大气本底污染监测在气象和环境科学中的作用与意义

大气本底污染监测是近年来新兴的一门学科。它与气象学、大气化学、环境学有密切关系。随着在国民经济中的应用和科学研究的进展,大气本底污染监测在气象学和环境科学中的重要作用日趋明显。 所谓大气本底污染,是指远离城市及工业区而不受局地污染影响的大气平均污染状况。它反映在较大范围内,因人类活动而造成的大气成份长期变化。 自四十年代以来,由于工业与经济的飞跃发展,大量有害物质排入大气,给人类的生活环境带来日益严重的污染与破坏,人类     

大气臭氧与气候变化

人们为什么对大气中大量的臭氧感兴趣呢?其原因在于臭氧对大气的结构、特性,以致于地球上有生命物体有着巨大影响。大气中臭氧的存在使得波长小于290nm的太阳强紫外辐射不能透过大气。另外,臭氧还大量吸收了波长在290-320nm之间的中紫外辐射,波长在320-240nm的近紫外辐射才能通过臭氧层到达地面,但它对生物没有危害。今天无疑可以认为:由于大气中“臭氧盖”的存在,才能使人类免遭紫外辐射的有害影响,人类才能得以生存和发展。大气中臭氧总量的变化(臭氧含量平衡的破坏)影响了平流层中不同高度太阳紫外辐散流入量的分布,这就导致了平流层温度和高层大气     

大气边界层高度确定及应用研究进展

大气边界层高度是表征边界层特征的重要参量,影响边界层内水热、物质、能量的垂直分布,也是数值模拟、环境评估中的重要参数。从湍流运动、热力作用、动力作用以及物质分布等多视角总结了大气边界层高度的定义及确定方法,回顾了采用直接观测手段和遥感手段确定大气边界层高度的不同方法,对比了大气边界层高度不同获取手段的优缺点,梳理了大气边界层高度参数化方案,探讨了大气边界层高度确定中存在的问题,并提出未来相关研究和应用可能突破方向。      

西北干旱区夏季大气边界层结构及其陆面过程特征

在中国西北干旱区影响大气边界层形成和发展的气候环境和大气环流背景都具有一定特殊性.文中用外场观测试验资料,分析了位于西北干旱区的敦煌荒漠夏季大气边界层气象要素结构特征,发现该地区无论白天的对流边界层还是夜间的稳定边界层均比一般地区更深厚.在夏季晴天,夜间稳定边界层厚度超过900 m,最厚可以达到1750 m,其上的残余层一般能达到4000 m左右的高度;白天混合层最高达3700 m,混合层顶的逆温层顶盖的厚度大约450 m,甚至更厚,对流边界层厚度能够超过4000 m,对流边界层进入残余层后发展十分迅速.研究表明,白天深厚的对流边界层是夜间保持清晰而深厚的残余混合层的先决条件,夜间深厚的残余混合层又为白天对流边界层的发展提供了一个非常有利的热力环境条件.该地区经常性出现连续性晴天使得大气残余层的累积效应得以较长时间持续发展,创造了比较有利于大气对流边界层发展的大气热力环境条件.同时,该地区陆面过程和近地层大气运动特征也为这种独特的大气热力边界层结构提供了较好的支持.就该地区发展超厚大气对流边界层的物理机理而言,地表显著增温是强有力的外部热力强迫条件,近地层强感热通量提供了较充足的能量条件,较大的对流运动和湍流运动的速度是必要的运动学条件,大气残余层的累积效应提供了有利的热力环境条件.     

大气中二氧化碳的排放及其同世界气候的关系

1.引言假设太阳能的供给常年不变,全球气候变化就是由大气的重要成份(CO_2,水汽和臭氧)与大气的其它成份的比例的改变引起的.另外,自然界诸如火山等事件以及人类活动也会把尘埃和气溶胶(气雾)排入大气,这对气候也会产生重大影响.相对而言,排入大气的CO_2影响并非很大,而火山爆发所喷放的尘埃对气候产生的短时间影响则要严重得多.再则,矿物燃料和木材的燃烧对大气混浊度和雾的形成有很大影响,因此也就严重影响到了大气质量.大气混浊及雾的形成,使得地球反射率增高,大量太阳能量被反射回去,造成高层大气的平衡温度下降.一般说来,这类影响还不像“矿物燃料燃烧引起大气CO_2增加,从而由于温湿效应造成环境温度上升”这种大家所熟悉的论点为人们所了解.     

考虑湿度影响的城市气溶胶粒子白天温度效应

利用一维晴空大气边界层模式，在详细计算气溶胶短波辐射增温率的 基础上，研究了环境相对湿度和气溶胶粒子浓度对边界层气溶胶白天温度效应的影响。 结果表明，相对湿度的增加与气溶胶粒子浓度的增加在边界层中具有一致的温度效应， 均使边界层中上层增温，近地层降温，从而稳定度增大。     

大气边界层物理与大气环境过程研究进展

总结了近5年来中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室(LAPC)在第二代超声风速温度仪研制、城市边界层研究、复杂地形大气边界层探测与数值模拟、湍流机理研究、大气污染模式发展与应用等领域的主要进展,其中,第二代超声风速温度仪的野外对比测试结果表明其主要性能完全达到了国际先进水平;北京城市化发展使得北京325 m气象塔周边近地面流场已经具备了典型城市粗糙下垫面的流场特征,近地面夏季平均风速呈现非常明显的逐年递减趋势;北京沙尘暴大风时期湍流运动主要是小尺度湍涡运动,而大风的概率分布偏离高斯分布,风速较大的一侧概率分布呈指数迅速衰减,大风中风速很大的部分具有分形特征;珠穆朗玛峰北坡地区两次综合强化探测实验是迄今为止在青藏高原大型山地中实施的针对山地环流和物质／能量交换最为全面和连续的大气过程探测实验;白洋淀地区的观测研究表明,非均匀边界层具有一般边界层不具备的特点,无论是边界层结构还是湍流输送方面,水、陆边界层之间存在一定的差异,凸显其地表非均匀性的作用;为了解决不同尺度、不同类型的大气污染问题和实际应用,研制或发展完善了多套大气污染模式系统,包括全球大气化学模式、区域大气污染数值模式、城市大气污染数值模式和微小尺度(如街区尺度)范围内污染物输送扩散模式。     

夜间城市大气边界层和气溶胶的相互作用

本文利用能量闭合的二维非线性、非定常模式，结合地面热量平衡方程，研究了夜间城市边界层和气溶胶的相互作用问题。结果表明:气溶胶在夜间对大气低层起保温作用，对大气上层起冷却作用；使大气低层稳定度减小，上层稳定度增加；此外，气溶胶还能够削弱贴地逆温强度。在正常城市气溶胶污染情况下，气溶胶对城市热岛强度影响不大，但可使城市热岛环流稍有增加。夜间城市边界层对气溶胶的反馈作用使大气下层气溶胶浓度减小，上层气溶胶浓度增加。上述部分结论得到了在天津取得的城市热岛观测资料的直接验证。     

基于旋翼无人机的大气边界层环境气象垂直观测及订正方法的研究

基于旋翼无人机开展大气边界层观测可为气象要素和大气污染物垂直结构的研究提供具有高时空解析能力的新方法,有助于深入理解低层大气物理化学变化机制。本文详述了旋翼无人机在开展大气边界层环境气象垂直观测实验的应用及优势。基于自主研发的旋翼无人机环境气象观测平台,通过开展传感器在无人机上不同的搭载位置,以及旋翼无人机与探空气球、高塔的对比观测实验,明确了旋翼无人机对气象环境观测的影响及合理的搭载方式。研究进一步在湖北重污染天气条件下开展了0—1000 m的大气边界层垂直观测,并研发了基于旋翼无人机姿态数据的大气边界层气象要素及污染物垂直观测的订正方法。结果表明:实验获取了2—10 m垂直分辨率的高质量大气廓线数据,可精细捕捉大气边界层及其逆温层高度和污染物浓度等要素的垂直变化特征。本文旨在为无人机观测的科研应用提供一种技术可行且数据可靠的观测手段。     

大气本底污染监测中的几个问题介绍

“大气本底污染监测”是指为了获取全球性和区域性大气组成本底浓度值的监测工作及与此相联系的各项科学研究活动。由于近半个世纪以来世界各国工业和经济的迅速发展,人类活动排入大气中的有害气体日益增多,引起了诸如“温室效应”、“平流层臭氧减少”、“酸雨”等危及人类生存条件、促使生态环境发生巨大变化的全球性环境污染问题。大气本底污染监测受到了世界气象组织(WMO)、世界卫生组织(WHO)和联合国环境计     

青藏高原夏季大气边界层高度与地表能量输送变化特征分析

利用NCEP-FNL大气边界层高度资料和NCEP/DOE(NECP2)的地面感热、潜热通量再分析格点资料,分析了2000-2016年夏季青藏高原(下称高原)地区的大气边界层高度及感热、潜热的基本气候特征、年际变化及空间分布,地表能量输送对大气边界层高度的影响机理,并分析了影响大气边界层高度与地表能量输送的主要影响因子。结果表明:夏季高原整体呈大气边界层高度显著下降,潜热通量显著上升,感热通量先增后降的变化趋势。2009年是高原大气边界层高度的气候突变时间点,其他物理量的变化趋势也在2009年发生了转折变化。大气边界层高度和地表能量输送的线性变化趋势分布具有明显的区域差异,以91°E为界将高原分为东、西两部分,东部与西部地区的变化特征明显不同;东部、西部地区的变化特征2009年前后也有很大差异。影响西部地区大气边界层高度和地表热通量的主要因子是0～10 cm土壤含水率和10 m风速;影响东部地区大气边界层高度和地表热通量的主要因子则是云量。在2009年气候突变时间前、后,各影响因子的影响程度有很大变化。夏季高原低层热低压辐合、高层南亚高压辐散的环流形式,为地表能量输送影响高原大气边界层发展提供了动力条件,有利于上升运动。上升运动的气流能将水汽相变中释放的凝结潜热输送至对流层上层,有利于形成潜热通量和南亚高压的正反馈。     

自由大气非定常扰动对大气边界层的内参数的影响

本文用大气边界层运动方程的数值积分方法,研究了当自由大气(边界层顶)风作非定常的周期扰动时,对非中性层结的大气边界层的内参数u*/G(u*为摩擦速度,G为自由大气风速)和角α(地面风与自由大气风向的夹角)的影响。并将其结果与中性层结大气边界层的相应结果作了对比。最后对斜压大气情形也作了相应讨论。说明了大尺度模式中边界层的参数化的结果应考虑层结、斜压性与非定常过程的共同作用。     

夹卷对郊外大气边界层内臭氧影响的数值模拟研究

夹卷是大气边界层与自由大气进行能量和物质交换的重要途径,对边界层动力结构及边界层内温度、水汽和各种污染物浓度有重要影响。利用化学-地表-大气-土壤(CLASS)模式定量评估了夹卷过程对远郊地区大气边界层内臭氧（O₃）浓度的影响并与大气化学反应贡献进行了对比,结合地面O₃、NO_x及边界层高度、位温和比湿等观测资料和再分析资料对CLASS模拟结果进行了定量评估。结果表明:CLASS模式能较为真实地模拟夹卷和大气光化学反应对远郊地区大气边界层臭氧浓度的影响,且当自由大气层内臭氧浓度达到一定值时,两者对边界层内臭氧峰值影响相当。数值试验结果进一步揭示,夹卷对控制氮氧化物（NO_X）和可挥发性有机物(VOC_S)排放源控制效果有重要影响,且当夹卷区内O₃跳跃值增大到一定时,可完全抵消源排放减排控制的效果。本研究旨在表明,为有效控制近地层臭氧浓度,在制定人为污染源减排措施时必须考虑自由大气层臭氧的夹卷贡献。      

那曲地区不同季节陆面过程与大气边界层演变耦合关系的对比分析

陆面过程与大气边界层之间耦合关系是理解青藏高原热力效应的关键环节和难点之一。本文基于那曲高寒气候环境观测研究站2019年5月、 7月和10月地面及探空观测数据分析了青藏高原那曲地区地表能量收支及大气温湿垂直廓线的日变化和季节差异,探讨了该地区干湿季大气边界层高度的演变规律。结果表明,在5月观测期间内受日间净辐射强度变化的影响,对流边界层在晴天较高,为2842 m;阴天较低,为1481 m,强对流天气也可能使其在低层转变成稳定边界层。同时,位于近地层大气的感热和潜热交换为大气边界层的维持和发展提供了能量支持,位温和比湿垂直廓线能够正确反映出那曲地区大气边界层高度的季节性差异,对流边界层高度在5月最高、 10月次之、 7月最低,而稳定边界层在7月最高、 5月次之、 10月最低。     

边界层大气的声雷达探测

声雷达可用于遥感探测边界层大气(1—2公里以下),能够实时地获得风速、风向、温度梯度以及风速脉动和温度脉动谱的空间分布和随时间的连续变化。由于边界层大气对人类活动有着最密切的、直接的联系,因而,遥感探测边界层大气气象要素的方法也得到了迅速发展。从1968年声雷达开始出现以来,已得到不少国家的重视和应用。     

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.     

大气边界层与风力发电的相互作用研究综述

大气边界层与风力发电的相互作用是近年来的新兴研究热点,具有重要科学意义和高度应用价值。一方面,大气边界层的风切变现象可导致风电机组的输出功率减小、机械载荷增大;湍流现象在低(高)风速段导致机组的输出功率增大(减小),但对机械载荷具有单调增大的影响;大气边界层具有显著的日变化规律,层结状态的改变影响着地面风场的结构和特性,并导致风电机组的输出功率和机械载荷随之发生变化。另一方面,风电机组的叶轮旋转施加了扰动效应,导致下风向的风速减小、湍流增大,并且具有复杂空间分布特征;而大型风电场或风电基地产生的巨大扰动效应可影响和改变边界层的整体结构和特性,并影响局地甚至全球气候环境。     

大气中的二氧化碳含量

本文综述自然界二氧化碳的循环;大气中二氧化碳的源和汇,大气中二氧化碳的空间分布和时间变化;讨论人类活动对大气中二氧化碳的影响,特别是大气中二氧化碳浓度的变化趋势及其预测问题.     

陆面过程和大气边界层相互作用敏感性实验

文中建立了一个研究陆面物理过程与大气边界层相互作用的模式。模拟了草原下垫面的土壤 环境物理、地面热量通量、蒸发、蒸散及大气边界层结构特征。并对主要的环境物理参数进 行了敏感性实验。结果表明，本模式能合理地模拟地表热量平衡、土壤体积含水量、植被蒸 发阻抗、地表水汽通量日变化和湍流交换系数、湍流动能、位温和比湿廓线等。该模式还可 进一步应用于研究城市陆面物理过程与大气边界层相互作用机制，及与中尺度大气模式耦合用于区域气候的研究。     

大气本底及其监测

1问题的提出当今气候变化问题，已成为世人所关注的热门话题。一谈起气候变暖或环境恶化，人们自然而然地联想到由于工业排放、人口增加、滥伐森林、植被锐减而引起的大气中二氧化碳含量的增加；由于电冰箱的使用而导致的大气中氟里昂含量的增高；南极臭氧洞的加深以及平流层臭氧含量的减少等等，这实际上就把气候变化和生态环境问题同大气中微量气体成分浓度问题联系在一起了。因此，要研究气候变化及其对人类的影响，进而对气候变化进行预测，首先就要知道大气的基本状况，尤其是那些被称为温室气体的大气微量气体成分如二氧化碳、一氧化…