黔中气溶胶传输的210 Pb和7 Be示踪:Ⅱ.月及年时间尺度的剖析

自2001年12月连续逐周在贵阳观风山附近对近地面空气210Pb-7Be浓度和沉降量的观测表明:区域性降水和气温制约近地面空气210Pb具高浓度"U"型年分布;降水量和平流层向下输送影响近地面空气7Be月均浓度的季节性变化;210Pb/7Be月均浓度比率受控于210Pb变化和富7Be气团下沉的影响.观风山与瓦里关山之间因纬度和海拔的关系,7Be比率急剧震荡,显示出海洋性贫7Be气团入侵对观风山地区的明显影响.2002-2008年间贵阳观风山近地面空气210Pb的年均浓度(2.8±0.6)mBq/m3,约为全球若干站点中最高平均浓度值的4倍;而7Be的年均浓度(4.8±0.6)mBq/m3,与全球高海拔站点长期观测的平均值相当,大约为北半球中纬度对流层顶部附近7Be浓度值(18.0 mBq/m3)的1/3.8,显示出低纬度、较高海拔地区的预期水平.2003年,瓦里关山和观风山近地面空气7Be的年均浓度比为3.8,与预期的大气输送和混合作用基本一致.7Be月均浓度的增大趋势反映出受太阳黑子数减少的变化关系,其影响底线大约为4 mBq/m3;7Be年均浓度波动的增大趋势反映出受太阳黑子数降低的可能影响.贵阳观风山降水中7Be和210Pb的体积加权浓度分别为0.72 Bq/L和0.27 Bq/L;年沉降通量分别为0.080 Bq/(cm2·a)和0.031 Bq/(cm2·a).数值模拟显示出全球空气210Pb高浓度区和高沉降通量环带分布,印证了洱海和红枫湖沉积物7Be和157Cs蓄积的模拟结果.     

黔中气溶胶传输的210 Pb和7 Be示踪:I.周时间尺度的解释

认识环境核素在不同地域空气中的浓度分布和沉降到地表环境的通量对气溶胶污染物全球扩散模型的建立和验证、沉积过程示踪和沉积计年、流域侵蚀示踪参比,以及生态系统受天然辐照的评价等多个领域都是关键的依据.自2001年以来在贵阳观风山等地逐周连续采样,对近地面空气和降水中210Pb和7Be浓度的观测结果表明:①因气象条件变化,近地面空气210mPb和7Be周浓度具有2～6周变幅不等的短周期波动.210Pb空气浓度在年内的总趋势呈现出受气温变化的总体影响和降水的短暂调控;而7Be空气浓度出现连续不断的峰-谷交替.②两核素在近地面空气周浓度的低值同步,210Pb/7Be比率较高(≥0.8),显示出海洋性贫210Pb-7Be气团的入侵影响;它们高的周浓度也同步耦合,比率较低(≤0.7),显示出高层大气富7Be气团的输入.③210Pb和7Be的周降水浓度及水-气分配系数在秋末春季较高,而春末-秋季明显偏低.周降水浓度随同期空气浓度呈增高趋势,其季节分界分别为0.2 Bq/L和1 Bq/L;而Kd值随同期空气浓度增大呈降低趋势.210Pb和7Be的降水沉降主要分布在每年的春夏季;周沉降量随同期降水量呈增大趋势,7Be增大的斜率约为210Pb的3倍;当近于零降水时,它们在降水中的初始比率约为2.5.它们出现高或者较高的周降水沉降都伴随当周或邻周空气浓度的急剧下降;降水中210Pb/7Be比率主要分布在≤0.5,并与空气中210Pb/7Be比率基本同步,显示出两核素被降水清洗的效率基本相近.④2008年冰冻极端天气过程中,210Pb-7Be空气浓度同步低谷并存在气溶胶低浓度与高比活度耦合.⑤观风山7Be周空气浓度显示低纬度、较高海拔地区的预期水平;短周期波动反映强下沉气流和低海拔上升气团影响分别在观风山和瓦里关山的滞后性.     

南极大气臭氧和温度垂直结构及其季节变化的研究

利用南极中山站2008年2月至2009年2月臭氧和温度探空等资料,对中山站上空大气臭氧和温度的垂直结构及季节变化特征进行了研究.结果表明,在中山站上空热对流层顶和臭氧对流层顶的高度相近,年平均高度分别为7.9和7.4km.对流层顶的气压和温度都存在位相相反一波型季节变化.春季和冬季对流层顶的温度转折没有夏季和秋季明显,而依据臭氧变化恰能更好地确定对流层顶高度.在对流层臭氧垂直分布的季节变化不显著;而平流层却十分明显.春季下平流层臭氧严重耗损,14km处的臭氧最小分压仅为1.57MPa,最大分压出现在上平流层,其他季节下平流层臭氧随高度增加而升高.春季下平流层臭氧的严重损耗,与极夜过后低温条件和平流层冰晶云表面消耗臭氧的光化学过程有密切关系.大气臭氧和温度的垂直结构及季节变化特征,对春季南极臭氧洞的形成和发展具有重要意义.     

混合层厚度的经验计算及与探空观测对比分析

根据Nozaki计算混合层厚度的经验参数化方法,利用部分时段的北京、黑龙江龙凤山、浙江临安、新疆阿勒泰、海南三亚、青海西宁、云南腾冲7个站的地面常规气象观测资料,计算14:00(北京时)的混合层厚度,并与短期的臭氧探空资料中的Vaisala RS-80气象探空仪观测资料(位温廓线和折射系数梯度)分别确定的混合层厚度作对...     

参加WMO／GAW Brewer臭氧光谱仪比对标定观测及第12次Brewer臭氧光谱仪学术会议总结

根据2007年气象行业专项“MKIII型Brewer光谱仪的臭氧总量观测传递标准建立及对卫星遥测O3,SO2,NO2总量及UV波段光学厚度的标定技术研究（GYHY200706038）”的工作计划要求,中国气象科学研究院郑向东研究员于2009年9月6～27日参加了由WMO／GAW在西班牙举行的Brewer光谱仪标定比对观测（7～17日）和在意大利北部山区Aosta举行的第12次Brewer臭氧光谱仪学术会议（19～25日）。     

2001年春季临安地区对流层臭氧异常增加的一次过程分析

2001年春季在临安(30.30°N,119.75°E)进行的臭氧垂直探测发现,从3月25到31日有一次明显的臭氧异常增加过程,其中尤以29日和30日对流层上层的臭氧异常增加最具代表性.结合分析地面及高空气象要素演变和高空位势涡度的变化表明,这是一次显著的平流层空气由上向下穿过对流层顶深入对流层的下传过程,此平流层对流层交换过程与冷空气南下的天气过程和副热带急流、极锋急流移动造成的辐合下沉运动有着密切的联系.     

一次对流层异常臭氧次峰的观测研究及其动力输送过程的分析

文中分析了 1996年 8月 1日发生在西宁 (36 .4 3°N ,10 1.4 5°E ,海拔 :2 2 96m)地区对流层异常臭氧次峰现象。观测资料揭示了高空低压槽东移是臭氧次峰的主要天气特征。三维后向轨迹计算表明 ,尽管代表臭氧次峰的气团可以追溯到中亚地区 ,但是明显的气团向下输送则发生在新疆、青海间的高空低压槽内。中尺度模拟进一步确认了对流层顶折叠和平流层向下输送是臭氧次峰出现的动力机制。臭氧次峰在对流层高度位置与准无辐散层有关     

北京冬季低层大气O3垂直分布观测结果的研究

给出了2001年2月26～28日在北京市方庄小区用系留气艇观测大气边界层O3垂直分布的结果.结合相关资料,对边界层O3的变化机制进行了初步分析.研究表明,冬季边界层O3主要受边界层气象条件、尤其是逆温层的影响比较大.在逆温层以下O3都维持极低值分布,超过仪器所能观测的最低极限.在逆温层向自由大气过渡的高度区域,O3浓度明显的梯度变化与风速垂直切变有关.观测还表明冬季城市市区大量排放的氮氧化物、水汽参与的化学反应是影响边界层O3变化的重要因素.     

城市冬、夏季大气污染气、粒态复合型相关空间特征

利用2003年冬、夏季北京城市大气环境现场科学试验(BECAPEX,BeijingCityAirPollutionObservationExperiment)综合观测资料,采用点-面结合的研究途径,探讨城市建筑群“冠层”边界观测“点上”与城市区域“面上”大气动力-化学过程时空变化信息,研究观测点大气污染气、粒态的季节性相关结构与转化特征,采用“一维空间EOF”主成分分析模型,分析城市边界层复杂结构背景下气溶胶气、粒态季节变化以及污染物种间关联特征;通过粒子浓度、气体污染物种及其气象条件“主成分”综合分析,揭示城市大气污染气、粒态复杂的组合成分与结构特征的季节变化.以进一步追踪城市区域气溶胶污染面源影响特征及其源影响大气污染成分结构季节差异.研究结果表明:冬、夏季城市大气污染气、粒态时间演变NOx,CO,SO2均呈“同位相”,且与O3呈“反位相”,具有显著“非独立性”特征.总体上,夏季气体污染物CO,SO2,NOx浓度相对于冬季明显偏低,其中CO浓度减少最为明显,其次为SO2和NOx,但夏季O3浓度却高于冬季2倍以上,而冬、夏季PM2.5,PM10粒子浓度季节性差异相对不显著,这一研究结果表明PM10,PM2.5浓度变化对冬、夏季采暖期排放源差异的响应远不如NOx,SO2,CO那样明显.冬、夏季气、粒态相关特征描述出PM10,PM2.5均与NOx有显著的相关性,且此气、粒相关性较其它污染物更为显著.采用主成分分析,发现冬、夏季PM10,PM2.5粒子各污染物种主成分组合结构存在显著差异,冬季PM10,PM2.5粒子主成分结构以SO2,NOx为主,夏季PM10,PM2.5粒子主成分结构则以CO,NOx为主,冬、夏季PM10,PM2.5粒子可能存在此类“非独立”性污染物种的不同“组合”气、粒态相关结构.研究结果还揭示出气、粒态相互影响过程亦与城市边界层垂直结构有关,即城市边界层O3浓度的低值厚度层与大气垂直结构的逆温、逆湿和低空风速低值区“配置”特征相关,其描述了夏季边界层大气特征,即风、温、湿要素的非独立因子“组合”及其配置结构对不同气体污染物浓度变化的复合影响,此类边界层O3异常低值厚度结构与其它气体污染物种的“反位相”关系特征吻合.有关PM10,PM2.5粒子浓度的气象因子主成分分析亦可揭示出PM10,PM2.5浓度变化对局地气象条件“组合”特征的敏感性.     

1993年中山站地区“臭氧洞”和UV┐B的特征分析

本文给出了１９９３年在东南极中山站（６９．３８°Ｓ，７６．３７°Ｅ）地区首次运用ＷＭＯ（世界气象组织）认可的Ｂｒｅｗｅｒ臭氧分光光谱仪，进行臭氧和ＵＶ－Ｂ地面的同步观测结果。观测表明中山站地区在１９９３年８月初到１１月底频繁出现臭氧低于２００ＤＵ的值；１２月初臭氧值恢复正常。在整个“臭氧洞”期间，臭氧值起伏变化很大，并且和７０ｈＰａ到５０ｈＰａ上空的温度变化密切相关，臭氧的日变化不很明显。中午时刻有生物效应的ＵＶ－Ｂ辐射通量与臭氧斜程柱总量呈负指数关系；云和太阳高度角控制着ＵＶ－Ｂ辐射通量日变化过程。ＵＶ－Ｂ光谱扫描的结果表明２９５－３２５ｎｍ波段内的光谱强度比３１５－３２５ｎｍ的光谱强度更受臭氧变化的影响。消除云和气溶胶对ＵＶ－Ｂ辐射过程的部分影响，对每天中午时刻３００．５ｎｍ和３２３．５ｎｍ光谱强度比值计算，反映出了“臭氧洞”期间臭氧值降低是ＵＶ－Ｂ辐射增强的重要因子。