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。     

南京市降水化学特征及其来源研究

为了解南京江北地区降水化学特征,分析了2011年3—6月共25个降水日的109个降水样品中的主要水溶性离子,并利用后向轨迹模式探讨了降水气团来源.结果表明:1)南京地区3—6月降水主要受南、北2种气团影响,北方气团降水的主要离子浓度高于南方气团降水.2)海盐示踪法和相关性分析显示,降水中NO₃^-和SO₄^2-主要来自燃煤、工业排放和汽车尾气;Ca²⁺主要来自地壳源;Cl^-主要来自海洋;海洋源和陆源对Mg²⁺和K⁺都有贡献,Mg²⁺的陆源贡献大于海洋源贡献,K⁺受海洋源的影响程度要低于Mg²⁺.3)南、北气团初期降水的各离子浓度高于总降水的各离子浓度,且初期降水的主要离子的富集系数高于总降水.这说明在降水初始阶段,雨水对南京大气中污染物(气态污染物和颗粒物)的云下冲刷去除作用较强,降水的离子浓度最高,局地源对降水离子的贡献较明显.     

对流层气溶胶的直接气候效应对平流层的影响

通过WACCM-3模式中气溶胶光学厚度与卫星资料的对比发现,模式可以很好地再现全球气溶胶的主要分布特征,但在一些区域还存在数值上的差异。利用数值试验研究对流层气溶胶的直接气候效应对平流层气候的影响,结果表明:对流层气溶胶对平流层气候有明显影响,平流层化学过程在这一影响中起重要作用,而对流层气溶胶对平流层辐射的影响不是其直接气候效应对平流层影响的主要原因。其机制可能是对流层气溶胶改变对流层的辐射平衡,影响对流层的温度和大气环流,进而影响行星波的上传,使得平流层气候发生变化;影响区域主要位于高纬度和极地地区,南半球的变化比北半球大,温度变化最大达10 K,纬向风变化最大可达12 m/s,臭氧体积分数最多减少0.8×10-6。     

利用WRF-Chem模拟研究京津冀地区夏季大气污染物的分布和演变

应用WRF—Chem（Weather Research and Forecasting Model with Chemistry）模式模拟研究了2007年8月京津冀地区近地面O3、NO2、PM2.5浓度的时空变化特征,将模拟结果与观测数据进行详细对比,结果表明,模式可以较好地模拟O3、PM2.5,浓度的空间分布和时间变化特征,成功再现了8月33和PM2.5的几次积累增加过程,其中O,的模拟值与观测值的相关系数为0．69～0．86,PM2.5的相关系数为0．44～0．49,但模式对NO2的模拟相对较差,相关系数为0．27～0．43。北京、天津地区为O3月均低值区,月均体积浓度约30×10^-9,渤海及京津冀以西地区O3月平均体积浓度可达60×10^-9;PM2,呈现南高北低的分布特征,变化范围为120～240μg／m3。14时月平均03体积浓度在北京、天津地区低于周边地区,约为60×10^-9;而PM2.5质量浓度在环渤海地区和河北南部较高,为100～120μg/m^3。8月17日北京出现一次典型的高浓度O,污染事件,14时北京地区温度达到33℃,O3体积浓度为80×10^-9～110×10^-9。在局地排放、化学反应和外来输送的共同作用下,渤海西岸和北岸PM2.5的质量浓度超过120μg／m3,其中二次气溶胶质量浓度为50～100μg／m3,一次排放人为气溶胶质量浓度为10～20μg／m3,海盐质量浓度为1～7μg／m3,二次气溶胶是该地区PM2.5的主要贡献者。     

INTEX-B NO2排放源在中国地区的应用与检验

将INTEX-B排放源应用到空气质量模型Model3-CMAQ中,对中国地区对流层NO₂的浓度分布进行了数值模拟,并与OMI卫星对流层NO₂资料进行了对比和验证。结果表明：将INTEX-B排放源应用到Model3-CMAQ模式,模拟的NO₂浓度在中国地区的分布、季节变化规律与卫星资料所得结果一致。敏感性试验表明,工业及电厂排放对NO₂的浓度贡献最大,而交通排放的贡献相对较小,两种排放均主要集中在京津、长江三角洲等经济发达地区。     

南京北郊冬季大气SO_2、NO_2和O_3的变化特征

利用差分吸收光谱仪DOAS(differential optical absorption spectroscopy),对2007年11月—2008年1月南京北郊大气SO2、NO2和O3进行了观测。结合Parsivel降水粒子谱仪和自动气象站的资料,对冬季大气污染气体的浓度变化规律及降水和风速风向对其的影响进行了分析。结果表明,南京北郊大气SO2浓度较高,呈明显双峰特征,分别在12时(北京时,下同)和00时达最大,受附近排放源的影响最大,东风及南风时比静风时SO2浓度更高。降水对SO2湿清除效果明显,清除系数平均为0.168 h-1。NO2气体呈明显单峰特征,在18时达最高值。南京北郊是NO2源区之一,主要受附近高速公路汽车尾气排放源的影响。静风时NO2浓度最高。O3浓度受NO2的影响较明显。O3日变化呈单峰特征,在15时达最大值,静风时O3浓度最低。降水对O3的间接影响较明显,在降水时,白天由于太阳辐射较弱,O3浓度降低;夜晚NO浓度较低,使得O3浓度升高。     

华东地区气溶胶分布和变化特征研究

利用中分辨率光谱仪(MODIS)获得的气溶胶光学厚度(AOD)、细粒子比例(FMF)和臭氧检测仪(OMI)获得的气溶胶指数(AI)统计分析了2005—2014年我国华东地区气溶胶光学性质的时空分布特征,同时利用潜在源分析(PSCF)模型对我国华东地区AOD和AI的潜在源区进行分析。研究结果表明:华东地区的AOD、FMF和AI时空分布存在较大的差异,2005—2014年AOD和AI的平均值高值主要分布在华东地区北部,FMF的高值区则分布在华东南部地区;10 a间华东地区AOD呈现出先升高后降低的趋势,FMF波动幅度不明显,AI值有所上升;整个华东地区AOD的季节变化较为明显,春夏两季AOD明显高于秋冬两季。华东北部和中部地区夏季由于较高的相对湿度,AOD最大可达0.8以上。而在华东南部地区,夏季受到降水的影响,AOD维持在0.2~0.4之间。FMF季节变化趋势与AOD不同,夏季最大达到0.58,春季最小仅为0.26。AI平均值在冬季最大高达0.63,夏季最小,为0.27。PSCF分析显示华东地区AOD主要源区以局地排放为主,同时也存在由河南、湖北和湖南等周边省市近距离输送影响;AI以局地和北方远距离输送为主,同时也受到河南、湖北等周边省市近距离输送的影响。     

近30a北极平流层臭氧的季节和年际变化特征

综合利用1978-2011年TOMS（Total Ozone Mapping Spectrometer）和OMI（Ozone Monitoring Instrument）臭氧总量资料,MLS（Microwave Limb Sounder）臭氧廓线资料以及NCEP/NCAR再分析气象场资料,对比研究了近30a南北极臭氧总量的年际变化和季节变化差异,重点分析了2010/2011年冬末春初北极臭氧出现的异常损耗现象,探讨北极春季臭氧低值产生的原因。结果表明：与南极地区一年四季都保持一个臭氧低值中心明显不同,北极臭氧总量的减少则是伴随着整个春夏季（4-8月）,在秋季（10月）达到最低值,冬季（11月-次年2月）北极臭氧快速恢复,这主要是由于南北半球极地地区环流差异和温度差异造成的。南北两极年均O3总量呈下降趋势,两极地区O3总量年际变化最大的季节是春季。近30a,北极在1997和2011年春季（3-4月）分别达到极低值355DU和361DU,但近年来两极臭氧年际变化趋势不明显。2011年春季,北极地区出现的较严重臭氧低值现象从3月中旬至4月中旬持续了近1个月,2010/2011年冬春季平流层低温和臭氧低值对应关系很好。     

呼和浩特市降水化学特征分析

对2006年呼和浩特市降水离子监测资料进行分析,结果表明:降水呈碱性,季节分布明显,夏季降水集中且pH值为全年最低,冬季降水量少,pH值较高;SO42-离子为主要致酸离子,阳离子中Ca2+,Mg2+离子的浓度很高;降水中主要成分之间相关性显著,Ca2+的中和作用较强;降水气团的后向轨迹分析表明蒙古国的沙漠地区是呼和浩特冬春季碱性降水的主要来源,夏季较低的pH值降水则部分源于我国的华中、华北地区的酸性污染物中长距离输送。     

哈尔滨地区雨滴直径分布函数

采用美国PMS公司生产的GBPP－100型地面雨滴谱仪，对1999年5－7月哈尔滨地区几次降水过程进行了观测。根据雷达资料和宏观观测，把降水云分为层状云，积层混合云和积雨云，分析了3类云降水微物理结构，重点研究了不同类型降水的雨滴谱分析特征，拟合了雨滴直径分布函数。