD), Kitt Peak Solar Flux Atlas can be substituted as an extraterrestrial solar radiation. Compared with differential analysis method, the Taylor expansion of integrated transfer equation underestimates the VCD. This underestimation is as large as 35% when the amount of NO2 is 1 × 1017 cm－2 and observation is conducted with an air mass factor of 10. Even when the VCD is 2 × 1016 cm－2 and the air mass factor is 4, the relative error of the retrieved VCD is still no less than 3%. If the observation is restricted under the small air mass factor condition (≤4), with Kitt Peak Solar spectrum as an extraterrestrial solar radiation, only an atmospheric layer of 2 km thick from ground can be studied, which will make the absorption too weak to be detected by normal instruments.The VCD in winter Tokyo area was observed and analyzed by differential method, which shows a good precision even when the absorption is as low as 3%. The largest average VCD was about 1.3 × 1017 cm－2, and the lowest was about 1.3 × 1016 cm－2. The trend of its variation was almost the same as the ground level observation by Saltzman reagent method.     

Detection of Anthropogenic CO2 Emission Signatures with TanSat CO2 and with Copernicus Sentinel-5 Precursor (S5P) NO2 Measurements: First Results

China’s first carbon dioxide(CO₂) measurement satellite mission, TanSat, was launched in December 2016. This paper introduces the first attempt to detect anthropogenic CO₂ emission signatures using CO₂ observations from TanSat and NO₂ measurements from the TROPOspheric Monitoring Instrument(TROPOMI) onboard the Copernicus Sentinel-5 Precursor(S5P) satellite. We focus our analysis on two selected cases in Tangshan, China and Tokyo, Japan.We found that t...     

大气NO2柱浓度多轴差分吸收光谱测量技术及应用

介绍了以太阳散射光为光源的多轴差分吸收光谱技术（Multi-Axis Differential Optical Absorption Spectroscopy,简称MAX-DOAS）,以及MAX-DOAS仪器试验应用.试验中选取中午仪器测量的天顶散射光光谱为参考光谱即Fraunhofer参考光谱,并将测量光谱进行消噪、波长校准以及去除Fraunhofer结构处理.利用分子吸收光学厚度和Ring效应光学厚度对处理后的测量光谱进行最小二乘法拟合,反演出了大气NO2差分斜柱浓度（Differential Slant Column Densities,简称DSCD）.分析了天津武清NO2的差分斜柱浓度反演结果,用简单快捷的几何法将NO2差分斜柱浓度转化成对流层垂直柱浓度（Vertical Column Densities,简称VCD）.研究表明,MAX-DOAS可以有效地监测污染地区对流层NO2的垂直柱浓度.     

基于聚类分析的碳强度目标分解研究

基于地区聚类分析得到了我国2020年碳强度目标分解方案。根据各地区在经济能力、排放水平和减排潜力上的相似程度,将我国30个省区分成6类。按照公平原则,经济最发达的第1、2类地区减排目标最高,分别为55%和65%,但是其减排潜力较小;按照效率原则,减排潜力较大的第3、5类地区减排目标最高,分别为48%和61%,但是其经济相对落后;综合分解方案显示减排潜力最大的第5类地区,以及属于工业与排放大省的第2、3类地区的减排目标最高,分别为54%、49%和49%。而在这3种分解方案下,经济能力、排放水平与减排潜力都较低的第4类与第6类地区减排指标最高不超过40%。经济能力与减排潜力在空间上存在一定程度的错位,导致仅通过碳强度目标的分解无法较好地兼顾公平与效率,还需要建立配套的市场机制和政策工具。