重庆冬季大气气溶胶的物理、化学特征

利用2001—2002年重庆冬季大气气溶胶粒子观测资料，分析了气溶胶粒子的数浓度、质量浓度、谱分布、化学元素组成及其与气象因子的关系。结果表明，重庆冬季大气气溶胶数浓度与我国其他大城市处于同一水平，大于0．3μm气溶胶粒子的平均数浓度为225．3个／cm^3（最大337．8个／cm^3）；冷空气入侵和降水是局地气溶胶的主要清除机制，雾的存在可以显著地改变气溶胶数浓度的一般日变化规律；PM10占TSP（Total Suspended Particles，总悬浮颗粒物）质量浓度的60％～80％；人为污染元素S、zn、As、Ph等在细粒子中富集较高。     

青藏高原地区大气臭氧变化的研究

文中综述了对青藏高原夏季大气臭氧低值中心的出现和可能形成的机理的一些研究结果。发现了青藏高原在夏季存在大气臭氧总量低值中心的事实 ,研究了该低值中心的背景环流特征 ;证实了青藏高原地区确为对流层与平流层物质输送的通道之一 ,以及它对青藏高原臭氧低值中心形成所起的作用 ;并用数值模拟方法揭示了该低值中心的形成原因。另外用资料证实了青藏高原地区夏季不但存在大气臭氧低值中心 ,而且该低值中心是一个强大气臭氧递减中心的事实。最后介绍了用数值模拟方法来预测青藏高原地区大气臭氧未来变化的趋势。     

大气臭氧与气溶胶垂直分布的高空气球探测

本文给出了1993年9月12日利用高空科学气球在河北省香河地区探测到的大气臭氧和气溶胶的垂直分布。结果发现:(1) 大气臭氧的数密度在整个对流层较低(～10[12]mol/cm3)，并从地面到对流层顶略有下降；对流层顶以上开始快速增加，极值层高度在～24 km，其值为4.78×10[12]mol/cm3；臭氧分压有类似的分布特征，极值146×10[-4]Pa，位于同一高度；(2) 在平流层低层，臭氧分压有一个次极值62×10[-4]Pa，位于15～16 km；(3) 0～30 km大气气溶胶数密度呈现出三个峰值:143，8和1.1 个/cm[3]，分别位于近地面、5 km和21 km；（4）气溶胶的数密度谱在对流层为双模态；在平流层，次峰消失。同时，我们还与其他观测结果作了比较分析。     

大气气溶胶成核监测

气溶胶成核作用是全球大气气溶胶粒子的主要来源,在气溶胶气候效应中扮演重要角色。大气气溶胶成核过程的关键步骤发生在2nm以下的尺寸范围,在如此小的范围直接对其做分级监测直到最近才能够进行。     

大气气溶胶细粒子研究进展

大气细粒子PM2.5是大气气溶胶的一个组成部分,由于其粒径小,比表面积大,可以为有毒物质提供载体,所以它对环境和人体健康都有很大的影响。本文主要从PM2.5的危害、研究方法和沙尘细粒子的研究进展来阐述国内外细粒子的研究现状,并对其今后研究热点及新方向进行了展望。     

大城市气溶胶对光化辐射通量及臭氧的影响研究(Ⅱ)——数值试验分析

城市化已引起大量痕量气态污染物、气溶胶以及臭氧前体物的人为排放,从而引起区域大气化学循环的扰动变化。在分析国内外研究现状与观测实例的基础上,进一步用辐射模式与化学模式研究了气溶胶对到达地面的光化辐射通量以及臭氧形成的影响,表明气溶胶可显著减小到达地面的光化学辐射通量,减缓光化学反应进程,并进一步抑制臭氧的形成;在目前广州等大城市的污染过程中,高浓度的气溶胶可造成光化学辐射通量衰减高达70%~80%,紫外线的衰减比可见光更明显,在可见光波段随波长增大衰减幅度减小,气溶胶层的存在对短波长激发的光化学过程的影响更加显著。分析说明城市污染大气中光化学反应的生成物与反应物之间存在自抑制过程,在目前的城市群复合污染情况下,气溶胶与臭氧之间的非线性相互作用值得关注。     

泽当、景洪大气气溶胶粒子的物理、化学特性

利用 1 997～ 1 999年在西藏泽当、云南景洪观测地飞得到的大气气溶胶资料 ,分析了气溶胶粒子的物理化学特性 ,包括质量浓度、数浓度、光学吸收系数和化学组成 ,初步讨论了有关的影响因子 ,并同国内外其它地区的观测结果进行了比较。结果表明 ,大气气溶胶粒子在以上两地以及与其它地区之间存在明显的差异     

大城市气溶胶对光化辐射通量及臭氧的影响研究(Ⅰ)——国内外研究现状与观测事实述评

介绍了气溶胶对光化辐射通量及臭氧的影响研究的国内外动态,分析了广州城市气溶胶对紫外线及臭氧影响的观测实例,说明了大气气溶胶与臭氧变化规律及其相互作用机制研究已成为大气化学研究领域具有重要理论和实用价值的前沿课题。     

全球环境大气输送模式(GEATM)的建立及其验证

初步建立了以二氧化硫、硫酸盐、黑碳、沙尘气溶胶等作为主要研究对象的全球环境大气输送模式(Global Environmental Atmospheric Transport Model,GEATM),其水平分辨率为1°×1°,垂直方向分为20层,采用地形追随坐标系,考虑了上述大气化学成分的地面源排放、平流与扩散、化学转化以及干沉降、湿清除等过程.利用NCEP/NCAR再分析资料作为驱动气象场,对2004年进行长期模拟,分析了二氧化硫、硫酸盐、黑碳、沙尘气溶胶的浓度分布和输送态势.与观测的比较表明,模式对于大气化学成分分布状况具有较强的模拟能力,在欧洲的Jarczew和Leba观测站,二氧化硫日平均浓度的相关系数分别达到了0.69和0.66;在中国,有47个站点的二氧化硫日平均浓度相关系数高于0.50,其中北京、天津、上海等28个站点的浓度相关系数达到了0.60以上.同时,模拟的沙尘气溶胶总体柱浓度分布状况与卫星观测输出的气溶胶光学厚度具有很好的一致性,体现了气溶胶粒子的输送态势和分布特征.模拟结果显示二氧化硫、硫酸盐、黑碳的浓度高值区主要位于污染排放较大的欧洲、东亚和北美地区,二氧化硫地面最大年均浓度值为1500×10-12,硫酸盐为500×10-12,黑碳气溶胶为1000ng/m3.沙尘浓度与下垫面土壤类型以及地面气象条件关系密切,全球沙尘浓度主要分布在撒哈拉沙漠、阿拉伯半岛、中亚地区、澳大利亚西部以及拉丁美洲南部地区,并且呈现了较为显著的季节变化特征,撒哈拉沙漠输送最强时期是在6～8月,影响范围覆盖了整个赤道大西洋,最西端伸展到了北美的加勒比海地区;阿拉伯半岛沙尘输送最强时期是3～8月,影响范围包括阿拉伯海和孟加拉湾地区;亚洲在3～5月有非常强烈的沙尘东传过程,浓度输送带一直贯穿了整个北太平洋地区.     

大气环流持续异常的研究进展

对大气环流持续异常观测事实及其形成理论研究进行了比较系统的总结,并重要总结了自８０年代以来这一领域所取得的进展,最后简要地分析了尚存在的问题及不足。     

Reduction of Multiphase Atmospheric Chemistry

The aim of this article is to investigate the dynamical behaviour ofmultiphase atmospheric chemical mechanisms. Reducing procedures areapplied to a multiphase chemical box model including gas-phasereactions, aqueous-phase reactions and interfacial mass transfer. The lumping of species is computed in an automatic wayusing an efficient algorithm (apla). The computed lumped species arerelated to the fast behaviour of chemical and microphysical processessuch as Chapman cycle, ionic dissociations within the cloud drops andinterfacial Henry's equilibria. Depending on some parameters (liquidwater content, droplet radius) mixed lumped species (including both phases) may also becomputed. We show the existence of hierarchical reduced models due to the existence ofmultiple timescales. We use a special algorithm (dan2) in order tosolve the reduced models. Such models are accurate and the relative errorremains under the threshold of 1%. The speed-up is up to a factor 5comparedwith a fully implicit method (Gear) for the same accuracy. The key pointis that it provides a good qualitative understanding for the behaviourof the kinetic scheme.     

Influence of Biogenic Secondary Organic Aerosol Formation Approaches on Atmospheric Chemistry

Global secondary organic aerosol formation (SOA) is currently assumed to be between 11.2 and 270 Tg/yr. This range of uncertainty is reflected in the gas-phase chemistry. In this study, we focus on the feedback of SOA formation on the concentrations of most important trace gases such as ozone, and compare it to the impact of monoterpene gas-phase chemistry with a newly developed reduced monoterpene mechanism (MMM) for either α- or β-pinene in the global chemistry transport model MATCH-MPIC. With this set-up an uncertainty range of 3.5–4.0% increase in annually averaged tropospheric ozone was found to be caused by the gas-phase chemistry of the investigated monoterpenes. Moreover, a strong feedback has been observed for NO_x, HCHO, HNO₃ and PAN. These observations are affected remarkably by different SOA formation approaches like partitioning or saturation vapour pressure limitation and by the structure of the monoterpene used, e.g. reducing the impact on tropospheric ozone to 1.2–1.9% by using the partitioning approach versus the simulation with gas-phase chemistry only. Therefore, a consideration of the individual processes associated with SOA formation seems to be necessary to reduce the uncertainty in SOA formation and to understand the impact of VOCs on atmospheric chemistry. An erratum to this article is available at .     

全球二维大气化学模式和大气化学成分的数值模拟

建立了一个全球二维纬向平均化学模式,模式包括了从90°S到90°N,从地面到20 km高度的大气.模式中应用的流场来自根据加热率计算得到的剩余环流.模式化学部分包括34种大气成分、104个化学反应和光化学反应.其中,甲烷、一氧化碳和氮氧化物排放分为季节性和非季节性排放源,并将其参数化为时间和纬度的函数再应用到模式中去.按1990年的甲烷、一氧化碳和氮氧化物的的排放水平模拟得到了多种大气组成的分布,模拟结果与观测有较好的一致性.由于模式考虑了一氧化碳的季节变化,模拟得到的OH自由基分布更为合理.模式的建立为今后进一步研究大气微量成分的全球循环过程及其长期变化提供了有效的手段.     

变分伴随方法应用于大气化学初值和参数反演研究

将结合正则化思想的变分伴随方法应用于大气平流层中臭氧破坏催化反应过程的浓度初始值和反应速率参数的反演问题,推导了在整体资料和末端时刻局部资料反演的伴随模式和泛函梯度,并进行了一组理想数值试验.试验结果表明了变分伴随方法运用于大气化学过程的反演研究的有效性,特别是局部资料联合反演中可以运用正则化思想克服反演的不适定性.     

非线性大气动力学的进展

总结了自新中国成立以来中国科学院大气物理研究所在非线性大气动力学领域的进展,其中主要介绍了在非线性适应过程、非线性稳定与不稳定、全局分析理论、可预报性、低阶谱方法与多平衡态动力学、非线性波动、波流相互作用、阻塞高压非线性动力学、中小尺度非线性动力学等几个方面的研究成果及最新进展.     

大气探测高技术及应用研究进展

大气探测技术是支撑大气科学,特别是大气物理和大气环境学科发展的重要基础,其主要任务是发展新的探测和试验手段、原理和方法,为认识大气运动以及大气中各种物理、化学、生物过程的基本规律及其与周围环境的相互作用提供技术手段和方法。除了充分利用国内外已有的成熟技术和产品对大气科学发展提供支持外,大气探测还存在一系列科学与技术问题需要研究和开发,这也是大气探测科学与高技术的前沿。本文从强对流和降水探测技术、雷电探测技术、云特性探测技术、臭氧和气溶胶等大气成分探测技术、地基GPS观测反演大气和海洋参数、大气与环境综合探测平台六个方面综述近五年来中国科学院大气物理研究所在地面大气探测高技术研发、实验观测及相关研究领域所取得的一些主要进展,并对未来发展进行展望。     

虹晕等几种大气光学现象的偏振

观测到虹的偏振。分析了虹、晕等现象的特点。运用菲涅耳公式给出其偏振度。结果表明 :各种现象的偏振度相差较大 ,主虹、二次虹分别为 0 .93和 0 .81 ,多次虹的偏振度也较大 ,在 0 .75以上 ;46°晕的偏振度为 0 .1 6 ,2 2°圆晕的偏振度很小 ,仅为 0 .0 4。假日环、日柱的偏振度随入射角有一定的变化范围。虹、假日环、日柱是反射式偏振 ,以垂直于入射面的振动为主 ;而 46°晕、 2 2°圆晕则是折射式偏振 ,以平行于入射面的振动为主。着重讨论了水虹和冰虹的偏振     

大气边界层和大气环境研究进展

大气边界层物理和大气环境是大气科学的重要领域,中国科学院大气物理研究所自成立以来在这一研究领域取导了丰硕的成果.作者重点介绍最近十多年来在大气边界层探测、大气边界层结构特征、大气湍流理论、城市和区域大气污染预测预报模式研究等方面取得的重要进展,并对大气边界层和大气环境研究的未来发展作了展望.     

大气遥感研究展望

对大气遥感研究发展方向作了展望,重点论述了如下几个方面:1)未来大气遥感研究若干特点;2)主被动式相结合的卫星大气遥感;3)大气遥感技术与应用集成;4)大气和地表物理参数的综合遥感;5)气溶胶与云光学特性遥感;6)微量气体时空分布遥感;7)地基大气遥感及走向综合集成.