武汉市冬季灰霾期PM2.5中水溶性无机离子的特征

2018年1月,利用颗粒物采样器采集武汉市大气PM_2.5样品并进行水溶性无机离子（F^-、Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-、Na⁺、NH₄⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺）的分析.结果表明,NO₃^-、SO₄^2-、NH₄⁺是PM_2.5中最主要的3种水溶性无机离子,除Mg²⁺与Ca²⁺外,PM_2.5与WSⅡs （水溶性无机离子）之间的相关性显著,且移动源贡献占主导地位.阴阳离子平衡表明武汉市冬季灰霾期PM_2.5呈中性或弱酸性.通过混合单粒子拉格朗日综合轨迹模式模拟并采用分层聚类得出了4种主要的后向气流轨迹及相应的PM_2.5和水溶性离子浓度,结果表明区域传输对此次灰霾期影响较大.     

用常规探空资料估算Cn2和ε垂直变化初探

用南京、射阳的常规探空资料建立了估算折射率结构常数C_n²和湍能耗散率ε垂直变化理论模式。结果表明:用该理论模式计算的ε值与用天气脉冲多普勒雷达探测的速度谱宽σ_r²再估算得到的ε值有较好的一致性。     

冬季南京北郊大气气溶胶中水溶性阴离子特征

2009年冬季在南京北郊进行24 h采样,运用离子色谱法研究大气PM₁₀中水溶性阴离子的分布特征。结果表明:PM₁₀中阴离子的平均总质量浓度在白天和夜间分别为658.21、622.84 μg/m³;PM_2.1则分别为337.86、319.97 μg/m³,阴离子主要存在于细粒子中;主要水溶性阴离子均为SO₄^2-,且海盐对南京北郊大气PM₁₀和PM_2.1中的SO₄^2-质量浓度影响很小。SO₄^2-、Cl^-和F^-粒径谱分布相似,均呈双模态;NO₃^-和NO₂^-主要呈现单模态。SO₄^2-与NO₃^-、F^-与NO₃^-、SO₄^2-与Cl^-的相关系数均大于0.8,相关显著,说明其存在一定的同源性。NO₃^-/SO₄^2-的平均值在白天、夜间分别为0.058 2、0.048 4,说明南京北郊大气污染以固定源为主。分析NO₃^-、SO₄^2-前体物的转化率知道,采样期间SOR和NOR的平均值均大于10%,即SO₄^2-部分来源于SO₂的二次转化,而不是单一来源于一次污染物。     

H2释放扰动电离层的数值模拟

由于电离层中分子性离子与电子的复合要比氧离子与电子的复合快得多,因此H₂在电离层高度释放可有效地引起电子的消耗。本文基于一个包括中性气体扩散方程和离子化学反应方程的二维动力学模型,对H₂在电离层高度释放过程进行了数值模拟研究,并分析了不同释放条件下的电子扰动特性。结果表明:1)500 mol H₂释放后,迅速向周围空间扩散,释放中心处的电子密度30 s内下降了近4%,F₂层临界频率下降了1%左右;2)在不同高度处释放H₂时,最大的电子密度相对变化率并不是在峰值高度附近处释放时出现的;3)释放化学物质的量越多,电子密度的扰动幅度也越大,但两者之间并不存在线性关系;4)相同量的H₂在电离层峰值高度处释放,白天的电子密度扰动幅度要大于夜间的扰动幅度。     

福建三明市春季PM2.5中有机碳、元素碳和水溶性离子特征分析

2014年3月13日至4月20日在福建三明市利用PM_2.5中流量采样器采集大气中PM_2.5膜样品,测定了PM_2.5的质量浓度,并用热/光碳分析仪和离子色谱分析了其组分变化特征.结果表明,三明市观测期间PM_2.5的平均质量浓度为73.61±0.73 μg/m³,有机碳(OC)和元素碳(EC)的平均质量浓度分别为7.26±1.00和5.63±0.27 μg/m³,水溶性离子中SO₄^2-、NH₄⁺、NO₃^-和Na⁺的质量浓度分别为18.08±12.19、4.18±3.56、2.77±1.16和2.73±0.23 μg/m³,总和占总水溶性离子的87.76%.结合后向轨迹分析了福建三明市的污染物来源特征.该地区OC/EC的平均比值小于2,SOC(二次有机碳)生成量很少,主要以一次有机污染物为主,OC、EC与K⁺的相关性分析表明OC、EC与K⁺的来源相近,可以判断OC、EC绝大部分来源是生物质燃烧产生的污染物.在水溶性离子分析中,观测期间NO₃^-/SO₄^2-为0.159±0.02,表明三明市主要以固定源为主,机动车辆等移动源贡献较少.     

南京市降水化学特征及其来源研究

为了解南京江北地区降水化学特征,分析了2011年3—6月共25个降水日的109个降水样品中的主要水溶性离子,并利用后向轨迹模式探讨了降水气团来源.结果表明:1)南京地区3—6月降水主要受南、北2种气团影响,北方气团降水的主要离子浓度高于南方气团降水.2)海盐示踪法和相关性分析显示,降水中NO₃^-和SO₄^2-主要来自燃煤、工业排放和汽车尾气;Ca²⁺主要来自地壳源;Cl^-主要来自海洋;海洋源和陆源对Mg²⁺和K⁺都有贡献,Mg²⁺的陆源贡献大于海洋源贡献,K⁺受海洋源的影响程度要低于Mg²⁺.3)南、北气团初期降水的各离子浓度高于总降水的各离子浓度,且初期降水的主要离子的富集系数高于总降水.这说明在降水初始阶段,雨水对南京大气中污染物(气态污染物和颗粒物)的云下冲刷去除作用较强,降水的离子浓度最高,局地源对降水离子的贡献较明显.     

苏南三市秋冬季PM2.5中水溶性离子和元素特征及源解析

2010年11月16日至12月17日在南京、常州、苏州三城市设置采样点,24 h采集大气PM_2.5样品,并测定其水溶性无机离子和元素的浓度,在此基础上讨论PM_2.5及无机组分的时空分布特征。结果表明,采样期间,PM_2.5污染较严重,且苏州最重,常州次之,南京最轻,南京、苏州、常州日均浓度分别是国家二级标准(75 μg/m³)的1.44、2.32、1.53倍;三市PM_2.5离子组分中,阴离子均以SO₄^2-和NO₃^-为主,阳离子以Ca²⁺和Mg²⁺为主;苏州Na⁺和Cl^-之间的相关性较高,其受到海盐输送影响较大;三城市PM_2.5中Ca是最主要元素,Al次之。运用主成分法分析南京、常州和苏州PM_2.5的来源可知,三城市PM_2.5受多个污染源影响,包括生物质燃烧、地表扬尘、五金工业及汽车尾气排放等。     

武汉市一次霾污染过程不同发展阶段下水溶性离子来源解析

本文利用气体组分及大气气溶胶在线监测系统(MARGA ADI 2080)观测武汉市2018年1月9—26日大气气溶胶中的8种水溶性离子(NH⁺₄、NO^-₃、SO^2-₄、Cl^-、K⁺、Ca²⁺、Na⁺和Mg²⁺),结合气象要素数据,使用主成分分析(PCA)、正定矩阵因子分析法(PMF)、HYSPLIT后向轨迹模式、潜在源区贡献(PSCF)和浓度权重轨迹(CWT),对霾污染过程中水溶性离子进行了全面的来源解析,探究了霾不同阶段下来源差异和空间分布特征。结果表明:(1)本次霾污染中的8种水溶性离子和4种污染气体,PCA解析出的源和占比分别为二次源和燃煤源的混合源(41.28%)、工业排放和土壤扬尘混合源(27.73%)和机动车排放源(9.63%),PMF解析出的源和占比分别为燃煤与土壤扬尘混合源(18.57%)、机动车排放源(20.74%)、二次源(18.30%)、光化学污染源(22.24%)和燃煤源(20.15%)。(2)霾在不同阶段下水溶性离子和4种污染气体的来源存在差异,在清洁天和霾消散阶段,光化学的贡献最高,占比分别为31.42%和36.07%;在霾发生阶段燃煤与土壤扬尘源的贡献最高,其贡献为40.94%;在霾发展阶段,最大的控制源为二次源,贡献占比为37.51%。(3)此次武汉市霾污染中PM_2.5浓度和NH⁺₄、NO^-₃和SO^2-₄的潜在源区为皖豫鄂三省和赣湘鄂三省交界处。霾污染中PM_2.5的主要影响范围是武汉市南部和北部省份,NO^-₃、NH⁺₄和SO^2-₄的主要影响区域为武汉市东北方向的城市、湖南省和江西省。     

H2O/CO2污染对煤油燃料超声速燃烧影响数值研究

在纯净空气与H₂O/ CO₂污染空气来流对比试验结果基础上,采用数值计算方法和化学动力学方法,研究了H₂O和CO₂污染组分对煤油燃料超声速燃烧的影响,获得了试验手段难以得到的燃烧室流场参数和性能数据。完成了相应的煤油燃料超声速燃烧室二维数值计算,其中匹配了进口总温、总压、马赫数、氧气摩尔分数和工作当量油气比。将数值计算结果与相应试验测量值进行了对比分析,并结合燃烧室流场数据、性能参数分析了H₂O和CO₂污染的动力学影响、以及对燃烧室性能的影响。研究表明:(1)数值计算结果与实验测量值总体上吻合,两种手段均体现了纯净空气来流时不同煤油当量油气比的燃烧室性能,并反映了一致的“污染效应”影响趋势;(2) H₂O污染、H₂O+ CO₂污染的存在降低了煤油燃料超声速燃烧室性能,体现在燃烧诱导压升、燃烧效率、流向冲量增量的下降,而且随着污染组分含量的增加,燃烧室性能下降越加显著。      

黑云杉林大气CO2稳定同位素组成δ13C,δ18O的分析

研究CO₂稳定同位素特征可以揭示光合、呼吸作用等众多信息,从而有助于了解生态系统与环境之间的碳循环过程。利用大气CO₂浓度及其稳定同位素的测定资料,分析稳定同位素比δ¹³C、δ¹⁸O,发现两者具有相似的时空分布特征。主要表现在δ¹³C和δ¹⁸O在冠层内具有明显的垂直变化趋势,冠层上部重同位素含量较高,而底部含量较低。从时间变化看,δ¹³C和δ¹⁸O在午后到日落具有较高的水平,而凌晨,δ¹³C和δ¹⁸O较低。运用Keeling图法分析δ¹³C、δ¹⁸O和CO2浓度的关系,发现δ¹³C值主要受光合和呼吸作用影响,与CO₂浓度的高低密切相关;而δ¹⁸O的变化比较复杂,因为δ¹⁸O除受光合、呼吸强度影响外,还取决于环境空气湿度。     

氟利昂R12及其替代物的分子构型和特征光谱研究

采用密度泛函理论对氟利昂R12及其替代物R134a在B3LYP/6-311G++（d,p）基组水平上进行结构优化和特征光谱计算.首次在该高精度基组下优化得到了R12和R134a的键长、键角和二面角等分子构型参数,且通过进一步的计算,得到了这两种分子的红外光谱和拉曼光谱.其中R12红外光谱的计算结果与美国国家标准局数据库（NIST）提供的实验结果基本吻合,说明了计算结果的准确性.另外通过从头算CIS方法对能量进行计算,得到了R12和R134a的紫外可见吸收光谱.计算结果可为进一步保护大气臭氧提供有用的数据参考.     

Scenarios of possible changes in atmospheric temperatures and ozone concentrations due to man's activities,estimated with a one-dimensional coupled photochemical climate model

A one-dimensional coupled climate and chemistry model has been developed to estimate past and possible future changes in atmospheric temperatures and chemical composition due to human activities. The model takes into account heat flux into the oceans and uses a new tropospheric temperature lapse rate formulation. As found in other studies, we estimate that the combined greenhouse effect of CH₄, O₃, CF₂Cl₂, CFCl₃ and N₂O in the future will be about as large as that of CO₂. Our model calculates an increase in average global surface temperatures by about 0.6°C since the start of the industrial era and predicts for A.D. 2050 a twice as large additional rise. Substantial depletions of ozone in the upper stratosphere by between 25% and 55% are calculated, depending on scenario. Accompanying temperature changes are between 15°C and 25°C. Bromine compounds are found to be important, if no rigid international regulations on CFC emissions are effective. Our model may, however, concivably underestimate possible effects of CFCl₃, CF₂Cl₂, C₂F₃Cl₃ and other CFC and organic bromine emissions on lower stratospheric ozone, because it can not simulate the rapid breakdown of ozone which is now being observed worldwide. An uncertainty study regarding the photochemistry of stratospheric ozone, especially in the region below about 25 km, is included. We propose a reaction, involving excited molecular oxygen formation from ozone photolysis, as a possible solution to the problem of ozone concentrations calculated to be too low above 45 km. We also estimate that tropospheric ozone concentrations have grown strongly in the northern hemisphere since pre-industrial times and that further large increases may take place, especially if global emissions of NO_x from fossil fuel and biomass burning were to continue to increase. Growing NO_x emissions from aircraft may play an important role in ozone concentrations in the upper troposphere and low stratosphere.     

Model analysis of the measured concentration of organic gases in the Norwegian Arctic

A 2-D meridional model for the chemistry and transport in the troposphere is used to study the seasonal variation of the concentration of organic gases like C₂H₂, C₂H₆, C₃H₈, C₆H₆, C₇H₈. CHCl₃ and C₂Cl₄ at high latitudes. The anthropogenic sources for these species were estimated, and the temporal and latitudinal distribution of OH and O₃ was calculated using a complex photochemical reaction system. There is fair agreement between the calculated annual variation and the measured concentrations for C₂H₂, C₂H₆, C₃H₈, C₇H₈ and C₂Cl₄ at Spitsbergen during July 1982 and March/April 1983, with a distinct late winter maximum and summer minimum. For CHCl₃, the direct anthropogenic source is minor compared to indirect anthropogenic or natural sources. For benzene, emission in car exhaust is important, but other anthropogenic sources are required for the calculations to agree with the measurements. Measured C₂H₄ and C₃H₆ concentrations are much higher than the calculated ones based on anthropogenic emissions, and show opposite seasonal trends. This indicates biogenic sources for these compounds.A buildup of PAN (300 pptv) is calculated at high latitudes during winter. This makes it the dominant source for NO_x as the temperature increases in the spring. NO_x is found to be a limiting factor for O₃ production at high latitudes during spring.     

全球农作物对大气CO2及其倍增的吸收量估算

根据农作物产量资料（ＦＡＯ１９９２年），计算出中国和全球各种作物对ＣＯ２的吸收总量分别为５．５×１０８ｔ／ａＣ和２８．９×１０８ｔ／ａＣ。同时以不同ＣＯ２浓度下小麦、玉米、大豆等全生育期光合速率实验数据直接计算的Ｃ吸收量为对照，与相应的中国产量资料计算结果比较，两者相差２．６％。从而进一步依据作物对ＣＯ２倍增反应诊断实验结果，推算出大气ＣＯ２浓度比目前倍增（７００ｐｐｍ）条件下，中国和全球农作物吸收ＣＯ２总量将增长２１％－２６％，分别为６．６×１０８ｔ／ａ—６．９×１０８ｔ／ａ和３４．１×１０８ｔ／ａ—３６．２×１０８ｔ／ａＣ。研究还表明，单位面积作物年吸Ｃ量全球（３．２ｔ／（ｈｍ２·８））比中国（４．２ｔ／（ｈｍ２·ａ））低２５．４％，而且Ｃ４作物普遍高于同类Ｃ３作物。     

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。     

[Bmin][BF4]+AMP复合溶液捕集温室气体CO2

采用基于离子液体[Bmin][BF₄]+AMP作为捕集CO₂的复合溶液,在膜吸收-热再生循环装置上,研究了该复合溶液捕集CO₂的过程和传质性能;通过阻力层传质模型,比较了预测值与实验值.结果表明：在相同条件和较高负载下,复合溶液具有较高的传递推动力和更高的传质系数;模型预测值和实验值符合较好,平均误差为12.8%.实验证明复合溶液的传质性能优于单一溶液.     

Total column densities of tropospheric and stratospheric trace gases in the undisturbed Arctic summer atmosphere

Ground-based FTIR measurements have been performed in the Arctic summer in July 1993 and June 1994 at 79° N to study the zenith column densities of several trace gases in the undisturbed Arctic summer atmosphere. Zenith column densities of H₂O, N₂O, HNO₃, NO₂, NO, ClONO₂, ClO, HCl, HF, COF₂, OCS, SF₆, HCN, CH₄, C₂H₆, C₂H₂, CO, O₃, CFC-12, CFC-22, and CO₂ were retrieved by line-by-line calculations. The results are compared with winter and springtime observations measured at the same site, with column densities obtained in the Antarctic summer atmosphere, and with measurements at midlatitudes. For HCl the spectra give lower total zenith columns than expected, but the ratio HF/HCl agrees well with midlatitude literature data. Measurements of ClONO₂ give low total columns in agreement with observations at midlatitudes. In the undisturbed atmosphere HCl was found to be in excess of ClONO₂. The total columns of HNO₃, N₂O and the sum of NO and NO₂ agree with summer observations in Antarctica. Results for the tropospheric trace gas C₂H₆ are higher by 250% when compared with Antarctic observations. Contrary to N₂O and CH₄ the seasonal cycle of C₂H₆ and C₂H₂ give much higher total columns in winter/spring compared to the summer observations. This is assigned to transport of polluted airmasses from mid-latitudes into the Arctic.     

简单生物圈模式 (SiB2) 中湍流能量通量对近地层两类阻抗系数的敏感性研究

陆—气之间的能量交换是通过近地层湍流热量和水汽通量来实现的.以往的研究表明近地层阻抗对湍流能量通量有着不同程度的影响,但是关于陆面模式中阻抗系数的取值范围却始终没有统一的标准.为了深入了解简单生物圈模式 (SiB₂) 中近地层阻抗系数取值变化对湍流能量通量的影响,我们以那曲站为例,分别采用传统的逐个因子分析法和考虑参数间相互作用的部分因子分析法定量地研究了夏季该观测站近地层湍流能量通量分别对冠层阻抗系数C₁和地表阻抗系数C₂的敏感性响应.结果表明,感热通量对地表阻抗系数C₂更为敏感,而潜热通量则对冠层阻抗系数C₁较为敏感;感热通量随C₁增加而增大,随C₂增加而减小,而潜热通量则随C₁或C₂的增加而减小;不管是感热通量还是潜热通量,它们对阻抗系数的敏感度随阻抗系数的增大而减小,而对阻抗系数的相对敏感度则随阻抗系数的增大而增大.最后,结合那曲站夏季下垫面稀疏短草的分布特点分析了造成感热通量和潜热通量敏感变化各异的原因.