O3,CO2浓度及太阳光谱变化对作物光合作用影响的数值模拟研究

对光合作用 蒸腾作用 气孔调节进行耦合 ,从生物化学尺度扩展至冠层尺度 ,发展了一个冬小麦冠层光合作用生态动力模式 ,模式考虑了O3,CO2 和光谱变化对作物光合的综合影响。利用美国光合作用实测资料对模式进行验证 ,叶片模式通过了相关显著性检验并具有较高的准确度。数值分析表明 :当O3 浓度由 0× 10 -9V/V上升至2 0 0× 10 -9V/V时 ,冠层光合速率下降 2 9%左右 ;当CO2 浓度由 330× 10 -6V/V上升至 6 6 0× 10 -6V/V时 ,冠层光合速率增加大约 37% ;当光谱比例系数由目前的 0 .5下降至 0 .4时 ,冠层光合速率将下降 2 7%左右。对于污染严重、易发生光化学烟雾的城郊附近 ,在阳光强烈的典型晴天 ,中午O3 浓度达到 2 0 0× 10 -9V/V时 ,即使气候条件不发生改变 ,CO2 浓度对作物光合作用的正效应也不足以弥补O3 浓度升高所造成的负效应 ,冠层光合速率将比目前干洁地区略有下降 ,如果进一步考虑光合作用有效辐射光谱成分下降至 0 .4左右 ,冠层光合作用将比目前的BASE值下降 35 %左右。     

边界层方案对华北低层O3垂直分布模拟的影响

利用WRF-Chem模式,采用3种边界层参数化方案 (YSU, MYJ和ACM2),针对1个晴空、静稳日 (2013年8月26日20:00—27日20:00(北京时)) 进行模拟,着重分析不同边界层参数化方案对夜间残留层形成及日出前后O₃浓度垂直分布形式的模拟效果,并与固城站地面及垂直同步观测资料进行对比。结果表明:3种边界层参数化方案均能够模拟出温度及风速的区域分布形式以及风温垂直结构的变化特征;相比之下,MYJ方案模拟的夜间边界层高度较YSU方案和ACM2方案明显偏高,该对比结果可能是导致近地面污染物浓度模拟差异的重要原因;在夜间稳定层结至日出后稳定状态打破的边界层结构演变过程中,采用YSU方案和ACM2方案模拟的温度和风速垂直扩线形式与观测结果更为接近;同样采用非局地闭合的YSU方案和同时考虑局地和非局地闭合的ACM2方案,对于边界层高度内O₃浓度垂直分布形式的模拟效果具有明显优势。     

唐山市PM2.5和O3行业来源解析

京津冀位于华北平原腹地,面临着严重的空气污染问题,尤其是河北省的重点工业城市唐山,长期位于全国空气质量最差的前十名。为改善空气质量,过去的十多年间我国颁布实施了多项污染防治计划,但唐山的PM_2.5和夏季O₃浓度仍超国家标准。为此,使用WRF(Weather Research and Forecasting Model)-CMAQ(Community Multiscale Air Quality Model)模型量化了唐山市2020年PM_2.5和O₃浓度的行业贡献并分析其协同控制可行性。工业源对唐山市PM_2.5浓度贡献最大,约占45%,其次是居民源约占16%。冬季能源、居民源和农业源占比为全年最高,分别达17%、19%和11%。O₃浓度的背景值约占一半以上,4月占比最高。在非背景值中,唐山O₃浓度最大来源为工业源,约占53%,其次是交通源,约占22%。生物源、交通源和能源行业的贡献在7月有所上升,分别约10%、27%和20%。不同污染情...     

RMAPS_Chem V1.0系统SO2排放清单优化效果评估

RMAPS_Chem V1.0系统是基于WRF_Chem模式建立的服务于华北区域雾霾等污染预报业务的模式系统,该研究着重针对系统中污染排放清单不确定性带来的SO₂浓度预报偏差较大问题,采用EnKF源反演和误差统计订正相结合的方法对排放清单进行了改进,形成了一套优化后的华北区域SO₂排放清单。通过输入初始清单和优化清单对2017年10月进行模拟,并与华北地区616个地面环境监测站观测值进行对比,结果表明:EnKF源反演结合误差统计订正的排放清单优化方法适用于SO₂排放清单的改进,有效降低了清单系统性偏差,针对主要区域及重点城市的检验显示模拟结果接近观测值;排放清单优化后模拟误差显著降低,如河北南部、山东西部至北京一带模式预报均方根误差与归一化平均绝对误差明显下降,区域内站点模拟误差呈正态分布特征,误差分布范围、最大概率出现范围均明显变窄,且最大误差概率明显上升。     

CO2和O3浓度倍增及其交互作用对大豆影响的试验研究

以大豆“中黄-14”为试验材料, 利用OTC-1型农田开顶式气室, 首次模拟研究单独CO₂和O₃浓度倍增及其交互作用对大豆生物量、产量及其构成因子、同化产物分配形式和收获指数的影响。与未通CO₂和O₃的处理相比, 单独CO₂浓度倍增对生物量、产量、荚果串数、荚数、籽粒数、籽粒重具有正效应, O₃为明显的负效应, 通气时段越长效果越明显; 持续的CO₂浓度和O₃浓度倍增交互作用表现为CO₂的影响大于O₃; CO₂和O₃交互作用逐渐达到浓度倍增的处理, 由于O₃剂量逐渐累积和阶段性增加, 对大豆刺激逐渐增强, 最终O₃的负效应与CO₂的正效应相近。单独O₃浓度倍增抑制光合产物向根和籽粒的输送, 向叶茎的输送明显增强, 使根冠比 (RSR)、子粒与茎杆比 (GCR) 明显下降, 长期作用可使大豆收获指数 (HI) 减小, 叶重比 (LWR) 显著增加, 且随通气时间的延长影响增大; CO₂浓度倍增及其交互作用对RSR、LWR、GCR和HI影响相对较小, 仅在±10%左右。     

2015—2018年青海东部城市群O3污染特征及其气象条件分析

利用2015—2018年青海东部城市群的逐日空气质量数据、常规气象观测和ERA-Interim再分析资料,对该地区O₃污染天气特征及其气象条件进行了分析。结果表明：最高(低)气温、温度露点差、日照时数及总辐射为青海东部城市群O₃污染的正向影响因子,其中最高气温、温度露点差及总辐射的影响程度最大。海平面气压、|ΔP₂₄|、|ΔT₂₄|、总(低)云量为负向影响因子,其中海平面气压和|ΔT₂₄|的影响程度最大。O₃污染日的地面天气系统类型主要为低压型、低压前部型及均压场型,其中低压前部型和低压型最有利于O₃污染天气的发生,这两种天气类型较为稳定且不容易被破坏。O₃污染日的近地面层为热低压,中层弱对流受上空稳定气流抑制,受高压中心或高压脊控制的辐散环流及下沉运动(低压型)影响,无明显垂直运动(低压前部型及均压场型)。垂直方向存在多层逆温层,地面层干区明显,风速整体上较小,为该地区O₃污染提供了有利的...     

强对流天气对O3和CO的垂直输送作用

利用ACTIVE（aerosol and chemical transport in tropical convection）试验资料,取2006年1月20日澳大利亚北部达尔文岛附近发生的一次飑线强对流天气的AE17航次和2006年1月27日无对流天气的AE21航次飞行路径中的探测资料,对澳大利亚达尔文地区夏季风盛行期间发生的有无强对流发生时O₃和CO浓度垂直分布变化进行对比,考察强对流性天气发生对O₃和CO浓度垂直输送作用。深对流云内强烈的垂直上升运动将O₃和CO等化学气体携带输送至对流层上部并在对流层顶堆积,从而在对流层上部产生浓度峰值。当有强对流发生,飞机进入对流云上层时,O₃浓度和CO浓度升高,O₃和CO浓度变率增大,在对流层上部浓度出现峰值;当飞机飞出对流云时,O₃和CO浓度相对较低,在对流云外出现谷值。在无对流发生的条件下O₃和CO浓度相对较小,浓度变率也较小,无峰值产生。分析表明:O₃和CO浓度分布不仅与强对流的垂直输送作用关系密切,且与气象要素垂直和水平分布以及动力输送过程密切相关。     

CO2和O3浓度倍增对作物影响的研究进展

文中利用自行设计的OTC - 1型开顶式气室进行了 9a的田间试验 ,取得了一批质量可靠的试验数据 ,分析了CO2 浓度倍增对大豆、冬小麦、棉花、玉米、春小麦和谷子的生物量、产量及品质的影响 ,结果表明CO2 浓度倍增对上述 6种作物的生物量及产量的影响均是正效应 ,对冬小麦、棉花和谷子品质的影响可能是有利的 ,对玉米品质的影响可能是不利的 ,对大豆的影响不大 ;分析了O3 浓度倍增对冬小麦、水稻、油菜和菠菜生物量、产量及品质的影响 ,结果表明O3 浓度倍增对上述 4种作物生物量的影响均是负效应 ,对冬小麦和水稻的产量影响是负效应 ,但是冬小麦和水稻籽粒中粗蛋白和 17种氨基酸含量都有所增加 ;分析了CO2 和O3 浓度复合倍增对大豆生物量、产量及品质的影响 ,结果是生物量和产量呈增加趋势 ,说明了CO2 的正效应大于O3 的负效应。采用作物模型数值模拟方法 ,分析了CO2 和O3 浓度倍增对冬小麦生物量及产量的影响。     

东亚季风转换对西北太平洋近地面O3春季高值的影响

以东亚酸沉降监测网近地面O3资料,结合NCEP/NCAR的全球再分析风场、NOAA总云量及全球降水气候项目降水资料,分析2000～2007年东亚西太平洋地区近地层O3的区域和季节变化,重点分析不同站点O3月均浓度最大值时间差异的原因。结果表明,东亚以及大部分北半球中纬度清洁背景地区,近地层O3春季最高、夏季最低是广泛存在的现象。东亚夏季风的推进过程造成不同地区春季O3月均最大值出现的时间略有不同,Ogasawara和Hedo站O3浓度在3月达最大值,而Rishiri、Happo、Oki和Cheju站在4、5月达最大值。2007年副热带高压西进较晚且推进过程受阻导致Happo站2007年春季O3浓度高于气候平均值,Cheju地区2007年5月O3浓度达最大;2004年东亚夏季风爆发较早导致Hedo站2004年春季O3浓度明显低于平均值。     

华北平原夜间对流性天气对地面O3混合比的抬升效应

2013年6—9月在河北省固城站观测到多次夜间对流性天气伴随地面O₃混合比快速抬升的过程,并引起次日清晨到中午O₃混合比升高。大多数对流过程中,O₃混合比在半小时内升高至60×10-9～80×10-9,同时NO_x等反应性气体混合比下降,θ_se值降低,说明下沉气流将高空气团带到地面,造成了O₃混合比的升高。通过再分析资料得到下沉气团基本来源于对流层中下层,这一结论与当地进行的一次飞机观测结果吻合。多数对流过程中固城站和北京城区地面O₃混合比和θ_se值有相同的变化趋势和程度。根据观测结果,推测华北地区在夏季和初秋时,对流层中下层存在O₃高值区,混合比约为60×10-9～80×10-9。对流性天气对地面O₃抬升的影响区域与对流系统的影响范围有关,可达到中尺度范围。华北地区光化学污染严重,对流性天气引起的地面O₃混合比抬升程度比较强,对环境的影响值得关注。     

我国对流层大气臭氧的数值模拟

本文建立了一个用于对流层大气臭氧模拟的三维欧拉模式,针对影响臭氧光化学转化的各种因素及我国城市光化学污染的特点,模式中简化了光化学项的计算。根据实际观测资料,提出了模拟云雾对臭氧影响的参数化方法,并确定了云雾作用系数,通过模式的数值模拟,得出了我国对流层大气臭氧,特别是近地面层大气臭氧的分布状况、我国城市光化学污染的分布特征以及它们的季节变化规律.     

飞机排放的NOx对中国地区NOx和臭氧的影响

根据2000年亚音速飞机排放的NO_x,利用三维全球化学输送模式(OSLOCTM2)研究亚音速飞机排放的NO_x对中国地区NO_x和臭氧的影响。模式结果表明:亚音速飞机排放的NO_x明显地影响中国北方地区,在1月份,250hPa高度NO_x的浓度增加大约50pptv,最大的相对变化为60％;在4月份,250hPa高度臭氧增加8ppbv,相对变化为5％。NO_x的增加主要是由于输送过程引起的,但臭氧的增加则是化学过程生成的结果。由于中国地区亚音速飞机排放的NO_x造成的NO_x的增加不超过10pptv,而且臭氧增加小于0.4ppbv。即使中国地区亚音速飞机排放的NO_x增加一倍,这个影响仍然比较小。     

Intraseasonal Oscillation of Tropospheric Ozone over the Indian Summer Monsoon Region

Boreal summer intraseasonal oscillation(BSISO) of lower tropospheric ozone is observed in the Indian summer monsoon(ISM) region on the basis of ERA-Interim reanalysis data and ozonesonde data from the World Ozone and Ultraviolet Radiation Data Centre. The 30–60-day intraseasonal variation of lower-tropospheric ozone shows a northwest–southeast pattern with northeastward propagation in the ISM region. The most significant ozone variations are observed in the Maritime Continent and western North Pacific. In the tropics, ozone anomalies extend from the surface to 300 hPa; however, in extratropical areas, it is mainly observed under 500 hPa. Precipitation caused by BSISO plays a dominant role in modulating the BSISO of lower-tropospheric ozone in the tropics, causing negative/positive ozone anomalies in phases 1–3/5–6. As the BSISO propagates northeastward to the western North Pacific, horizontal transport becomes relatively more important, increasing/reducing tropospheric ozone via anticyclonic/cyclonic anomalies over the western North Pacific in phases 3–4/7–8.As two extreme conditions of the ISM, most of its active/break events occur in BSISO phases 4–7/1–8 when suppressed/enhanced convection appears over the equatorial eastern Indian Ocean and enhanced/suppressed convection appears over India, the Bay of Bengal, and the South China Sea. As a result, the BSISO of tropospheric ozone shows significant positive/negative anomalies over the Maritime Continent, as well as negative/positive anomalies over India, the Bay of Bengal,and the South China Sea in active/break spells of the ISM. This BSISO of tropospheric ozone is more remarkable in break spells than in active spells of the ISM, due to the stronger amplitude of BSISO in the former.     

Impact of Tropospheric Ozone on Summer Climate in China

The spatial distribution, radiative forcing, and climatic effects of tropospheric ozone in China during summer were investigated by using the regional climate model RegCM4. The results revealed that the tropospheric ozone column concentration was high in East China, Central China, North China, and the Sichuan basin during summer. The increase in tropospheric ozone levels since the industrialization era produced clear-sky shortwave and clear-sky longwave radiative forcing of 0.18 and 0.71 W m^–2, respectively, which increased the average surface air temperature by 0.06 K and the average precipitation by 0.22 mm day^–1 over eastern China during summer. In addition, tropospheric ozone increased the land–sea thermal contrast, leading to an enhancement of East Asian summer monsoon circulation over southern China and a weakening over northern China. The notable increase in surface air temperature in northwestern China, East China, and North China could be attributed to the absorption of longwave radiation by ozone, negative cloud amount anomaly, and corresponding positive shortwave radiation anomaly. There was a substantial increase in precipitation in the middle and lower reaches of the Yangtze River. It was related to the enhanced upward motion and the increased water vapor brought by strengthened southerly winds in the lower troposphere.     

RegCM3模式对中国东部夏季降水的模拟试验

利用最新发布的区域气候模式RegCM3对1998年5—8月中国东部降水进行了模拟试验，考察了模式对降水和大尺度环流系统的模拟能力。结果表明：不同对流性降水方案对不同月份、不同区域的降水模拟效果差别较大，采用Kuo方案和Grell方案时模拟的降水效果要好于BM方案；RegCM3能较成功地再现异常降水的月际尺度变化和空间分布等基本特征；模式还较好地模拟了西太平洋副高脊线的演变过程和两次向北传播的季节内振荡。该模式可应用于中国东部夏季风降水的研究。     

青藏高原夏季臭氧低谷形成的机理-臭氧输送和化学过程

利用三维化学输送模式(OSLO CTM2)模拟青藏高原夏季臭氧低谷。结果表明：在青藏高原夏季臭氧低谷的形成和变化过程中，动力输送过程起着最主要作用，化学过程部分补偿了输送过程引起的臭氧减少。在动力输送过程中，水平输送在5月份是造成臭氧减少的主要原因，可在6月和7月成为使臭氧增加；垂直平流的作用不断增强，在6月和7月成为臭氧减少的主要因素；对流输送的作用在7月份大幅增加，其引起的臭氧减少可以与净的变化相比，其作用也不可忽视。气相的化学过程引起的臭氧增加的量值有时超过了臭氧的净变化的大小，因此它也起着重要作用。     

Effects of the Physical Process Ensemble Technique on Simulation of Summer Precipitation over China

The effects of the physical process ensemble technique on simulation of summer precipitation over China have been studied by using a p-σregional climate model with 9 vertical levels（pσ-RCM9）.The results show that there are obvious differences among simulations of summer precipitation over China from different individual ensemble members.The simulated precipitation over China is sensitive to different cumulus convection,radiative transfer,and land surface process parameterizations.These differences lead to large uncertainties in the simulation results.The standard deviation of the simulated summer precipitation departure percentage over West China is larger than that over East China,signifying that the simulated precipitation over East China has higher reliability and consistency than that over West China.The Talagr and diagram shows that the ensemble system has reasonable dispersion in the simulated summer mean precipitation over East China.The summer ensemble mean precipitation over East China evaluated by various indices is better than most single simulations.The physical process ensemble technique reduces the uncertainties of the model physics in precipitation and improves the simulation results as a whole.Further, adopting the optimized ensemble mean method can obviously improve the performance of the pσ-RCM9 model in simulation of summer precipitation over East China.     

Vertical Distribution of Stratospheric Ozone over China

Based on the Stratospheric Aerosol and Gas Experiment (SAGE) II and the Halogen Occultation Ex-periment (HALOE) ozone profiles and the Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS) total ozone data sets,the characteristics and variations of the vertical distribution of stratospheric ozone covering the latitude bands of 50oN±5oN,40oN±5oN,30oN±5oN,and 20oN±5oN and the longitude range of 75-135oE are investigated.The results indicate that the ozone distribution pattern over China not only has general behaviors,but also has particular char-acteristics.In view of the situation that ozone distribu-tions have substantial deviation from zonal symmetry in northern China,the differences of the vertical ozone dis-tribution between the east and the west part of northern China are studied.The results indicate that during winter,spring,and autumn,in the latitude bands of 50oN±5oN,40oN±5oN,ozone concentrations in the eastern part (105 -135oE) are obviously higher than those of the west (75-105oE) at the altitudes of ozone density maximum and below;during summer,in the latitude band of 50oN±5oN,the east-west ozone profile difference is small,but in the latitude band of 40oN±5oN,the east-west total ozone difference becomes as large as 14.0 DU,and the east-west ozone profile difference mainly exists in the lowermost stratosphere and troposphere.     

利用探空资料验证GOME卫星臭氧数据

利用1996年3月-2003年6月部分时段拉萨、西宁、北京3个站的臭氧探空资料验证了GOME（Global Ozone Monitoring Experiment）卫星臭氧廓线及对流层臭氧柱总量。对比结果表明:在对流层中下层,拉萨和西宁两地GOME与探空的平均偏差小于5%,北京地区平均偏差小于10%;在对流层上层/平流层下层,拉萨和西宁平均偏差小于10%,北京小于20%;在平流层中上层3个站的平均偏差均小于5%。在对流层上层/平流层下层区域,GOME与臭氧探空的平均偏差在北京明显高于拉萨和西宁。3个地区对流层柱总量的平均偏差都在10%以内,表明该资料可用于研究我国对流层臭氧总量的变化规律。同时段的GOME最低层（0~2.5km）月平均臭氧浓度对比结果显示,GOME结果同地面臭氧观测值有很好的相关性,GOME臭氧浓度反映了拉萨、瓦里关、临安地面臭氧浓度的主要变化特征。