中美大气化学联合考察实验结果的初步分析与比较

根据临安区域本底站观测资料分析结果得出,中国中纬度地区秋、冬季O₃及其前体物NO_x等浓度偏高,可以对农作物和地表生态系统产生影响.观测结果表明:近地层大气O₃浓度主要决定于地面总辐射量控制下的光化学反应过程;O₃的生成受到前体物NO_x的控制,但O₃与NO_x存在着明显的非线性关系.从PEM-WESTA和B的实验及1995年的观测资料表明,O₃的生成效率随着NO_x浓度的增大而减小.尽管O₃的生成速率秋季比冬季的大,但由于秋季较高的NO_x抑制了过氧基的生成,因此冬季O₃的累积量几乎可以和秋季相比拟.在临安观测的NMHC和NO_x的比值比国外同纬度地区测值要大.这说明在临安本底站O₃的光化学生成中,NMHC不是控制物种.从而提示我们,在这些季节临安O₃光化学产物能够被NO_x浓度所控制.中美大气化学联合考察(PEM-WEST-B)实验期间,台湾省的卡盯站SO₂的平均浓度为0.29ppb,O₃的平均浓度为42.2ppb,可以认为此值为低纬度海岛的本底值.1994年PEM-WEST-B实验期间临安站的观测资料和台湾省的卡盯站资料相比,临安站SO₂的浓度约为卡盯站SO₂浓度的50倍左右,从而可以看出人类活动对大气本底的显着影响.     

南京地区大气颗粒物影响近地面臭氧的个例研究

通过对2008年4月2～7日南京地区地面气象观测数据以及两个站点空气质量(O₃、NO_x、PM10)监测资料的分析, 发现O₃和PM10之间存在一定程度的反相关。利用一个光化学箱模式对该个例中大气颗粒物影响近地面臭氧的过程进行模拟, 结果发现大气颗粒物浓度的升高使得气溶胶光学厚度增加20％～40%, 导致NO₂和O₃近地面光解率下降20%～30%, OH和HO₂自由基浓度分别减少20%～50%, 造成O₃净生成率下降30%～40%。研究表明, 颗粒物对光化学过程的抑制造成了大气氧化能力的降低, 是近地面臭氧浓度减少的可能原因。     

2016年冬季南京地区大气污染特征的观测分析

基于2016年11月24日—12月23日南京市草场门站、鼓楼站和仙林站的强化试验观测资料,分析了城市和郊区主要大气污染物的时空变化特征及其与气象要素的相互关系。研究发现：观测期间南京PM_2.5、PM₁₀、NO₂、O₃、CO、SO₂月均质量浓度分别为52.84~84.34 μg·m^-3、88.36~120.34 μg·m^-3、49.98~51.66 μg·m^-3、24.85~50.57 μg·m^-3、0.99~1.2 mg·m^-3和22.1~26.48 μg·m^-3;近地面,城市大气污染物质量浓度高于郊区,其中城市O₃比郊区高61.0%;在城市地区,除NO₂和CO外,鼓楼站大气污染物质量浓度高于草场门站,其中鼓楼站PM_2.5比草场门站高42.7%;PM_2.5小时质量浓度最大为210.93 μg·m^-3,重污染过程出现时风速较低、温度较高,郊区PM₁₀、PM_2.5、NO₂质量浓度呈现高值时的最频风向为南风,O₃和SO₂质量浓度呈现高值时的最频风向分别为西风和西南风,所以郊区大气污染受城市输送影响。利用HYSPLIT模式研究发现12月4—8日和16—20日的污染气团分别来自西部和北方地区,聚类分析发现12月影响南京市的污染气团45%来自西部地区且移动速度较快,55%来自北方地区且移动速度较慢。由此可见,南京市冬季出现的大气污染,其形成不仅与本地排放和局地气象条件有关,而且西部和北方地区的远距离输送也会造成影响。     

SD-WACCM模式对平流层化学组分的模拟研究

利用美国大气研究中心开发的全球气候模式,对2008年平流层的化学组分(HNO₃、HCl和O₃)进行了模拟研究,并结合了MLS卫星资料进行了对比分析。结果表明,模式可以较好地再现平流层的各化学组分的时空分布状况。并选取了8个区域,将模拟的2008—2009年O₃柱浓度与臭氧监测仪资料对比,结果表明,模式可以较好地再现全球O₃总量的季节变化情况。     

北京夏季O3日变化及通量研究

2002年夏季,以北京325m气象塔为观测平台,进行了大气污染物臭氧(O₃)及其前体物氮氧化物(NO_x)和气象要素加强期的同步观测,并对观测资料做了详尽分析。结果表明:边界层内存在明显的臭氧浓度垂直差异;低层(120m)O₃浓度呈明显的日变化,且昼夜振幅较大;夜间高层(280m)O₃的化学消耗较弱,可维持较高的浓度;稳定度(Ri)在低层以中性态居多,振幅较小,而在高层以不稳定态居多,振幅较大。两层O₃湍流输送通量都呈单峰变化。白天,在O₃前体物和局地光化学反应共同作用下,120m左右处的O₃污染最大。     

基于多源融合数据评估2014-2018年中国地表大气臭氧污染变化及其健康影响

基于中国环境空气质量监测站观测数据、区域空气质量模式（CMAQ）模拟数据和卫星反演数据,利用数据融合方法获得了2014、2018年地表大气O₃质量浓度水平变化及其空间分布,通过空气污染控制健康效益评估工具（BenMAP-CE）评估了2014、2018年中国O₃导致的过早死亡人数。结果表明：2018年中国O₃日8 h最大（O₃-MDA8）质量浓度年均值为98.0 μg/m³,较2014年的87.9 μg/m³增长了11.5%,其中安徽省、山西省和山东省的O₃-MDA8质量浓度增加最为明显;2014和2018年O₃相关过早死亡人数分别为17.4万和26.7万,过早死亡人数增长率约为57%;中国9个区域中的中部区域O₃质量浓度和O₃相关过早死亡人数较其他几个区域增长最多,并且人口密度为1 000人/km²左右的区域过早死亡人数增加最多;河南省、河北省和四川省的O₃相关过早死亡增加人数比其他省份多;近年来中国地表大气O₃的健康危害的增加程度远大于O₃质量浓度的增加程度,应尽快加强对O₃污染的控制。     

长江三角洲地区对流层臭氧的变化趋势

根据TOR卫星数据分析,我国长江三角洲地区对流层O3柱含量的长期变化就全年和大多数月份而言均为增长趋势,1978-2000年间其年均值的增长趋势为0.82 DU/10 a。这种长期变化趋势所引起的气候效应及其对大气氧化性的影响值得进一步研究。结果表明,长江三角洲地区对流层O3柱含量的季节变化与该地区的临安区域大气本底站的地面O3季节变化有着显著的相关关系,临安站的观测数据具有区域代表性。     

三亚地区冬春季大气污染特征观测研究

为了研究海南省三亚地区冬春季大气污染状况,于2011年12月—2013年4月的冬春季节在三亚鹿回头村(监测点位于三亚市郊,三面临海,周围没有工业污染源)开展了大气主要污染物(NO_x、O₃、PM_2.5)的连续监测,利用观测数据对三亚地区冬春季大气污染变化特征进行分析.结果表明:三亚地区大气污染物浓度均低于国家一级标准的浓度值,NO、NO₂、NO_x、O₃、PM_2.5质量浓度的日平均值(平均值±标准差)分别为(2.1±2.2)、(5.2±3.4)、(7.3±3.8)、(59.8±28.4)和(17.5±14.3)μg·m^-3.在污染物的日变化方面,NO_x、PM_2.5呈现典型的双峰型,其峰值分别出现在08:00和17:00,峰谷在13:00;O₃的日变化为单峰型,峰值出现在13:00.通过后向轨迹分析发现,三亚地区大气污染物受局地源排放和外源输送的共同影响,来自陆地的气流易造成污染物的积累,而来自海上的气流则有利于污染物的清除.     

2022年9月福建邵武边界层臭氧异常升高的气象成因

【目的】为揭示边界层O₃异常升高及大气热力、动力条件对其影响的机理。【方法】该文基于多源观测资料,采用天气分型、统计合成和物理量诊断等方法,探究了2022年9月福建邵武（国家级气象探空站、O₃探空观测科学试验基地）出现边界层O₃异常升高的特征及大气热动力的综合作用。【结果】2022年9月邵武近地层O_3-8h异常正距平最高达125.4%;在非光化学时段（21时—次日07时）O3较多年平均值增长137.1%;边界层O₃体积混合比（OVMR）明显高于不同季节的平均状态,21日O₃探空观测到边界层O₃总量为全年同层探空观测的极大值。O₃异常升高是副热带高压和3个台风外围共同影响的结果,导致全月较30 a气候态平均呈现：太阳辐射偏强、低云量偏少、地面气温升高,相对湿度偏低、降水量偏少,偏北风持续时间长且风速偏大;7日和21日边界层O₃总量高值日的气象探空廓线呈现大气层结稳定、空气干燥、湿层薄,同时下沉对流有效位能DCAPE值较高,在200～800 J·kg_-1之间,即存在明显的下沉气流;低层主导风为偏东风,风速在4～8m·s_-1之间。【结论】气象要素配置与大气的热力、动力条件一方面有利于O₃光化学生成,另一方面有利于上风向高浓度O₃水平输送和边界层高浓度O₃垂直下沉侵入,而后者是O₃异常升高的主要来源。     

夏季南亚高压对其邻近UTLS区域臭氧分布的影响

利用欧洲中期数值预报中心（ECMWF）提供的ERA5高分辨率月平均再分析资料，分析了1991—2020年共30 a夏季6—8月南亚高压对其邻近上对流层—下平流层区域臭氧（O₃）分布的影响。结果表明：ERA5资料能清晰地刻画出南亚高压夏季6—8月的月变化及振荡特征，同时能很好地反映出对应的臭氧低值这一现象。此外，ERA5高分辨率资料还能揭示出臭氧低值的范围和强度变化与南亚高压的范围和强度变化之间存在紧密联系。当南亚高压异常偏强（弱）时，邻近区域的臭氧低值增强（减弱），当南亚高压中心位置发生振荡时，臭氧浓度纬向偏差的中心也随之发生变化，这种变化在南亚高压偏强年时更明显。但这种联系有一定复杂性，不同月份的相关性存在差异。南亚高压对臭氧浓度的这种影响主要与对流层的空气输送有关，臭氧低值中心位置和范围的变化与位涡低值、位温纬向偏差负值区域分布相对应。     

我国西北干燥区地面气象站观测环境代表性思考

气候观测环境代表性和观测资料质量是开展大尺度气候变化监测和研究的前提。为了解我国干燥区气象观测环境变化和台站代表性，作者对河西走廊和北疆九个国家级气象站观测环境开展了调研。本文介绍了调研了解到的情况，并结合先前研究结果，从气候变化监测和研究的视角，讨论了西北干燥区地面观测站代表性问题。目前我国西北地区气象站地面观测，对于干燥区的城市和绿洲区域气候及其变化，具有较高的代表性，但对更广大的荒漠和半荒漠背景气候及其变化，代表性仍显不足。作者发现，早先研究中指出的北疆等地区城镇站地面气温序列负向城市化影响，应与观测场周围局地甚至区域尺度绿洲扩大有直接联系，较难反映绿洲以外干燥区地带性气温变化。针对地面观测环境调研所发现的问题，文章最后提出了几点建议，希望对未来国家基准气候站网设计和建设提供一定参考。     

近20年来中国极地大气科学研究进展

南极、北极和青藏高原是地球上的 3大气候敏感地区 ,是多个国际计划研究全球变化的关键地区。中国的南极和北极实地考察研究 ,分别始于 2 0世纪 80和 90年代 ,起步较晚 ,但近 2 0余年来有较大的进展。极地大气科学考察与研究是极地科学研究的重要组成部分。讫今为止 ,中国已组织了 2 0次南极考察和 3次北极考察 ,建立了中国南极长城站、中山站和北极黄河站等 3个常年科学考察站 ;进行了常规地面气象、Brewer大气臭氧、近地面物理、高层大气物理、冰雪和大气化学等观测 ,获得了较为系统的极地大气科学第一手资料 ;开展了有关极地与全球变化的研究 ,取得了新的进展。南极地区大气温度、臭氧和海冰的气候变化在时间和空间上都是多样的。南极地区的增暖主要发生在南极半岛地区 ,在南极大陆主体并不明显 ,近 10余年来还有降温趋势。中国南极长城站和中山站的观测资料也证实了这一点。此外 ,还揭示了南极半岛西侧和罗斯海外围的海冰变化具有“翘翘板”特征 ,由此定义的南极涛动指数可用来讨论南极海冰状况和海冰关键区的活动 ;用实地考察资料研究了极地不同下垫面的近地面物理和海 -冰 -气相互作用特征 ,给出了边界层特征参数 ;讨论了极地天气气候和大气环境特征及其对东亚大气环流和中国天气气候的影响 ;利用     

Geographical Patterns and Temporal Variations of Regional Dry and Wet Heatwave Events in China during 1960–2008

Daily maximum/minimum temperatures and relative humidity records from 510 stations in China for the period 1960–2008 were used to investigate geographical patterns and temporal variations of heatwave (HW) events. Dry and wet HW events were compared by different definitions. Regionally, both dry and wet HW events are commonly located in southeastern China in the monsoon area, with neither type occurring in the northeast part of Northeast China and Southwest China, while the north-northwest region of the country experiences dry HW events and a few wet HW events. In the southeast of the country, site dry HW events occurred from April to September and mostly in June, while site wet HW events occurred from April to October and mostly in September. In total, 163 regional wet HW events were identified. The ten longest regional wet HW events lasted for more than 20 days, while the mean duration for 163 events was about 11 days. For the top ten events, six occurred after the 1990s, compared with four before this time. Global surface warming was clear since 1979, but the frequency and severity of regional wet HW events were relatively low in the 1980s, increasing remarkably since the 1990s. Possible reasons for this might be the strong interdecadal and interannual variations in regional atmospheric circulations, as well as water transport related directly to temperature contrasts in different regions, rather than global-mean temperature changes.     

中国大气本底观测:减污降碳背景下主要大气成分变化趋势

大气成分变化对天气气候、环境生态,以及人体健康、社会生活等都有重要影响.只有通过长期观测,了解这些大气成分的浓度水平、变化趋势、相关源汇过程,才能准确地评估人类活动对当前地球气候、环境和生态系统造成的影响,保护人类发展和生存条件.本文概括介绍了世界气象组织全球大气监测计划(WMO/GAW)和我国开展大气本底观测的发展历...     

利用MODIS/LST产品分析基准气候站环境代表性

该文基于2001—2007年地表温度遥感反演产品 (MOD11A2),以基准气候站对其周围不同大小窗口内地表温度距平序列的解释方差作为度量,评估了我国142个基准气候站的环境代表性,并将代表性与土地覆盖和高程状况进行相关研究。结果显示:以解释方差大于0.75作为区分是否具有代表性的阈值,约41%的站点代表性较好,代表区域范围可超过51×51 km2,多分布于北方地区;约21%的站点代表性较差,代表区域范围不足7×7 km2,多分布于南方地区;其他代表区域范围居中的站点在南、北方均有分布;站点周围的土地覆盖多样性和地形起伏度与站点代表性存在负相关,且相关性随窗口的增大而加强。文中还评估了基准气候站对所属气候区的代表性,发现在气候特征复杂的西南地区和新疆部分地区,站点对气候区的代表性较差。     

Impact of Air Transport on Seasonal Variations and Trends of Surface Ozone at Kislovodsk High Mountain Station

The impact of air transport on the surface ozone variations is analyzed at Kislovodsk High Mountain Station for the period 1989–1996 on the basis of 2D back trajectories. It was shown that the contribution of photochemical and dynamical processes is different for the different seasons. In summer months the surface ozone concentration is governed by photochemical ozone production in semi polluted air from the regions of Northern Caspian, Southern Ural and Volga region. Time of the seasonal ozone maximum appearance is defined by joint influence of the processes of photochemical production and destruction in the eastern sectors and advection from Ukraine and Central Europe. The value of the seasonal minimum is determined by the processes of ozone destruction in the air coming from northeastern direction in the stable frontal zone. Distribution of sectors of the air transport changes from year to year and it can partly explain strong negative trend of the surface ozone concentration at the site.     

极地大气科学与全球变化研究进展

南极和北极是地球上的气候敏感地区, 也是多个国际科学计划研究全球气候变化的关键地区。极地大气科学考察与研究是极地科学研究的重要组成部分。中国气象科学研究院的极地大气科学考察与研究始于20世纪80年代, 25年来有较大进展。中国气象科学研究院参加了我国组织的23次南极考察、2次北冰洋考察和3次北极考察; 承担了南极长城站和中山站、北极黄河站气象业务建设和维持, 以及中-澳合作南极冰盖3个无人自动气象站工作; 进行了常规地面气象、Brewer大气臭氧、近地面物理、冰雪和大气化学等观测, 获得了较为系统的极地大气环境资料。开展了有关极地大气科学与全球变化的研究, 在极地天气气候特征及气候变化时空多样性、极地海冰变化和南极海冰涛动、极地近地面物理特征和海-冰-气相互作用、中山站臭氧变化特征及南极臭氧洞和大气化学、气候代用资料获取和古气候环境以及极地大气环境变化对东亚环流和中国天气气候影响等方面的研究取得了新进展。中国极地大气科学正积极通过多学科交叉、走国际合作道路, 努力提高对极地在全球变化中作用的认识水平, 并积极探索极地变化对我国气候、环境的影响。     

我国霾和光化学污染观测研究进展

霾和光化学污染已成为我国最严重的环境气象灾害,受到政府和公众广泛关注。针对我国的环境气象问题,国内外科研人员开展了大量研究工作,发表了一系列的研究成果。该文对近年来我国霾和光化学污染的观测、分析和影响研究方面的文献进行综述,为将来相关研究提供基础。在霾污染方面,主要回顾了霾的现象与判别、组成与来源、影响霾的气象因素、霾的长期趋势等方面的研究进展。在光化学污染方面,主要回顾了污染的特征与水平、污染的区域化、臭氧垂直分布、地面臭氧影响因素、臭氧污染发展趋势等方面的研究进展。此外,还概括了霾和光化学污染危害研究主要成果,在文献综述的基础上,提出了未来研究中值得关注的几方面问题,包括进一步加强霾和雾的科学判识方法、污染物相互作用、污染-气象-化学-生态间耦合效应研究,特别关注光化学污染发展态势,加强长期观测资料的积累、分析与应用等。     

东亚区域对流层臭氧及其前体物的季节性关联

利用2010—2012年对流层臭氧（O₃）及其多种前体物的卫星遥感资料和全球水汽再分析资料,研究东亚区域O₃及其前体物的时空分布,以及在中国东部（分为南、北两部分）相关性的季节变化。结果表明:东亚区域NO₂与CO的对流层柱含量均表现为冬季高、夏季低的时空变化形式。O₃对流层柱含量夏季达到峰值,冬季为谷值。中国东部的北部与南部地区O₃与NO₂均在夏秋季呈正相关,冬春季呈负相关。夏季大部分地区NO_x的光化学循环反应对O₃生成有积极的促进作用,冬季大部分地区O₃的光化学循环生成受到抑制。O₃与CO在北部地区夏秋季和南部地区夏季正相关性最大,无论是在北部还是南部地区,O₃与CO的相关性在轻污染情况下最大,而在重污染和背景情况下较小,表明重污染气团向下风方的输送更有利于O₃的光化学生成。O₃与水汽在北部和南部地区的多数时间均呈较显著的正相关性,而在南部地区夏季和北部地区冬季具有较大的负相关性,反映出不同的环流形式、气团来源及伴随的天气条件变化对O₃分布的影响。