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     

北京奥运会前后静稳天气条件下SO2和NO2干沉降模拟

利用中国科学院大气物理研究所北京325m气象塔气象要素和污染物浓度观测资料,采用气体干沉降阻力模型,对奥运会前后北京行政区内SO2和NO2的干沉降影响因子、干沉降速率、干沉降通量进行数值模拟。结果表明:1)随着大气稳定度、太阳辐射强度和下垫面类型的改变,北京SO2和NO2的干沉降速率有明显变化,表面阻力是影响气体干沉降速率变化的主要因子。2)SO2和NO2在白天的干沉降速率及通量普遍大于夜晚。3)静稳天气条件下,奥运会前北京地区一天可清除24tSO2和55.2tNO2,奥运会期间一天可清除10.8tSO2和50.4tNO2,这说明北京及周边地区的减排措施对改善奥运会期间的空气质量效果显著。     

青岛大气气溶胶的浓度分布和干沉降的观测研究

根据青岛沙尘天气历史资料和近年来的青岛地面气溶胶观测资料,分析了青岛沙尘日数的长期变化趋势、季节变化特征以及气溶胶质量浓度、谱分布和干沉降的季节变化.分析结果表明,1961～1988年青岛沙尘日数呈波动变化,且幅度较大.1999年以来沙尘日数明显增加,且以浮尘天气为主.青岛在1961～2001年扬沙日数年平均值为1.83天,是北京同期的13%;年浮尘日数为2.93天,是北京同期的75%.青岛沙尘发生日数主要集中在冬春季,春季最高,冬季次高;夏季没有沙尘天气,秋季很低.青岛气溶胶质量浓度有明显的季节变化,春季最高,冬季次之,秋季又次之,夏季最低.大流量观测的总悬浮颗粒物(TSP)年平均浓度为177μgm-3,安德森分级采样器观测的气溶胶质量浓度为123μg m-3,两者的差别与不同的观测时间和观测仪器有关.在3月和4月,粗细粒子的浓度相差很大,粗粒子分别占总浓度的80%和62%.青岛气溶胶沉降通量在0.06～0.2 g m-2d-1之间,平均值为0.13 g m-2d-1,是北京沉降通量的30%.     

不同土壤水分处理下冬小麦生理要素变化分析

对不同土壤水分条件处理下冬小麦各生理要素的变化特征分析发现,在灌浆高峰阶段,随着土壤水分的增加,冬小麦的光合速率显著加快,平均值在土壤水分含量偏大处理下较土壤水分含量小处理下高5.91μmol.m-2.s-1,气孔传导速率高0.1591 g.mmo1.m-2.s-1,叶片蒸腾速率高0.0034 g.m-2.h-1,叶片温度偏低0.95℃,胞间二氧化碳浓度高44.5 mg.cm-3,气孔阻力偏低2.419 s.cm-1。小麦灌浆期间,充足的土壤水分保证可以有效延长叶片的生理功能,提高小麦产量。     

2000～2002年青岛地区沙尘天气分析

利用气象台沙尘天气常规观测资料和micaps天气图资料,借助美国国家海洋和大气局(NOAA)后向轨迹模式(HYSPLIT),分析了影响青岛市的沙尘来源、移动路径,以及沙尘粒子的干沉降通量.结果表明:青岛市沙尘天气主要发生在春季,一天中出现沙尘频率最高时刻是14时.影响青岛的沙尘暴天气主要爆发于蒙古国,在境内的浑善达克沙地、科尔沁沙地以及蒙晋冀长城沿线得到加强后到达青岛.影响青岛的沙尘天气移动路径主要是偏西和偏北两条路径,偏西路径是爆发于蒙古国的沙尘暴由内蒙古中部入侵,沿着山西北部-河北-山东-青岛的路径到达青岛;偏北路径是爆发于蒙古国的沙尘暴由内蒙古东部入侵,经内蒙古东部的浑善达克沙地或科尔沁沙地至河北北部,再沿京津地区-山东-青岛的路径到达青岛.每年由青岛入黄海的沙尘粒子干沉降通量为51.3 g m-2a-1,春季的干沉降通量为o.20 g m-2d-1,整个黄海每天的总干沉降量为7.58×105g.     

华南农田下垫面地气交换和能量收支的观测研究

利用2004年11月至12月在广东省惠州地区进行的湍流连续观测资料,分析非均匀农田近地面层的基本气象要素特征以及水汽和CO2的浓度与通量输送规律,作为今后深入探讨地表非均匀性效应的基础.通过各辐射分量和感热、潜热与土壤热通量的特征分析,研究能量收支的基本状况,并讨论了造成显著能量"不平衡"的原因.观测的基本结果是:(1)近地面1.8 m高度处以北风为主,风速大多低于2 m/s,正午入射太阳辐射约700 W/m2;CO2浓度的日变化范围为600～900 mg/m3,水汽为5～25 g/m3.(2)各气象要素呈现明显的日变化,当地温度日较差约10℃,相对湿度始终高于50%.CO2和水汽的浓度在夜间较白天高,二者的日平均值为713.7 mg/m3和15.9 g/m3;利用涡旋相关法,测得二者的通量在白天高于夜间,日平均值为25.3 mg·m-2·s-1和-4.7×10-2mg·m-2·s.当地的日平均波文(Bowen)比仅为0.04,这主要是由于当地的高湿度造成的.(3)当地存在显著的能量"不平衡"现象,正午时的差额热通量可高达150 W/m2,这可能与平均垂直运动输送的作用、观测误差以及通量和辐射观测的"源地"不匹配等原因有关.研究结果与荒漠、城市和稻田下垫面的观测事实进行了定量比较.     

仪器表面加热效应对临泽站开路涡动相关系统CO2通量的影响

LI-7500分析仪仪器表面加热效应对开路式涡动相关系统CO2通量观测结果影响显著,利用Burba校正方法对提高观测站CO2通量观测精度、年净生态系统碳交换量(NEE)估算、全球CO2交换量估算和气候变化模拟等具有重要意义.基于临泽站绿洲玉米农田的开路式涡动相关系统和小气候观测系统所获得的一年数据,利用Burba校正方法分别对LI-7500分析仪光路中的感热通量、大气潜热通量、CO2通量以及NEE的季节变化过程进行了修正.结果表明,LI-7500分析仪底部窗口和支杆部分热量交换是光路中感热通量校正量的主要贡献者,平均分别为6.81 W·m-2和2.68 W·m-2,其加热效应主要来源于太阳辐射和电子元件运行产生的热量;加热效应对潜热通量影响最小,平均校正量仅为0.24 W·m-2;Burba校正对CO2通量和NEE的季节变化影响显著,其平均校正量分别为19.14μg· CO2·m-2·s-1和313.21 mg·C·m-2·d-1,而且气温越低加热效应对通量的影响越显著;除生长季空气中水汽浓度显著高于非生长季而导致潜热校正量较大外,生长季其他各通量的校正量明显小于非生长季,生长季光路中感热、周围大气潜热、CO2通量和NEE日校正量分别为6.94 W·m-2、0.33 W·m-2、12.86 μg·CO2·m-2·s-1和161.58mg·C· r-2·d-1,分别是非生长季的60.4％,220.0％,50.6％和37.4％.若未进行仪器表面加热效应的Burba校正,在生长季和非生长季累计高估的绿洲玉米农田生态系统碳吸收量分别为25.85 g·C·m-2和88.47 g·C·m-2.     

一种大气污染物干沉积速率的计算方法及其应用

介绍了一种计算大气污染物干沉积速率的方法。这种方法详细地考虑了植物生理特征和冠层内湍流结构对干沉积的影响，考虑了3层覆盖物对表面阻抗的影响，通过计算7个不同的阻抗因子获得干沉积速率。利用该方法计算了农田下垫面上7种不同大气污染物沉积的表面阻抗和江西(鹰洋)红壤典型地区农田下垫面上的二氧化硫(SO2)和硫酸盐(SO4^2—)的干沉积速率，估算了大气硫输入农田生态系统的干沉积通量，并与其他方法作了定量比较。结果表明：农田下垫面上SO2与SO4^2—的干沉积速率平均值分别为0．31cm／s，0．20cm／s；干沉积速率具有明显的日变化特征，一般白天大于夜间，中午时分出现最大值；月际变化也较明显，在冬季有大值；大气硫输入农田生态系统的全年干沉积通量为7．35g/m^2。     

华北平原冬麦田土壤CH4的吸收特征研究

利用静态箱/气相色谱(GC)法,对华北平原冬小麦拔节—成熟期间麦田土壤CH4气体通量进行了测定,得出华北平原典型冬麦田土壤是大气CH4的弱吸收汇。试验期间土壤CH4通量存在明显的季节变化和日变化,麦田拔节—成熟期间土壤CH4通量日平均值为-18.3μg.m-2.h-1,波动范围为-4.3~-24.4μg.m-2.h-1;在土壤CH4通量的日变化中,观测到麦田土壤在午间和夜间都有一个吸收峰,峰值出现的时间因生育期不同而有所不同。试验期间CH4通量日平均值与土壤温度关系不明显,而与土壤水分呈负相关(α=0.01);日变化中土壤CH4通量与地表温度的相关性较差,而与5 cm地温相关密切。麦田拔节—成熟期间土壤CH4通量日平均值随NH4 -N施用量的增加呈递减规律,农田秸秆还田后不利于土壤对CH4的吸收。     

我国北方地区植被总初级生产力的空间分布与季节变化

本研究通过集成Terra MODIS卫星影像数据与地面通量台站的观测数据, 改进了基于遥感的VPM光能利用率模型, 模拟了我国北方地区2008年陆地生态系统总初级生产力 (GPP) 的空间分布与季节变化。研究表明: (1) 我国北方地区植被GPP在空间分布上表现为东高西低的特征, 年均值为518.36 g/m2 (C重量, 下同)。 (2) 我国北方地区主要植被类型的GPP有较强的季节动态, 大体上都表现出单峰变化趋势。GPP值按照由大到小顺序依次为: 夏绿阔叶林 (DBF)>针阔混交林 (MF)>农田 (Crop)>落叶针叶林 (DNF)>常绿针叶林 (ENF)>草地 (Grass)>稀疏灌丛 (Oshrub)>裸地或稀疏植被 (BSV)。(3) 整个区域的GPP季相变化表现为: 夏季最高, 达到32.80 g?m-2?(8 d)-1, 为全年最大值; 春季GPP为5.67 g?m-2?(8 d)-1, 与秋季的5.08 g?m-2?(8 d)-1较为接近, 冬季GPP最弱, 仅为0.07 g?m-2?(8 d)-1。与通量台站实测值及前人研究结果的比较表明, 本文所模拟的GPP与观测值之间的相对误差绝对值多小于15%, 表明模拟结果具有较好的可靠性。这说明通过集成遥感观测数据与台站观测数据的方法来模拟GPP, 可以较准确地模拟区域尺度的GPP空间分布与时间变化, 这为深入研究陆气相互作用提供了重要研究手段。     

Role of Ozone Deposition in the Occurrence of the Spring Maximum

Abstract

A hypothesis has been formulated on the basis of experimental data presented in this article. According to the hypothesis, occurrence of the spring surface ozone maximum at mid-latitudes results from a delay in snow-cover melt. The data were collected at ozone stations in Minsk (Belarus) and Preila (Lithuania). Because the measurements of surface ozone concentration are quite different, despite the close proximity of the stations, a conclusion can be drawn about the significant influence of meteorological parameters on measurements. In addition to a rather subjective and poorly defined parameter—time of snow melt—the difference between the average March temperature and a climatological mean may be treated as a criterion for the presence or absence of the spring ozone maximum.     

影响北京夏季O3污染的O3前体物浓度及天气条件分析

根据2003年北京夏季近地面大气光化学污染物观测资料,对中国气象局培训中心(代表站)O3超标日浓度、O3前体物浓度、不同天气条件下O3浓度分布特征等进行分析。结果表明:中国北京夏季NO2,NO,CO的浓度特征与日本神奈川县相似,白天(16:00以前)如果NO2/NO超过29,则容易出现O3超标;VOC浓度的高低影响O3浓度;当处于暖湿气流控制,地面为小风或静风、气温较高、湿度较大的多云天气时,易出现O3超标情况。这些污染物发生的特点和规律对北京大气光化学污染的研究和防治具有借鉴意义。     

DISTRIBUTIONS AND VARIATIONS OF SURFACE OZONE IN CHANGSHU, YANGTZE DELTA REGION*

Through one and half year continuous in-situ measurements,the distributions and variations of surface ozone and its precursors at a typical mixed agricultural and metropolitan area-Changshu,Yangtze Delta region,were studied.The preliminary analysis on the concentration levels and variations of surface ozone indicated the obvious seasonal and diurnal cycles during the experiment.The hourly averaged concentrations of surface ozone were high,in about 17% of total valid hours the surface ozone concentration exceeded 50 ppb,and in 22 days the hourly averaged ozone concentration was greater than 100 ppb.There were about 40% of the days in that the daily maximum 8-hour ozone concentration was greater than 50 ppb.The days with daily maximum 8-hour ozone concentration greater than 80 ppb were about 33 days that accounted for about 8% of the observational days.The variations of 5-day moving averaged ozone concentrations depended both on the weather conditions and on the changes of ozone in background atmosphere.Photochemical process had the significant impacts on ozone productions.     

The impact of cut-off lows on ozone in the upper troposphere and lower stratosphere over Changchun from ozonesonde observations

In situ measurements of the vertical structure of ozone were made in Changchun(43.53?N, 125.13?E), China, by the Institute of Atmosphere Physics, in the summers of 2010–13. Analysis of the 89 validated ozone profiles shows the variation of ozone concentration in the upper troposphere and lower stratosphere(UTLS) caused by cut-off lows(COLs) over Changchun. During the COL events, an increase of the ozone concentration and a lower height of the tropopause are observed.Backward simulations with a trajectory model show that the ozone-rich airmass brought by the COL is from Siberia. A case study proves that stratosphere–troposphere exchange(STE) occurs in the COL. The ozone-rich air mass transported from the stratosphere to the troposphere first becomes unstable, then loses its high ozone concentration. This process usually happens during the decay stage of COLs. In order to understand the influence of COLs on the ozone in the UTLS, statistical analysis of the ozone profiles within COLs, and other profiles, are employed. The results indicate that the ozone concentrations of the in-COL profiles are significantly higher than those of the other profiles between ±4 km around the tropopause. The COLs induce an increase in UTLS column ozone by 32% on average. Meanwhile, the COLs depress the lapse-rate tropopause(LRT)/dynamical tropopause height by 1.4/1.7 km and cause the atmosphere above the tropopause to be less stable. The influence of COLs is durable because the increased ozone concentration lasts at least one day after the COL has passed over Changchun. Furthermore, the relative coefficient between LRT height and lower stratosphere(LS) column ozone is-0.62,which implies a positive correlation between COL strength and LS ozone concentration.     

杭州市区大气臭氧浓度变化及气象要素影响

利用2005-2007年杭州市区大气O₃连续监测资料, 分析了O₃浓度变化特征, 在此基础上结合气象观测资料, 分析了大气O₃与天气系统间的关系, 建立了O₃与气象要素间的多元回归方程。结果表明: 2007年O₃平均浓度和最大小时浓度分别为44 μg.m-3和348 μg.m-3, 比上一年增加20%左右, 超标现象也越来越严重; O₃浓度有明显的季节变化, 夏季高、冬季低; 大气O₃浓度超标主要出现在高压后部和高压控制等天气类型。在紫外线强度较强时O₃浓度也高, 二者呈显著正相关; 对O₃与各种气象因子进行多元回归分析表明: O₃主要受到温度、相对湿度、日照等因素影响。     

江门市城区臭氧浓度变化特征及气象影响因素分析

基于2015—2017年广东省江门市城区臭氧浓度监测数据和气象观测数据,结合应用统计分析、聚类分析等方法,分析了江门臭氧浓度特征及气象影响因素,探讨了2017年江门臭氧严重超标的气象成因。2015—2017年,江门臭氧污染程度逐年加重,秋季臭氧浓度均值高于其它季节;37%的臭氧浓度超标日与西北太平洋或南海热带气旋活动有关,显著高于其它天气类型下超标日占比。臭氧浓度与白天气象要素相关性高于夜间,对臭氧浓度影响较大的气象要素有日照、相对湿度、气温。聚类分析得到6类气流轨迹,当气流轨迹为偏东(陆地)和偏北路径时,其受体臭氧浓度均值和污染气流轨迹占比显著高于平均值。2017年臭氧严重超标的气象成因是达到利于臭氧生成的气象条件阈值时数和日数显著高于以往,且途经江门以北和以东陆地的气流数目明显多于以往。      

A novel ozone sensor for direct eddy flux measurements

A small, lightweight (1.5 kg) and fast-response ozone sensor for direct eddy flux measurements has been built. The basis for detection is the chemiluminescence of an organic dye adsorbed on dry silica gel in the reaction with ozone. The chemiluminescence is monitored with a cheap and small blue-sensitive photomultiplier. At a flow rate of 100 l min^-1 the ozone sensor has a 90% response time of significantly better than 0.1 s with a detection limit lower than 50 ppt at S/N=3. There are no interferences from other atmospheric trace gases like NO_x, H₂O₂ and PAN. Water vapour and SO₂ enhance the chemiluminescence efficiency of the ozone sensor. Since their response times are 22 seconds and 30 minutes, respectively, no correlation between rapid ozone fluctuations and those of these two trace gases is noticed by the ozone sensor when operating at a frequency of 10 Hz.The ozone sensor was tested for several weeks in continuous measurements of ozone fluxes and deposition velocities over different croplands using the eddy correlation technique. Good agreement was found between ozone dry deposition velocities derived from profile measurements and by eddy correlation.     

地闪活动背景下气象条件与O3浓度的相关性研究

基于2013~2017年重庆北碚区缙云山、蔡家和天生3个环境监测站点日值数据,结合地闪观测数据和相关气象要素资料,采用数理统计方法分析了气象条件与O₃浓度的关系,并基于HYSPLIT模型研究了闪电日O₃传输路径和潜在源区。结果表明:（1）北碚O₃浓度峰值大多出现在7月,低值大多出现在12月,其浓度分布从高到低依次为缙云山、蔡家、天生。（2）对比闪电日与非闪电日大气污染浓度,闪电日NO₂、CO平均浓度低于非闪电日,O₃则相反,闪电日缙云山O₃浓度超标率明显低于蔡家和天生。（3）NO₂浓度与地闪频次呈负相关,且天生和蔡家NO₂浓度波动大于缙云山,O₃浓度与地闪频次呈正相关。（4）夏季闪电日O₃气团传输路径主要来自南方。（5）地闪活动发生时O₃浓度高于非闪电日,其主要原因是夏季地闪频次较高,电解反应频繁,同时重庆夏季光照时间较长,光化学反应充分,两种反应的叠加效果大于降水清除作用。      

边界层臭氧浓度变化特征及相关因子分析

根据广州市城区麓湖、郊区花都测站的2004年污染物监测数据和气象资料,采用统计分析软件SPSS和Excel分析了广州市臭氧浓度的时间变化特征,包括臭氧浓度的年季变化、周变化及日变化特征,并分析了O3与污染物CO、NOx（NO和NO2）、SO2、PM10以及与气象条件之间的相关性。结果表明：广州市臭氧浓度一年出现2个峰值,分别为6月和10月并且郊区浓度大于城区;一周之中最大浓度出现在周末;O3日平均浓度与NOx、NO、CO、相对湿度负相关性较显著,与PM10和气温正相关性较显著;在气温较高、湿度较低的晴朗少云天气时,易造成广州市臭氧的高浓度。     

Distribution of surface ozone concentration in the clean areas of china and its possible impact on crop yields

１．ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓｍａｎｙｓｔｕｄｉｅｓｓｈｏｗｔｈａｔｏｚｏｎｅｉｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｌａｙｅｒｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｆａｃｔｏｒｆｏｒｃｏｎｔｒｏｌｉｎｇａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｃｈｅｍｉｓｔｒｙｒｅａｃｔ...