近五年来东亚春季黑炭气溶胶分布输送和辐射效应的模拟研究

通过对2000～2004年2～4月东亚地区人为和生物质燃烧排放黑炭气溶胶的模拟,分析5年平均的结果,发现:春季,东亚地区印度、中南半岛、中国东部存在三个显著的黑炭气溶胶大值区,最大柱含量均在1 mg·m-2以上,印度半岛的排放能影响中国南方25°N～30°N之间区域,而中南半岛的排放能影响中国25°N以南的大陆地区.850～700 hPa是中南半岛排放输送进入中国的主要层次.中国华北和东北的排放向东输送影响朝鲜半岛、日本等地,但中国春季的输出量小于境外对中国的输入量;境外注入对中国西部和江南地区影响显著,对中国北方地区影响较小.黑炭气溶胶引起晴空和云天大气顶净向下辐射通量增大,地表净向下辐射通量减小,辐射通量变化最显著地区在中国四川、湖北一带,大气顶辐射通量增大最大为4 W·m-2,地表通量减小最大约-5.5 W·m-2.     

生物质燃烧输送对青藏高原气溶胶光学辐射特性的影响研究

利用青藏高原拉萨(Lhasa)和珠峰(QOMS_CAS)站点地基CE 318太阳光度计观测数据，研究了2012年4月2日至4月5日一次生物质燃烧输送对青藏高原气溶胶光学和辐射特性的影响；并结合卫星遥感产品以及后向轨迹模式分析了本次生物质燃烧输送的可能来源。结果表明：本次气溶胶污染期间Lhasa和QOMS_CAS站点的主要气溶胶类型变为生物质燃烧气溶胶，气溶胶粒子的消光性增大(气溶胶光学厚度(AOD)增大，Lhasa和QOMS_CAS站点AOD最大值分别为0.4和0.29)，尺度减小(消光波长指数(EAE)>1.5)，吸收性增大(吸收波长指数(AAE)>1.3)，细模态粒子体积浓度增大，而细模态粒子峰值半径减小。气溶胶辐射强迫表明此次输送过程使得Lhasa和QOMS_CAS站点的气溶胶对大气顶和地表的降温作用增强，对大气的增温作用也增强。生物质燃烧输送的可能来源为南亚的印度东北部，尼泊尔与不丹地区。     

CALIOP对一次秸秆焚烧后气溶胶光学特性的探测分析

采用星载激光雷达(Cloud - Aerosol LIdar with Orthogonal Polarization,CALIOP)资料研究了2008年6月2日华东秸秆焚烧排放气溶胶的光学特性,并与2006～2008年统计结果进行了对比.结果表明:1)CALIOP能够有效探测到气溶胶层,探测结果符合生物质燃烧气溶胶的...     

城市大气气溶胶细粒子的化学成分及其来源

大气气溶胶细颗粒物（PM10、PM2．5）是近年来大气气溶胶研究的热点。细粒子中含有多种化学元素与化合物。细粒子中的化学成分随时空变化而变化。细粒子主要来自车辆尾气、化石、油料及生物质燃料燃烧等人为排放源和二次污染。     

非洲地区大气气溶胶光学厚度时空变化及亚速尔高压对沙尘越大西洋传输的影响

研究了非洲地区大气气溶胶光学厚度（AOD）的时空变化及沙尘气溶胶越大西洋海区的传输。结果表明：1）源于撒哈拉沙漠的沙尘及其随赤道东风向西输送使得沙尘气溶胶成为非洲沙漠地区和紧邻的大西洋海区的主要气溶胶组分;AOD高值区和沙尘气溶胶光学厚度高值区在1—7月随赤道辐合带北移同步向北移动,而在8—12月则向南回撤。2）刚果盆地大气气溶胶主要为热带雨林和稀树草原排放的有机碳（OC）和黑碳（BC）气溶胶;其中与生物质燃烧源排放有关的OC、BC高值主要集中在干季（6—9月）的后半段（8—9月）;而生物源OC排放全年连续,其排放峰值出现于雨季开始时;生物质燃烧排放高值期与生物源排放高值期前后相继,形成干季（尤其是后半段）时期的OC、BC光学厚度高值。3）亚马逊河入海口地区主要气溶胶组分为海盐气溶胶,9—11月该区风力输送增强,风向由东南风转变为东风,海盐进入亚马逊河入海口处,形成AOD和海盐气溶胶光学厚度高值区。4）撒哈拉沙漠沙尘气溶胶向大西洋传输的偏北月份为7—9月、偏南月份为1—3月;2000—2016年海区沙尘气溶胶的传输路径存在向南移动的变化趋势,与同期亚速尔高压的增强和沙尘传输路径以北北风分量的增强以及赤道辐合带的移动一致。上述研究结果揭示了利用大气气溶胶时空变化特征反映区域大气环流和气候变化的可能性。     

露天生物质燃烧对地面PM2.5浓度的影响评估

利用MODIS火点、土地类型、植被覆盖、生物质载荷和排放因子等数据产品,开发了露天生物质燃烧排放模型,并将其嵌入空气质量模式WRF-CUACE,通过敏感性试验定量评估了露天生物质燃烧对中国地面PM_2.5浓度的影响。研究设计了3种模拟方案,比较模式评估结果发现修订后的方案能更好地模拟PM_2.5浓度。结果表明:2014年10月露天生物质燃烧主要集中在我国东北、华南和西南地区,其对PM_2.5月平均浓度的贡献达30~60 μg·m-3,局地甚至超过100 μg·m-3;华北、华东和华南地区生物质燃烧对PM_2.5月平均浓度的贡献达5~20 μg·m-3。从相对贡献看,东北大部分地区生物质燃烧对地面PM_2.5浓度的贡献超过50%,华南地区达20%~50%,西南局部地区甚至超过60%;华北、华中以及华东地区相对较低,平均相对贡献达10%~20%。生物质燃烧越严重的地区,其产生的PM_2.5中二次气溶胶的贡献占比越小,反之亦然。     

秸秆燃烧对北京秋季气溶胶浓度和短波辐射影响的模拟研究

利用地面细颗粒物（PM2.5）浓度和气象常规观测资料、地基 AERONET观测资料、GFED生物质燃烧排放清单和大气化学—天气耦合模式WRF-Chem,模拟研究了华北地区2014年10月气象要素和大气污染物的时空演变,重点关注北京10月7～11日的一次重霾事件及其天气形势、边界层气象特征、输送路径、PM2.5及其化学成分浓度变化等特征,以及秸秆燃烧对华北和北京地区细颗粒物浓度和地面短波辐射的影响。与观测资料的对比结果显示,模式可以很好地模拟北京地区地面气象要素和PM2.5质量浓度,考虑秸秆燃烧排放源可以明显改进北京PM2.5浓度模拟的准确性,但在重度污染情况下,模式总体上低估气溶胶光学厚度和高估地面短波辐射。10月7～11日北京地区重霾事件主要是不利气象条件下人为污染物累积和区域输送造成,也受到华北地区南部秸秆燃烧的影响。河南北部、河北南部和山东西部大面积秸秆燃烧释放的气态污染物和颗粒物在南风的作用下输送至北京,秸秆燃烧对北京地区地面PM2.5、有机碳（OC）、硝酸盐、铵盐、硫酸盐和黑碳（BC）的平均贡献率分别为24.6%、36.8%、23.2%、22.6%、7.1%和19.8%,秸秆燃烧产生的气溶胶可以导致北京地面平均短波辐射最大减小超过20 W m－2,约占总气溶胶导致地表短波辐射变化的24%。     

"黑碳的农业与生活源排放对东亚气候、空气质量的影响及其气候-健康效益评估"项目中期研究进展

国家重点研发计划“黑碳的农业与生活源排放对东亚气候、空气质量的影响及其气候-健康效益评估”课题的中期研究进展可归纳如下:1)针对观测和实验平台,课题组进行了针对飞机气路的重新设计和改装,加装了用于航测的大气黑碳(BC)、气溶胶光学、细颗粒物粒径谱、颗粒物组分及气体组分来源示踪相关仪器,对飞机设备进行了质量控制,并设计了针对课题研究的新飞行方案。搭建了多套源排放模拟燃烧实验平台和监测系统。2)开展了基于飞机和飞艇的针对华北、华中、长三角及山东地区的黑碳垂直廓线观测。通过空地联合观测,捕捉到了华北和华中等地跨区域的黑碳大气传输过程,探讨了传输的机制。3)组织了多次农村能源消耗调查。基于室内实验初步研究了民用燃料(煤和生物质)排放气溶胶的数浓度和单颗粒气溶胶(包括黑碳)组成、混合状态、实时演化特性。初步构建了中国民用燃煤和生物质燃烧的多污染物(包括黑碳)1 km×1 km排放清单。4)建立了黑碳的光学特性和混合特性模型。采用在线大气化学耦合模式(WRF-Chem)针对黑碳气溶胶对气象要素和边界层发展的影响进行模拟,探讨了黑碳-边界层相互作用机制对地面臭氧浓度的影响,揭示了黑碳对空气污染加剧/减弱影响的物理和化学机制。改进了地球系统模式,为后期开展黑碳气溶胶辐射效应的研究打下了坚实的技术基础。5)在北京和成都市开展了黑碳浓度对居民中不同类人群的呼吸及循环系统死亡率的影响研究,开展了黑碳浓度对居民急诊就诊人数的影响研究,分析了黑碳的健康效应。     

空气污染与气候变化

近50年来,全球气候变化主要由大气温室气体浓度的日益增加引起,而空气污染主要由悬浮于空气中的大气气溶胶粒子造成,它们都主要由矿物燃料的燃烧排放形成.近年的研究表明,大气气溶胶粒子也具有气候效应:一是通过散射和吸收太阳光,减少到达地面的太阳辐射而具有降冷作用,可抵消一部分由温室气体造成的变暖作用;二是可以作为云中凝结核改变云微物理过程和降水性质,改变大气的水循环.大气气溶胶对于经济社会的许多方面,如农业、水资源、人体健康、城市化等也表现出重要的影响.由于空气污染和气候变化在很大程度上有共同的原因,即主要都是由矿物燃料燃烧的排放造成,因而减轻和控制空气污染与减少温室气体排放保护气候在行动上应是一致的.为了从经济上得到最大的节约和获得双赢的效果,应该采取协同应对空气污染和气候变化的减排战略,即应该采取统一的而不是分离的科学研究和应对战略.     

春季中国东部气溶胶化学组成及其分布的模拟研究

本文利用区域空气质量模式RAQMS（Regional Air Quality Model System）,对2009年春季中国东部气溶胶主要化学成分及其分布进行了模拟研究。与泰山站观测资料的对比结果显示,模式能比较合理地反映气溶胶浓度的逐日变化特征。整体上,模式对无机盐气溶胶的模拟好,分别高估和低估黑碳和有机碳气溶胶浓度,其原因与排放源、二次有机气溶胶化学机制和模式分辨率的不确定性有关。模拟结果显示,春季气溶胶浓度高值主要集中于华北、四川东部、长江中下游等地区。受东南亚生物质燃烧和大气输送的影响,中国的云南和广西等地区有机碳浓度高于中国其他地区。中国西北部沙尘浓度较高,而且向东输送并影响到中国东部和南方部分地区。中国东部的华北、四川东部、长江中下游等地PM_2.5（空气动力学直径在2.5微米以下的颗粒物）污染严重,4月平均PM_2.5浓度超过了我国日平均PM_2.5浓度限值。中国东部泰山站的观测和模拟结果都显示近地面硝酸盐浓度超过硫酸盐,中国北部对流层中硝酸盐的柱含量也大于硫酸盐,而在中国南部则相反,这一方面与春季中国云量 南多北少的分布特征以及云内液相化学反应有关,另一方面也与南北温差对气溶胶形成的影响有关。就整个中国东部而言,虽然硫酸盐的柱含量（46 Gg）仍大于硝酸盐（42 Gg）,但比较接近,反映出我国氮氧化物排放迅速增加的趋势。春季中国地区对流层中PM₁₀（空气动力学直径在10微米以下的颗粒物）及其化学成分柱含量分别为:990.8 Gg（PM₁₀）,52.6 Gg（硫酸盐）,48.2 Gg（硝酸盐）,32.1 Gg（铵盐）,22.9 Gg（黑碳）和74.1 Gg（有机碳）,有机碳（OC）中一次有机碳（POC）和二次有机碳（SOC）分别占60%和40%,中国东部PM₁₀中人为气溶胶和沙尘分别占30%和70%,反映了春季沙尘对我国大气气溶胶的重要贡献。     

Seasonal transition of summer rainy season over indochina and adjacent monsoon region

The mean onset and withdrawal of summer rainy season over the Indochina Peninsula were investigated using 5-day averaged rainfall data (1975-87). The mean seasonal transition process during onset and retreat phases in Indochina, India and the South China Sea is also examined using 5-day mean OLR (1975-87) and 850 hPa wind (1980-88) date. It was found that the onset of summer rainy season begins earlier in the inland region of Indochina (Thailand) in late April to early May than in the coastal region along the Bay of Bengal. This early onset of rainy sea-son is due to pre-monsoon rain under the mid-latitude westerly wind regime. The full summer monsoon circulation begins to establish in mid-May, causing active convective activity both over the west coast of Indochina and the cen-tral South China Sea. In case of withdrawal, the earliest retreat of summer rainy season is found in the central northern part of Indochina in late September. The wind field, on the other hand, already changes to easterlies in the northern South China Sea in early September. This easterly wind system covers the eastern part of Indochina where post-monsoon rain is still active. In late October, the wind field turns to winter time situation, but post monsoon rain still continues in the southern part of the Indochina Peninsula until late November     

Seasonal Transition of Summer Rainy Season over Indochina and Adjacent Monsoon Region

ＳｅａｓｏｎａｌＴｒａｎｓｉｔｉｏｎｏｆＳｕｍｍｅｒＲａｉｎｙＳｅａｓｏｎｏｖｅｒＩｎｄｏｃｈｉｎａａｎｄＡｄｊａｃｅｎｔＭｏｎｓｏｏｎＲｅｇｉｏｎＪｕｎＭａｔｓｕｍｏｔｏＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＧｅｏｇｒａｐｈｙ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｏｋｙｏ...     

Simulation of the anthropogenic aerosols over South Asia and their effects on Indian summer monsoon

A regional climate model coupled with a chemistry-aerosol model is employed to simulate the anthropogenic aerosols including sulfate, black carbon and organic carbon and their direct effect on climate over South Asia. The model is driven by the NCAR/NCEP re-analysis data. Multi-year simulations with half, normal and double emission fluxes are conducted. Results show that the model performs well in reproducing present climate over the region. Simulations of the aerosol optical depth and surface concentration of aerosols are also reasonable although to a less extent. The negative radiative forcing is found at the top of atmosphere and largely depended on emission concentration. Surface air temperature decreases by 0.1?C0.5°C both in pre-monsoon and monsoon seasons. The range and intensity of cooling areas enlarge while aerosol emission increases. Changes in precipitation are between ?25 and 25%. Different diversifications of rainfall are showed with three emission scenarios. The changes of precipitation are consistent with varieties of monsoon onset dates in pre-monsoon season. In the regions of increasing precipitation, monsoon onset is advanced and vice versa. In northeast India and Myanmar, aerosols lead the India summer monsoon onset advancing 1?C2 pentads, and delaying by 1?C2 pentads in central and southeast India. These changes are mainly caused by the anomaly of local Hadley circulations and enhancive precipitation. Tibetan Plateau played a crucial role in the circulation changes.     

Hydro-climatic effects of future land-cover/land-use change in montane mainland southeast Asia

Regional climate model simulations with RegCM3 were performed to investigate how future land-cover/land-use (LCLU) change in Montane Mainland Southeast Asia (MMSEA) could affect regional climate. Simulation land-surface parameterizations included present day and plausible 2050 land-covers, as well as two extreme deforestation simulations. In the simulations, the original land cover map of RegCM3, based on AVHRR 1992–93 observations, was replaced with one obtained from MODIS 2001 observations; and the model was set to work at two different spatial resolutions using the sub-grid feature of the land surface model: 27.79 km for the atmosphere and 9.26 km for the land surface. During validation, modeled precipitation closely matched observed precipitation over southern China, but underestimated precipitation in the Indochina Peninsula. The plausible 2050 LCLU simulation predicted little change in regional climate. However, an extreme irrigated crop parameterization caused precipitation to increase slightly in the Indochina Peninsula, decrease substantially in southeastern China, and increase significantly in the South China Sea. The extreme short-grass parameterization caused substantial precipitation decreases in MMSEA, but few changes elsewhere. These simulations indicate in order for significant climatological changes to occur, substantially more LCLU conversion is required than the 16 % change we incorporated into the plausible 2050 land-cover scenario.     

EFFECTS OF SPRING SOIL MOISTURE IN THE INDOCHINA PENINSULA ON SUMMER PRECIPITATION OVER THE SOUTH CHINA SEA AND ITS SURROUNDING AREAS: A SIMULATION STUDY FOR 1999

Using the regional climate model RegCM4.4.5, coupled with the land model CLM4.5, we investigated the effects of springtime soil moisture in the Indochina Peninsula on summer precipitation over the South China Sea and its surrounding areas in 1999. Results have indicated that there exists positive correlation between soil moisture and summer precipitation over the western Pacific Ocean and negative correlation between soil moisture and summer precipitation over the eastern Indian Ocean. Summer precipitation in the South China Sea and its surrounding areas responds to springtime soil moisture in the Indochina Peninsula (the northwest region is critical) because general atmospheric circulation is sensitive to the near-surface thermodynamic state. Increased (decreased) soil moisture would result in decreased (increased) local surface temperatures. Latitudinal, small-scale land–sea thermal differences would then result in northeasterly wind (southwesterly wind) anomalies in the upper layer and southwesterly wind (northeasterly wind) anomalies in the lower layer, which strengthen (weaken) monsoon development. As a result, precipitation would enter the Western Pacific region earlier (later), and water vapor over the eastern Indian Ocean would enter the South China Sea earlier (later), causing a precipitation reduction (increase) in the eastern Indian Ocean and increase (reduction) in the Western Pacific.     

Moisture Transport and Associated Background Circulation for the Regional Extreme Precipitation Events over South China in Recent 41 Years

Based on the hourly precipitation data at 176 observational stations over south China and the hourly ERA5reanalysis data during the 40-yr period of 1981-2020, we analyzed the universal characteristics of moisture transport and their associated background circulations for four types of regional extreme precipitation events(REPEs) over south China. Main findings are shown as follow.(i) The wind that transported moisture for the REPEs over south China featured a notable diurnal variation, which was...     

2016年1月我国中东部一次大气污染物传输过程分析

利用常规气象数据和空气质量模式CAMx对2016年1月15—19日一次冷空气影响下郑州、武汉、南京的大气污染物传输过程进行了分析。观测发现,本次过程中武汉和南京在地面锋线到达后出现明显的PM2.5浓度的快速增长。通过分析发现,两地在1000~950 hPa高度层上偏北风的侵入带来上风向的大气污染物,同时在垂直方向上锋区内的稳定性层结抑制了大气污染物的扩散,两种作用共同导致污染物快速增长。在冷空气主体影响下,尤其是950~900 hPa高度层上弱风区消失后,污染物得到清除。大气污染物的传输作用主要发生在1000~950 hPa高度上。模式PM2.5来源示踪模拟结果表明,武汉(17日夜间至18日)和南京(17日夜间)在本次污染物快速增长过程中区域污染物输入的贡献在51%和58%左右。由于模式对PM2.5传输过程的低估,区域输送贡献率仍存在不确定性。但是,与1月15—19日平均相比, PM2.5的本地贡献明显减少,上风区域贡献明显增加。     

江西省区域霾天气过程典型个例分析

利用2011—2017年江西省基本气象观测资料,统计分析了江西省区域霾天气过程的时空分布特征,并选取典型个例进行天气学分析及模拟。结果表明:江西省区域霾天气过程的月、季变化特征明显,呈北多南少的空间分布特征。区域霾天气过程的天气形势可分为高压类、低压类和均压类,其中高压底部类出现次数最多。3个典型个例中江西地面分别处于高压底部、冷锋锋区和均压场,配合500 hPa高度层的平直西风气流、西北气流或西南气流控制,925 hPa高度层的反气旋控制,整层大气处于非常稳定的状态。江西中北部上空为弱的气流下沉区,相对湿度非常低,为逆温或中性层结。后向轨迹模拟显示,高压底部与冷锋锋区个例过程输送带均为西北路径,均压场个例过程污染物气团为西南气流输送。     

8月中国低纬高原水汽输送过程及其与降水量极端异常的联系

利用1979—2010年ERA-Interim再分析资料、全球降水气候中心(Global Precipitation Climate Center,GPCC)的降水量资料和站点降水观测资料,通过引入水汽贡献率和水汽通过率,构建描述降水量对水汽源地蒸发量的敏感性指数等方法,揭示了8月流入低纬高原水汽的输送过程的气候特征,及其与8月低纬高原降水量极端异常的联系。结果表明:(1)8月流入低纬高原水汽的重要源地是中南半岛北部和华南一带的陆地区域,以及北部湾和孟加拉湾北部西南至东北的狭长海面。(2)8月流入低纬高原水汽的主要输送通道有两条:孟加拉湾上空狭长的西南季风;经17°N附近偏东季风在南海西北部110°E附近发生转向后的东南季风。那加丘陵和中南半岛北部的纵向岭谷明显阻挡了两支水汽输送通道。(3)8月流入低纬高原水汽主要受大气环流影响,受水汽源地蒸发量的直接影响有限。当流入低纬高原水汽异常偏多(少)时,使得可降水量偏多(少),最终导致降水量偏多(少)。     

我国华南3月份降水年代际变化的特征

利用1951～2005年华南3月份降水资料、太平洋年代际振荡(PDO)指数以及NCEP再分析资料,对华南3月份降水年代际变化特征、及其对应的大尺度环流以及与PDO的关系进行了分析。结果表明,华南3月份降水存在显著的年代际变化特征,并且Mann-Kendal突变检验表明华南3月份降水在1978年左右发生年代际突变,从之前的降水偏少转变为降水偏多。我国华南3月份降水与PDO有着显著的相关。进一步研究表明,在年代际降水偏少时期,PDO处于负位相(北太平洋海温偏高,中东太平洋海温偏低),北太平洋海平面气压场和高度场偏高,亚洲大陆海平面气压场和高度场偏低,赤道西太平洋到赤道东印度洋附近的海平面气压场偏低,赤道辐合带附近地区的高度场偏低,东亚对流层大气偏暖,西太平洋副热带高压偏东,东亚高空急流偏北,东亚Hadley环流偏弱。在年代际降水偏多时期,PDO处于正位相,情况则与降水偏少时期相反。