GPSO3和Vaisala臭氧探空仪平行施放比对结果的初步分析

为促进中国大气臭氧高空探测业务化进程,中国科学院大气物理研究所和中国气象局监测网络司联合组织了对国产GPS数字化大气臭氧探空仪（GPSO3）和芬兰Vaisala 公司产大气臭氧探空仪(Vaisala)主要技术性能的比对。现场平行施放比对于2002年1月在北京进行,共施放了7对臭氧探空仪。对两类大气臭氧探空仪现场平行施放比对试验结果的分析表明,两种臭氧探空仪所获得的大气中臭氧浓度随高度的变化特征之间有很好的一致性。在12～27 km高度范围内,两种探空仪臭氧测值之间的相对误差平均在10％以内,而在10 km以下和27 km以上,GPSO3探空仪的臭氧测值偏高。本文介绍了比对方法,分析了两类探空仪对臭氧廓线某些特征值的比对结果并讨论了平行施放比对时气球升速的差异可能对臭氧测值带来的影响。     

北极臭氧垂直分布和天气尺度变化的观测研究

北极地区臭氧对北极气候和环境系统起着重要作用。研究其分布和变化有助于了解北极的气候和环境及其对全球气候系统的影响,有助于气候和环境变化的数值预报。中国北极科学探测1999在北冰洋楚可奇海域成功的进行了大气臭氧观测。通过在中国“雪龙”号破冰船甲板上（于1999年8月18-24日在75°N,160°W附近处）释放大气臭氧探空仪获得了高分辨率的大气垂直结构和臭氧分布资料,可以进行大气尺度的大气臭氧变化研究。分析大气监测资料、TOMS臭氧总量资料和NCEP大气环流资料表明,大气臭氧总量随着对流层顶的低一高一低变化呈高一低一高的变化过程。研究还表明,大气柱的臭氧总量与13公里以下的大气臭氧含量关系密切,而在约20公里处的大气臭氧浓度最大值的变化与整个气柱臭氧的关系不大。500 hPa天气形势图上一个弱一强一弱的西南天气型造成的弱臭氧平流可能是这次臭氧变化的主要原因。     

1990～2002年北京地区大气臭氧垂直分布Umkehr观测反演研究

基于标准Umkehr反演算法, 利用北京地区Dobson仪器逆转观测资料, 反演计算出臭氧垂直分布.在反演过程中加入气溶胶订正因子, 使反演结果更加合理.利用臭氧垂直分布反演结果, 研究1990～2002年北京地区臭氧垂直分布特征和变化情况.结果表明在1992年秋季和1993年春季期间, 在10.3～23.5 km范围内臭氧浓度有较大幅度降低, 造成了这个期间月平均臭氧总量的明显偏低; 1990年到2002年期间, 臭氧总量的变化呈现出缓慢下降趋势, 但不同高度臭氧含量的变化趋势有所不同.     

大气臭氧垂直分布变化的模拟研究

利用包括垂直平流、扩散和化学过程的一维平流层—对流层的大气化学模式，通过增加NOx的地面源，发现由于NOx地面源的增强，引起对流层下部臭氧浓度增加，夏季臭氧浓度的增加远大于冬季；通过扩散系数和垂直风速的敏感性试验比较，看出由平流层向对流层输送臭氧的过程中，平流过程的影响可能更重要。     

辽宁地区大气气溶胶粒子的垂直分布特征

详细分析了１９９６、１９９７年春末夏初在辽宁省进行的大气气深胶飞机观测的０～５ｋｍ气深胶粒子数深度和尺度谱分布的垂直、水平变化,初步讨论了它们与温度和相对温度的关系。结果表明,混合层顶上下粒子数深度具有不同的垂直分布特征;粒子谱受不同形成机制影响,表现为多峰分布;水平方向上气溶胶粒子数浓度存在显著变化;温度层结和相对温度对气溶胶粒子的浓度和谱分布有明显影响。     

我国部份地区大气折射指数垂直分布统计模式

本文利用我国5个测站常规探空资料,应用大气折射理论和统计学方法建立了大气折射指数垂直分布三种统计模式,结果表明:目前使用的4/3等效地球半径模式精度最差,只能在1千米高度以下使用,才能保证精度;改进等效地球半径模式精度最高;指数模式在3千米高度以下使用,精度也可保证。     

西宁夏季对流层臭氧垂直分布变化与气象要素的关系

根据臭氧、气象探空观测数据,分析了1996年7月5日至8月3日西宁（36°44’N,101°45＇E,海拔高度2296m）上空对流层臭氧垂直分布变化与气象要素之间的关系。对流层臭氧浓度的增加（减少）总伴随着干、冷（暖、湿）气流的输送变化,而这又与大气垂直方向的运动是紧密联系在一起的。分析表明天气动力输送过程对对流层臭氧垂直分布变化有重要作用。     

中层大气臭氧的全日盘掩日测量

本文研究了日盘张角对掩日测量的影响,引进了日盘光辐射空间变化特性这一先验信息,提出了从全日盘掩日测量反演中层大气臭氧含量的新方法.数值模拟试验指出,这一方法可以满意地给出25—65km高度范围内大气臭氧的垂直分布。当测量吸收比的均方根噪声为0.01时,其反演误差小于10％.利用这一方法,可以大大简化探测系统、降低测量对遥感平台的要求.     

近33 a来北半球大气臭氧的变化趋势研究

利用ECMWF的再分析资料,研究近33 a来北半球臭氧的变化趋势。研究表明:⑴ 1979—2011年北半球4个关键区（北极、东亚、北美和西欧）的臭氧总量呈减少趋势,但减少的趋势已经减缓;⑵ 最近19 a来,北半球4个关键区臭氧都有微弱回升的趋势,回升趋势最大在东亚地区,达到0.057 9 DU/a;⑶ 自1993、1994年以来,北半球4个关键区的冬季臭氧总量都为显著的上升趋势,上升趋势最大在北极地区,为1.157 7 DU/a;⑷ 前期(1979—1994年)四个季节的北半球中高纬基本上都为下降趋势,春季俄罗斯中北部地区下降趋势最大,为4.5 DU/a,而在后期(1994—2011年)冬季挪威、瑞典、芬兰及其周边的挪威海和格陵兰海区域上升趋势最大,为1.8 DU/a;⑸ 北半球4个关键区的下降趋势最大的层次都是10 hPa,北美地区下降速率最快,为1.641×10-8/a,而这4个区上升趋势最大的层次是3 hPa,北极地区上升速率最快,为3.843×10-8/a。      

北京地区低空风、温度层结对大气污染物垂直分布影响初探

2001年1月5～12日,2月21日～3月1日两次在北京方庄居住小区内进行了大气污染物(二氧化硫、氮氧化物)与气象要素垂直探测,历时16天.共获取了83次(一天8次)边界层垂直温、压、湿、风连续的探空资料以及不同高度(地面、100m、500m)逐时大气污染物浓度监测数据306个.该文分析了低空风日变化规律、时空分布规律、边界层气象条件对污染物垂直分布影响等等;并对1月12日、2月27日两天高浓度污染目的天气特征、温度层结和低空风以及2月25～26日出现100m浓度值高于地面现象都进行了详细分析.观测结果对于了解和研究北京地区冬季低层空气中环境化学污染物质在空中的垂直分布情况及随时间变化规律具有重要的参考价值.     

青藏高原春季不同地区臭氧和大气温度变化趋势的差异性

利用1979—2018年太阳后向散射紫外辐射计SBUV(/2)星下点臭氧遥感资料,结合ERA-Interim和MERRA-2大气温度再分析资料,考察青藏高原区域内拉萨和共和两地春季臭氧和大气温度变化趋势的差异性。结果表明拉萨和共和两个地区的臭氧和大气温度逆转趋势均发生于1999年。对比2008年以来青藏高原整体臭氧总量变化速率（4.5 DU/(10 a)),拉萨臭氧总量变化更快,为5.9 DU/(10 a),共和相对较慢,仅为3.7 DU/(10 a);同时,1999年以来拉萨和共和春季下平流层（100~30 hPa）大气温度分别以0.5~1.4℃/(10 a)和0.01~0.9℃/(10 a)速率增加,上对流层(250~175 hPa)大气温度分别以0.2~1.5℃/(10 a)和0.2~1.2℃/(10 a)速率降低。与2008年以来高原整体大气温度变化相比较,均慢于高原下平流层（125~70 hPa) 1~2℃/(10 a)的增温速率,快于高原上对流层（225~175 hPa）0.4~1.1℃/(10 a)的降温速率。两地臭氧与大气温度的相关系数和回归系数计算结果表明,拉萨和共和两个地区1999年以来春季臭氧恢复速率的不同是导致两地同期下平流层-上对流层温度逆转速率差异的重要因子之一。     

Intercomparison campaign of vertical ozone profiles including electrochemical sondes of ECC and Brewer-Mast type and a ground based UV-differential absorption lidar

An intercomparison campaign was conducted at the Observatoire de Haute Provence (OHP) in Southern France in September 1989 in order to compare the three instruments used for vertical tropospheric ozone profiling in the European TOR (Tropospheric Ozone Research Project) network: balloon borne ECC and Brewer-Mast sondes and a ground based UV-DIAL (DifferentialAbsorptionLidar). Additionally, a stratospheric lidar system and the Dobson spectrophotometer of the OHP were operated. Seven simultaneously measured vertical ozone profiles gave evidence for systematic differences of 15% between both types of electrochemical sondes in the troposphere, the Brewer-Mast sondes reading the smaller ozone values. These differences might be explained on the one hand by a possible contamination of the ozone sensor with reducing substances, causing a negative bias mainly for Brewer-Mast sondes and, on the other hand, by the evolution of the sonde background current during the flight, causing a positive bias for ECC sondes and a negative bias for Brewer-Mast sondes. The tropospheric lidar system, measuring the vertical ozone distribution between 6 and 12–15 km, showed ozone concentrations intermediate between the sonde results. This is in good agreement with its estimated systematic error of better than 7% in the upper troposphere. In the stratosphere, the differences between electrochemical sondes and the lidar are between 5 and 10% before the normalisation with the total ozone values measured by the Dobson spectrophotometer, and always below 5% after. While the Dobson normalisation thus corrects rather well the stratospheric part of the sonde profile, it only partially reduces errors occurring in the troposphere.     

An empirical model for estimating stratospheric ozone vertical distributions over China

Based on the Stratospheric Aerosol and Gas Experiment (SAGE) II and the Halogen Occultation Experiment (HALOE) ozone profiles and the Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS) total ozone data sets, an empirical model for estimating the vertical distribution of stratospheric ozone over China is proposed. By using this model, the vertical distribution of stratospheric (16–50 km) ozone can be estimated according to latitude, month and total ozone. Comparisons are made between the modeled ozone profiles and the ...     

沈阳近地层大气颗粒物浓度垂直变化特征及与气象因子的关系

利用2018年10月1日至2019年9月30日沈阳地区三个高度大气颗粒物浓度和气象要素逐时观测资料,分析了不同高度颗粒物浓度时间变化特征及其与气象要素的关系.结果表明:不同高度的颗粒物浓度均存在明显的季节变化,秋冬季数值明显高于春夏季.冬季,三个高度的PM2.5平均浓度为54.98±12.67μg·m-3、63.77±...     

A computational study of the ozone dimer

The dimer of ozone is treatedab initio by the second-order Møller-Plesset perturbation approach with the 6-31G* and 6-1+G* basis sets (with an evaluation of the basis set superposition error and the fourth-order corrections). It is found that the minimum-energy structure exhibitsC _s symmetry (with some patterns resembling the structure of the water dimer). The calculated dimerization energy varies between –13 and –1 kJ/mol. Monomer-dimer shifts in the vibrational frequencies are rather small (about 10 cm^–1 or less) while the inter-molecular frequencies vary between 30 and 120 cm^–1. The ozone dimer could influence some spectral observations under atmospheric conditions.Part III In the series Computational Studies of Atmospheric Chemistry Species; for Part II, see Slaninaet al., 1992.On a leave of absence from the Czechoslovak Academy of Sciences, Prague.     

A study of ozone in the Colorado mountains

The seasonal and diurnal variations of ozone mixing ratios have been observed at Niwot Ridge. Colorado. The ozone mixing ratios have been correlated with the NO _x (NO+NO₂) mixing ratios measured concurrently at the site. The seasonal and diurnal variations in O₃ can be reasonably well understood by considering photochemistry and transport. In the winter there is no apparent systematic diurnal variation in the O₃ mixing ratio because there is little diurnal change of transport and a slow photochemistry. In the summer, the O₃ levels at the site are suppressed at night due to the presence of a nocturnal inversion layer that isolated ozone near the surface, where it is destroyed. Ozone is observed to increase in the summer during the day. The increases in ozone correlate with increasing NO _x levels, as well as with the levels of other compounds of anthropogenic origin. We interpret this correlation as in-situ or in-transit photochemical production of ozone from these precursors that are transported to our site. The levels of ozone recorded approach 100 ppbv at NO _x mixing ratios of approximately 3 ppbv. Calculations made using a simple clean tropospheric chemical model are consistent with the NO _x -related trend observed for the daytime ozone mixing ratio. However, the chemistry, which does not include nonmethane hydrocarbon photochemistry, underestimates the observed O₃ production.     

基于飞机观测资料的石家庄秋季对流层CH4垂直分布特征

为研究石家庄秋季对流层内CH₄垂直分布特征,2018年9月使用“空中国王350”飞机搭载Picarro温室气体在线观测仪和气象要素观测设备,对石家庄上空（600—5500 m）CH₄浓度进行探测。探测期间共飞行7架次,取得7条CH₄浓度廓线数据。结果表明: 石家庄上空近地面层（1000 m以下）CH₄平均浓度与同时间段区域背景站上甸子站CH₄浓度呈显著正相关（r=0.81,P < 0.03）。探测到的CH₄浓度最小值为1898×10^-9摩尔分数,最大值为2219×10^-9摩尔分数,平均浓度为1981×10^-9摩尔分数。观测得到的7条廓线均有较好的一致性,2000 m以上,浓度均随高度呈先增大后减小的趋势。利用后向轨迹模式（HYSPLIT）对探测时段内石家庄上空不同高度层主要气流传输路径进行统计分析表明,600 m高度输送路径较短,CH₄浓度受本地排放影响较大; 3000 m受输送作用影响较大,偏西和西南路径可能将较高CH₄浓度气团输送至石家庄上空; 5000 m气团传输对CH₄浓度影响较小,浓度相对较稳定,对传输路径的变化不敏感。