解析北京郊区一次典型臭氧污染的物理化学过程

臭氧污染是我国当前面临的重要大气环境问题,其不仅取决于大气化学反应过程,而且会受大气物理过程和各气象要素的影响,因此需要从化学和物理两个方向来研究近地面臭氧污染问题。本研究结合外场观测和欧拉光化学模式,解析了2022年秋季北京怀柔城区的一次光化学污染周期内的物理和化学过程。给出了温度、湿度和风速等气象因子,以及臭氧及其前体物挥发性有机物(VOCs)和氮氧化物(NO_x,x=1、2)在此期间的日变化特征。通过源解析得到VOCs主要来源为交通排放(46%)、植物源(25%)、溶剂挥发(23%)和燃烧源(9%)。通过欧拉光化学模式确定了区域传输和本地VOCs对臭氧的贡献,结果显示强北风天气条件下,怀柔区臭氧以外来水平输送为主(贡献超过70%);当以弱的南风或东南风为主时,天气处于稳定状态,臭氧主要来自VOCs和NO_x的二次转化。根据VOCs的臭氧潜势,在所有VOCs中对臭氧贡献最大的物质为烯烃,其贡献为67%,其次为芳香烃(16%)。通过敏感度分析,发现臭氧生成对物理因子中的光强、温度和边界层高度最敏感;在臭氧前体物中,活性较强的烯烃类物质的敏感度最...     

考虑抗剪强度衰减特性的膨胀土边坡稳定性分析

针对传统膨胀土边坡稳定性分析中无法考虑膨胀土在降雨入渗过程中抗剪强度动态衰减的问题,本文开展了室内直剪试验,系统研究了干密度和含水量变化对膨胀土抗剪强度指标的影响;同时,以试验抗剪强度结果为参数,开展了基于强度折减法的膨胀土边坡稳定性分析,获得了抗剪强度动态衰减过程中边坡稳定性的变化规律。结果表明,含水量的增加和干密度降低会造成膨胀土黏聚力和内摩擦角的衰减,黏聚力衰减显著,内摩擦角衰减较少;膨胀土边坡稳定性主要受风化层土体含水量控制,随着膨胀土含水量的增加,膨胀土边坡逐渐由稳定状态演变为欠稳定状态;干密度对膨胀土边坡稳定性的影响则相对较小。     

浑善达克沙地起沙率和起沙量的估计

利用起沙通量模式和地面起尘半经验方案,估算了浑善达克沙地春季地表的临界起沙风速及沙尘天气期间的起沙通量,以及地面尘排放总量及其平均年增长率。计算结果表明,浑善达克沙地2001年春季地表临界起沙风速为5.61 m.s-1,沙尘天气期间平均起沙通量为4.40×10-7g.cm-2.s-1;1999年该沙区起尘量约占我国北方起尘总量的2.4%,春季起尘占全年的57%;1986年和1999年起沙总量分别为3.73×105t.a-1和4.87×105t.a-1,其平均年增长率为2.07%。     

一个海洋-大气-动态植被耦合模式评估——海洋环流模拟

利用中国科学院大气物理研究所（IAP）大气科学与地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)的全球耦合模式(GOALS〖CD*2〗AVIM),进行了100年积分。利用后40年的结果对模式耦合植被动态过程（AVIM）前后输出的海洋物理场对比分析。结果表明：耦合AVIM后的模式可以合理地模拟全球海洋温盐环流的气候态、季节变化,可以改进模式的模拟效果,在一定程度上克服了耦合AVIM前模式的缺点,使模拟结果更接近实测。由于植被〖CD*2〗大气的双向作用,在季节变化的模拟中,9月的改进效果大于3月的,北半球大于南半球;对于年平均气候态,耦合AVIM后的模式结果在热带海区海表面温度（SST）的模拟效果得到了明显改善,尤其是赤道太平洋海区的海温偏低现象得到了改善;在年际变化的模拟中,改善了耦合AVIM前模式模拟的年际变化分布,加大了赤道太平洋的标准差的模拟,使得耦合AVIM后模拟的年际变化大于耦合前;增强了耦合模式对赤道太平洋ENSO的模拟能力,较耦合AVIM前的模式模拟出了更多的ENSO基本特征,也改善了耦合AVIM前ENSO变化周期偏弱、偏短的现象;同样改善了对气候系统中存在的相互作用的模拟,对于热带印度洋SST变化与赤道太平洋SST的相互关联的模拟中,更加真实地模拟出了气候系统中存在的相互关联关系,体现出了AVIM动态植被过程对气候耦合模式的改善。     

全球海洋CFC-11吸收对传输速度的敏感性

本文在中国科学院大气物理研究所发展的全球海洋模式(LICOM)中使用五个不同的海气交换的气体 传输速度公式对CFC-11(一氟三氯甲烷)在海洋中的分布和吸收做了模拟。讨论了不同气体传输速度的差异, 发现差异最大的两个公式得到的全球年平均传输速度相差81%。对CFC-11的海表浓度分布、海气通量、水柱总量、海水累积吸收量以及在大洋断面的垂直浓度分布进行了分析。分析结果显示, 使用Liss and Merlivat (1986) 的传输速度公式的试验在海气通量和海洋吸收总量的模拟上均小于其他试验, Nightingale et al. (2000)、Ho et al. (2006) 和Sweeney et al. (2007) 等的公式虽然全球年平均值相近, 但在高风速地区Nightingale et al. (2000) 公式的传输速度要小于后两者, 导致了使用该公式的试验模拟结果在主吸收区和存储区的强度比后二者偏小。Wanninkhof (1992) 的公式在形式上与Ho et al. (2006) 以及Sweeney et al. (2007) 的公式一致, 但在系数上存在差别, 这使得模拟的水柱总量在南大洋的分布明显好于其他试验, 尽管其最大值仍比观测资料略小。在海洋累积吸收量的计算上, 使用Wanninkhof (1992) 传输速度公式得到的模拟结果比观测资料小8%左右。计算了Liss and Merlivat (1986) 和Wanninkhof (1992) 的传输速度公式模拟的单年吸收量相对差, 其总体上一直保持持续下降的趋势, 到2007年仅为2%。从该相对差变化趋势看, 在最初的前10年, 海气CFC-11交换通量对海气交换传输速度的敏感性更强, 而在更长时间的模拟上, 海洋对CFC-11的吸收则更依赖于物理模式的通风速率。通过对CFC-11垂直断面分布的分析可知, 不同的传输速度在主要吸收区的不同导致了一定的垂直分布差异。基于本文的结果可以认为Wanninkhof (1992) 的海气气体传输速度公式更适合本模式对CFC-11的模拟。     

二氧化碳在海洋深层水中隔离的数值模拟

随着对大气中二氧化碳浓度的持续增加所产生的潜在全球气候变化问题的认识逐步加深,人们在进一步理解全球碳循环问题的同时,正在寻求遏止大气CO2浓度快速增加的方法。文章在讨论一些可能的途径后,着重探讨了作为其中一种选择的CO2海洋封存的有效性问题。使用北太平洋海洋环流模式,研究了人为隔离CO2在海洋中的行为。在北太平洋中选择了1个位置,在不同的深度人为投放CO2。模拟结果表明,隔离有效性随隔离的深度增加而增加。总的来说,当注入深度超过1500m,其海洋中隔离CO2在50a后仍可达注入量的95%以上。当隔离深度超过2000m后,深度增加对隔离效果的影响变小,50a后的差异均小于1%。     

北京市城近郊区光化学烟雾模拟研究

利用EKMA (Empirical Kinetic Modeling Approach)-经验动力学模拟方法及其内置的CB-IV化学反应机理对2000年夏季北京市近郊区光化学污染进行研究,得到了前体物VOC、NOx与O3之间的非线性关系,即EKMA曲线.模拟过程中对前体物VOC、NOx和CO的逐时排放进行两种假定,排放1:假定逐时排放量为全天排放的24 h平均值;排放2:假定来自流动源的排放量与机动车流量线性相关,其他源的排放仍遵循排放1的假定.同时,对混合层以上的污染物浓度进行了6种情况的敏感性检验.结果表明,混合层以上的污染物浓度变化对O3模拟值影响不大,当混合层以上污染物浓度设置为它们在300 m处初始浓度的10%以下时,O3最大小时浓度模拟值与实测值的偏差都较小,O3模拟值与实测值吻合较好的点均落在EKMA脊线的左侧或者脊线上,说明O3模拟值与前体物VOC逐时排放的变化密切相关.敏感性实验表明VOC排放量减半引起O3模拟值降低16%左右,而NOx排放量减半只引起O3模拟值下降8%,说明影响北京地区光化学烟雾产生的主要前体物是VOC.     

压实膨润土在盐溶液中的膨胀变形特性

采用蒸馏水以及浓度不同的NaCl溶液作为浸泡溶液,对商用膨润土进行了膨胀变形试验。结果表明在相同的荷载作用下,膨胀变形随浸泡溶液浓度的增加而减小。这是因为浸泡溶液的浓度越大,溶液的渗透吸力也越大,渗透吸力的增加将引起施加在黏土颗粒上有效应力的增加,使得在外部施加荷载相同时膨润土的膨胀变形随溶液浓度的增加而减小。当压实膨润土在盐溶液中膨胀时,其有效应力pe可分为两部分,即施加荷载部分p和渗透吸力部分p。对于浸泡于蒸馏水和NaCl溶液中的膨润土试样,其膨胀后的蒙脱石孔隙比em与有效应力pe之间的关系可采用同一关系曲线表示,此时施加于黏土颗粒上的有效应力的渗透吸力部分p=(p/)0.66。     

大气科学：一个充满活力的前沿科学

着眼于未来发展的若干战略问题,阐述了对当前大气科学发展的状况与趋势的意见,提出了我国未来发展大气科学的思路和重点任务建议,还分析了我国大气科学研究中存在的若干问题并提出一些政策建议。     

浑善达克沙地气候因子对沙尘暴频率影响作用的模拟研究

 利用浑善达克沙地气象台站的常规气候资料,分析了气候要素和沙尘暴频率的多年变化状况,建立了能够很好描述区域沙尘暴频率年际变化的沙尘暴指数,并建立了适合浑善达克沙地气候特征的气候因子影响沙尘暴频率指数模型。结果表明,浑善达克沙地自1960年后气候逐渐变暖,并有微弱变湿趋势,沙尘暴年日数自1994年起波动增加,2000年出现极大值;沙尘暴年日数与沙尘暴指数的相关系数达0.7左右;建立的气候影响指数模型,能够用来解释当前浑善达克沙地沙尘暴频率的分布格局。