Monitoring of polycyclic aromatic hydrocarbons in the Lake Baikal basin in the areas of intensive anthropogenic impact

Presented are the results of studying the content of polycyclic aromatic hydrocarbons and benz(a)pyrene in the lake water, in sewage waters of the enterprise, and in the upper 2-cm layer of bottom sediments in the area of the sewage discharge of Baikal Pulp and Paper Mill (BPPM), in bottom sediments in the north of Lake Baikal in the area of the Baikal-Amur Railroad, and in the channel and delta front of the Selenga River. The results were obtained at Hydrochemical Institute in 1981?C1989. The different content of benz[a]pyrene was determined for the first time in bottom sediments (sands and silts) for the bottom area of polygons in the mentioned regions. An intensive pollution exceeding significantly the normalized parameters for the benz[a]pyrene in bottom sediments is registered in the BPPM area only and its content in other areas does not exceed the background values on the whole.     

青藏高原东部牧区冬季雪灾天气的形成及其预报

对青藏高原东部牧区 ( 1967— 1996年 )冬季发生的成灾性降雪天气过程进行了较为详细的分析。探讨了北冰洋低压槽、贝加尔湖低压、东亚大槽和南支槽等欧亚大型天气系统活动对高原冬季降雪天气形势形成的作用。归纳出两种高原冬季成灾性降雪天气形成的模型。重点讨论了高原气流波动不稳定对高原波槽形成的量化指标 ,找出了若干高原低温—降雪过程预报的统计关系 ,并对高原冬季的雪灾预报提出了着眼点     

西藏普莫雍错介形类反映的中晚全新世以来湖面波动与环境变化

西藏普莫雍错位于喜马拉雅山脉印度季风雨影区,主要由冰川融水补给。根据湖泊的等深线分布和主要补给河流的入湖路径,对采自普莫雍错1～62 m水深范围的表层沉积物介形类和相关水环境参数进行了分析。结果表明,普莫雍错表层沉积物中含有7属9种介形类,其分布主要受湖泊水深、pH值、温度和光合有效辐射等环境因子的影响。介形类与水环境因子的降维对应分析、典型对应分析结果显示,水深是影响表层沉积物介形类分布的最重要的环境因子,用偏最小二乘法加权平均回归与校正模型建立的介形类-水深转换函数具有较高的精度与可靠性。利用此转换函数模型和一个72 cm长重力湖芯的介形类属种分析结果,定量重建了湖泊水深波动历史。湖面波动与湖芯的总有机碳、总无机碳、粒度等代用指标比较结果表明,普莫雍错6.0 kaBP以来的环境变化具有6.0～4.3 kaBP的温凉浅湖面期、4.3～2.0 kaBP温暖的湖面波动期及2.0 kaBP以来温暖的湖面扩张期。     

Sediment runoff formation trends of major tributaries of Lake Baikal in the 20th century and at the beginning of the 21st century

Presented are the results of the analysis of sediment runoff variations of main tributaries of Lake Baikal in the 20th century and at the beginning of the 21st century. It is revealed that the sediment runoff decrease has been observed in the tributaries since the second half of the 1970s. Considered are the reasons for such trend being peculiar in different areas of the lake basin.     

太湖及与湖岸城市间大气颗粒物分布特征分析

利用冬季连续2 d在两种气象条件下分别环绕太湖对湖泊近无锡区域、湖心区域、近西山岛区域和近苏州区域近湖层的PM0.5、PM2.5和PM10进行质量浓度观测,并通过分析同期相应气象资料(包括高空和地面风场、流场以及湖面站点的水平垂直风向风速等气象数据),探讨湖泊区域内外颗粒物浓度变化的时空特征以及受气象条件变化的影响。研究表明:第1天当天气为晴转阴且无雾时,由于湖面本身缺乏密集强排放源,以及因湖面大气上升运动较强使颗粒物容易被扩散稀释,且受偏东转东南气流所带来的气团较干净影响,湖面湖心区域和离岛区域颗粒物浓度明显低于上游城市;而在第2天当天气为雾时情况则相反,由于湖面大气较弱的上升运动使得大气颗粒物不容易被扩散稀释,且湖泊强大的水汽源影响有助于气溶胶和颗粒物的生成进而使得湖面颗粒物浓度大于周围城市。此外还发现在两种天气下,颗粒物浓度都存在无锡区域最高,湖心区域次之,苏州区域较低的特征。并且,在雾天不同粒径颗粒物间变化的相关系数更高。     

Levels of persistent organic pollutants in the components of the Lake Baikal unique ecosystem

Experimental results are presented of the estimation of pollution levels of Lake Baikal unique ecosystem (air, surface and deep water, soil, bottom sediments, and aquatic biota) with persistent organic pollutants (POPs) which were included to the list of Stockholm Convention (polychlorinated biphenyls, organochlorine pesticides, toxaphene, and polybrominated diphenyl ethers). The ranges of POPs concentration are determined and statistical characteristics (mean and median) over the period of observations are calculated. It is demonstrated that the wide variation range of POPs concentration depends on environmental factors and on the POPs source (local sources or global transport).     

Diurnal rhythms of carbon dioxide concentration in the sea-level air layer and in the surface water of Lake Baikal in different hydrological seasons

Results of studying processes of gaseous exchange of carbon dioxide (CO₂) in the water surface-atmosphere system of Lake Baikal are considered. Measurements were carried out in the littoral of the lake near the settlement of Bol’shie Koty. The measurement point was selected for the following reasons. First, it is the place where water chemistry and biota have been studied for several tens of years. Second, by its meteorological conditions the place can be considered as background. It is shown that during all hydrological seasons the gas exchange of CO₂ in the Baikal water surface-atmosphere system has a well-pronounced trend, whose amplitude depends on the season. The data obtained are indicative of the main role that Lake Baikal biota plays in regulating the intensity of gas exchange.     

基于MODIS影像的色林错湖面积变化及成因

利用2002—2009年EOS／MODIS卫星遥感资料和气温、地表温度气象资料,对色林错湖面积变化进行分析,并探讨了其成因。结果表明：西藏那曲地区色林错湖（包括雅根错湖）面积在近8a呈显著的扩大趋势,从2002年的1955．49km^2增至2009年的2197．46km^2,8a内增长了241．97km^2,现已超过纳木错湖面积,成为西藏第一大咸水湖。气温、地表温度升高导致冰雪融化和冻土层变浅是湖泊上涨的主要原因。通过研究证明了EOS/MODIS资料在研究湖泊变化中具有较好的指示作用。     

近30年夏季亚欧大陆中高纬度阻塞高压的统计特征

文中利用1970～2001年NCEP再分析500 hPa逐日高度场资料,根据阻塞高压的天气学定义,采用客观统计方法检索出近32 a亚欧中高纬度392个阻塞高压个例,对其进行了气候学分析.结果表明,亚欧中高纬地区夏季阻塞高压活动频繁,10 d以下的过程占绝对多数,地理分布主要集中在45～70°N之间,纬向上可划分5个高发区,其中乌拉尔山和贝加尔湖东部阻高活动频次最高,同时,每个区域中又存在着相应的阻高活跃区.亚欧中高纬地区夏季阻高活动具有明显的季节内变化特征.6月份,阻塞活动多发生在乌拉尔山地区和鄂霍次克海地区,以双阻为主要形势;7月份,欧洲区和贝加尔湖地区的阻塞活动有所增多,尤其贝加尔湖东部地区增多明显,而乌拉尔山地区的阻塞形势明显减少,鄂霍次克海地区的阻塞活动位置向北移动,多发生在60°N以北,双阻形势逐渐减弱,贝加尔湖地区的中阻形势有所增强.8月份,阻塞形势主要存在于贝加尔湖东西两区,中阻形势占据主导地位.亚欧中高纬地区夏季阻塞高压活动年际变化特征也很突出,且这种年际振荡有明显的地理差异.另外,研究表明亚洲北部的阻高活动多以稳定型为主,移动型阻高个例仅占6.6%.移动型阻高以起源于乌拉尔山地区最多,移距最长,生命期最长.偶极子类阻高多集中在贝加尔湖东部与乌拉尔山地区,约占该地区总阻高频次的62.0%和49.7%,平均生命期分别达到7 d/次和9 d/次以上.     

北京及周边地区2013年1—3月PM2.5变化特征

2013年1—3月北京及周边地区雾、霾高发,气候特征异于常年。利用2013年1—3月北京及周边地区6个地面观测站观测资料,研究PM_2.5和黑碳 (BC) 的质量浓度、区域分布特征及气象要素的影响情况。结果表明:北京及周边地区PM_2.5污染呈区域性高值、污染局地积累以及由南向北输送的特征。北京上甸子站在雾、霾与清洁期间BC与PM_2.5质量浓度的比值分别为7.1%和10.3%,雾、霾期间低于清洁期间;而河北固城站在雾、霾与清洁期间BC与PM_2.5质量浓度的比值分别为17.5%和11.9%,雾、霾期间明显高于清洁期间。二者相反的比值特征反映在清洁的下游地区雾、霾过程中二次生成的气溶胶所占比例较污染的上游地区偏高。     

中国东北南部地区冬季气温异常的海气背景分析

利用1951—2005年中国沈阳、通化、营口、丹东气温和北半球500 hPa高度及北太平洋海温资料,分析了中国东北南部地区冬季气温的异常变化及其海气背景。结果表明:中国东北南部地区冬季气温具有明显的年代际变化特征;冬季异常冷暖年份,其同期与前期500 hPa高度和海温距平场分布具有明显不同;前期春季(3—5月)贝加尔湖高压和西太平洋副热带高压的强弱变化,西风漂流区海温、赤道东太平洋关键区海温及2个海区海温距平差,对中国东北南部地区冬季气温的异常变化均具有较好的预测指示意义。前期夏季(7—9月)赤道东太平洋关键区海温对中国东北南部地区冬季气温异常变化具有指示性。     

近50年河南初夏旱涝异常特征分析

对1958～2006年河南38站的6月降水量进行分析,发现EOF第一模态呈全省一致的分布型,因此用38站平均降水量代表全省初夏降水.选取旱、涝年,对异常合成场进行分析,在涝年,北太平洋和日本以南洋面为负的潜热通量异常;500 hPa贝加尔湖以北有正的高度异常,我国东部和近海为正的高度异常,北太平洋为正的高度异常;850 hPa河南省西部是异常的东北风,东部是异常的西南风.通过定义高度指数,得到与河南省初夏降水关系密切的500 hPa高度场分布型,即贝加尔湖高压脊偏强,东亚大槽偏弱和西太副高偏北同时存在.对海洋要素场的相关分析表明,前期太平洋黑潮区的SST较高,海洋持续向大气输送潜热通量偏多,后期其东北侧太平洋从大气吸收热量,导致上空的位势高度偏高,有利于河南省降水.     

宁波地区空气质量及大气自净能力海陆差异对比

以镇海、奉化分别作为宁波沿海和内陆空气质量代表站。基于代表站2013-2017年污染物资料和2015年12月至2017年2月冬季激光雷达资料,对比分析宁波地区沿海和内陆站点的空气质量差异;利用NCEP的GDAS(Global Data Assimilation System)资料和ERA-Interim高分辨率再分析资料评估两地气溶胶来源及大气自净能力差异。结果表明:宁波沿海和内陆地区中度及以上污染主要集中于冬季,冬季首要污染物以PM2.5为主;镇海NO2浓度较奉化显著偏高,而两地PM2.5 和PM10 浓度差异较小。冬季镇海和奉化3km以下都存在消光系数大的气溶胶集中层,镇海3km内消光系数平均值较奉化偏高约40%。两地中度及以上污染时,镇海和奉化的气溶胶粒子主要来自宁波西北方向的内陆地区,比例分别为90%和63%,镇海地区其余10%左右来自近距离低空偏东气流的输送,而奉化地区有37%来自浙江西南部的短距离输送。冬季当宁波地区出现区域性优和中度以上污染时,浙江北部沿海分别盛行东北风和西北风,空气质量优时混合层内平均风速大于中度以上污染时。浙江省大气自净能力比值呈自西北向东南减小,宁波地区优等空气质量大气自净能力约为中度以上污染的 1.5倍。大气自净能力在不同空气质量等级下差异显著,可作为大气污染发生、发展和消退判定的参考依据。     

2012年汛期内蒙古大范围降水偏多成因分析

利用内蒙古113测站1961—2012年6—8月降水资料、1961—2012年NCEP/NCAP再分析资料数据集、国家气候中心太平洋海温资料,采用统计诊断、相关分析等方法,对2012年汛期(6—8月)内蒙古降水特点及影响因子进行分析,探讨2012年汛期(6—8月)内蒙古大范围降水偏多的可能影响因素。通过对近50a汛期降水年际变化特征及海温、印度夏季风活动、中纬度阻塞高压的影响进行分析,结果表明:2012年汛期(6—8月)内蒙古大范围降水偏多,主要表现为降水过程频繁、覆盖范围广、强降水过程多,多站突破历史纪录;主要原因为内蒙古汛期降水在减少的年代际背景下,年际变化规律明显,2012年汛期出现多雨的概率较大;2012年汛期北半球500hPa高度场主要特征相似内蒙古典型多雨年的环流形势;La Nina事件在2012年3—5月结束,有利于汛期降水偏多;印度夏季风异常偏强、乌拉尔山高脊和鄂霍次克海高压偏强、贝加尔湖地区受低槽控制均是影响2012年内蒙古汛期大范围降水偏多的重要因素。     

近30年京津冀地区冰雹的气候特征和突变分析

基于1979—2008年京津冀地区175个气象站的冰雹观测资料,应用气候趋势系数、倾向率、集中度和集中期,以及连续功率谱等方法,分析了京津冀地区及4个划分关键区冰雹发生的多时间尺度变化特征和变化趋势,并运用蒙特卡罗方法检验了气候趋势系数的显著性。结果表明：近30年该地区的冰雹有明显减少趋势,北部地区比南部地区减少幅度要大,山地区域比平原地区减少幅度大;基本上都存在2.0～2.5年的变化周期,该地区冰雹的发生具有准两年周期振荡的特征;南部平原冰雹发生的集中度最大,该区冰雹在年内发生时间最为集中;南部平原集中期较早,出现在6月初,其他几个关键区冰雹主要发生在6月底到7月初。应用气候要素累计距平曲线、Yamamoto方法进行了气候突变分析,结果表明京津冀地区冰雹在1993年发生了减少的突变,山地区域尤为显著。     

The fate of Lake Baikal: how climate change may alter deep ventilation in the largest lake on Earth

Lake Baikal is the oldest, deepest, and most voluminous freshwater lake on Earth. Despite its enormous depth, episodically (almost twice a year) large amounts of surface, cold, and oxygenated water sink until the bottom of the lake due to thermobaric instability, with consequent effects on the ecology of the whole lake. A minimal one-dimensional model is used to investigate how changes in the main external forcing (i.e., wind and lake surface temperature) may affect this deep ventilation mechanism. The effect of climate change is evaluated considering the IPCC RCP8.5 and some idealized scenarios and is quantified by (i) estimating the mean annual downwelling volume and temperature and (ii) analyzing vertical temperature and dissolved oxygen profiles. The results suggest that the strongest impact is produced by alterations of wind forcing, while deep ventilation is resistant to rising lake surface temperature. In fact, the seasons when deep ventilation can occur can be shifted in time by lake warming, but not dramatically modified in their duration. Overall, the results show that Lake Baikal is sensible to climate change, to an extent that the ecosystem and water quality of this unique lacustrine system may undergo profound disturbances.     

基于WRF模式的京津冀地区地表大气CO2浓度的模拟研究

在“双碳”目标背景下，从国家层面到地方层面，区域、城市、行业企业都在制定和实施双碳目标行动计划。CO₂模拟因其客观性和高时空分辨率等优势，在城市碳排放研究中深受重视。本研究以京津冀地区为研究区域，采用Picarro仪器高精度观测的2019—2020年CO₂数据，利用WRF模式进行CO₂传输模拟，分析了CO₂浓度变化的季节特征，评估了模式在城区中心、城郊及背景3个观测站点的模拟效果，并对边界层高度及化石燃料碳排放等可能影响CO₂浓度的因素进行了研究。3个观测站点分别为北京中国科学院大气物理研究所325 m气象塔观测站（北京站）、河北香河观测站（香河站）和上甸子区域本底观测站（上甸子站）。模拟结果表明：上甸子站优于香河站，香河站优于北京站，在冬季尤其明显；CO₂浓度的高值区主要分布在城区、电厂和工业区，尤其是唐山、石家庄和邯郸地区，大量交通、工业排放导致CO₂浓度明显上升，且高值区的范围在冬季最大；就日平均变化和日变化而言，边界层高度与CO₂浓度存在相反变化趋势；3个站点的化石燃料碳排放（FFECO2）与近地面总CO₂浓度存在正相关关系，冬春季的相关性高于夏秋季，且FFECO2的占比从大到小依次为北京站、香河站、上甸子站；CO₂传输模拟的不确定性存在空间差异和季节变化。     

梅雨期高位涡源区及其传播过程

分析了气候平均意义下梅雨前期及期间东亚地区等熵位涡（isentropic potential vorticity,简称IPV）的源区和演变过程。结果表明:梅雨发生前,东亚地区对流层高层经向位涡梯度减弱,而后这里的IPV开始向南延伸出高值带,形成“舌区”。同期对流层低层,经向位涡梯度出现反向,与南边位涡梯度大值带形成经向偶极子型并伴随梅雨发生发展。梅雨期40°N,120°E附近对流层顶折叠处有明显的位涡输送和质量交换。用10~90 d带通滤波和超前相关追踪IPV异常源区和传播路径发现,345 K的IPV异常场和梅雨期前后降水异常的相关系数最大值出现在前者超前后者10 d左右,位置在贝加尔湖东侧,这里是影响梅雨期降水的位涡源区。其向南输送高位涡空气主要在梅雨发生前的6月10日左右,高位涡异常空气沿2 PVU等位涡面以东北—西南路径向南输送,在2 PVU面最陡峭处堆积,然后穿越物质面快速下沉侵入40°N以南,并在对流层呈扇状铺开。因而,贝加尔湖东侧可能是影响梅雨的主要冷空气源区,是梅雨降水中期预报的一个关键区。     

宁夏夏季降水概念模型及预测模型

在相关普查及分析各因子物理意义的基础上，建立了宁夏夏季降水的概念模型和预测模型，结果表明：夏季500hPa高度场上欧亚中高纬地区为乌山脊、巴尔喀什湖至贝加尔湖地区为槽，赤道东太平洋海温低，印度低压弱，以及西太平洋副热带高压脊线位置偏北时，宁夏夏季易多雨，反之易少雨。