On the scavenging of SO2 by cloud and raindrops: I. A theoretical study of SO2 absorption and desorption for water drops in air

An extention of our previous theory for trace gas absorption into freely-falling cloud and raindrops is presented. This theory describes the convective diffusion of a trace gas through air and into a water drop with internal circulation, the drop falling at its terminal velocity. Using flow fields for the circulating water inside and for the moving air outside the drop, obtained by numerical solutions to the Navier—Stokes equation of motion, we numerically solved the convective diffusion equation to determine the uptake of SO₂ by water drops of various sizes, time exposure to the gas phase, and concentration of SO₂ in the gas phase. It was found that for drops of radius larger than 1 mm and relatively low gas concentrations (10 ppb (v)), resistance to gas diffusion lies mainly in the gas phase; while for drops of radius less than 500 m and gas concentrations larger than those found in the atmosphere (1% (v)), the resistance to diffusion lies primarily in the liquid phase. With drop sizes and gas concentrations between these limits, the rate of SO₂ uptake is controlled by a coupled resistance to diffusion inside and outside the drop. In addition to our general model, a simplified version was formulated which allows considerable savings in computer time for evaluation and improved ease of handling without significant loss of accuracy. A comparison between our simplified model and that of Barrie (1978) shows that the boundary-layer approach of Barrie may be a useful alternate approach to estimating trace gas absorption by water drops, provided appropriate values are chosen for the thickness of the boundary layers involved.     

大同市酸雨变化特征及其与气象要素的关系

利用2007-2009年大同市酸雨资料,应用《酸雨观测规范》方法对大同市酸雨及其与气象要素的关系进行分析。结果表明：大同市酸雨发生频率为25.0%-36.36%,10月酸雨频率最高,达到75%;其他月份酸雨频率较低。大同市夏季酸雨强度为弱酸雨程度,而秋季酸雨频率则为最高。大同市小雨时酸雨发生频率为33.33%;中雨时酸雨发生频率为19.23%;大雨时酸雨发生频率为60.00%;暴雨时酸雨发生频率为0。由此可见,大同市大雨天气时,酸雨出现概率较高。随着风速的增大,降水的酸雨频率逐渐增大。大同市S风向下的酸雨频率最高为18.60%,ESE和NNW风向下的酸雨频率较高为13.95%;通过分析大同市酸雨变化规律、气象气候条件等因素对酸雨的影响,可以了解影响大同市酸雨形成的主要因素,从而为大同市酸雨污染控制提供科学依据。     

湿层结参数非常数时雨团模型中的位势不稳定

建立了圆柱坐标下湿层结参数在垂直方向不为常数时的非轴对称雨团数学模型,着重讨论了其中的位势不稳定问题。抽象出了暴雨发生前期、盛期和发生后的三种典型湿层结参数的垂直分布。得到了此时位势不稳定的判据,分别给出了不稳定扰动增长率与稳定扰动振荡圆频率的上、下界。并在该参数取分2段常数的情况下,进行了解析求解。得到以下结论:该模型雨团在水平方向可有螺旋结构,这与用雷达资料得到的实际情况一致。在暴雨发生前期,有位势不稳定发生;且螺旋臂条数越多,雨团半径越小,不稳定增长率的上界越大。在暴雨盛期,整层为弱位势稳定层结,无位势不稳定发生;扰动螺旋臂条数越少,半径越大,其振荡圆频率下界越大。在暴雨结束后,整层为强位势稳定层结,也无位势不稳定发生;扰动螺旋臂条数越多,半径越小,其振荡圆频率的上界越大。在该参数取为2段常数情况下,且下层与上层其分别为负、正值时,有位势不稳定发生,且雨团的螺旋臂越多、半径越小及不稳定层次越厚,其增长率越大。该不稳定雨团的垂直结构在下层大体为半个正弦波,波长随不稳定层次的增厚而增大;在上层则为指数分布,且随高度增加迅速趋于0。     

北京地区酸雨的天气影响因素及降水化学特征分析

对北京市2003-2009年的全市性酸雨过程进行研究,分析了影响北京地区酸雨的主要天气系统,并结合气流后向轨迹分析和上甸子站酸雨离子成分浓度分析,得到如下结论:影响北京地区酸雨的天气系统主要为低涡低槽型、西来槽型和副高边缘型天气系统.3种天气系统对应的降水平均pH值均小于4.5,达到强酸雨水平.降水前北京地区受持续的偏南风影响、上升运动的强度较强且维持时间较长,降水前出现逆温现象,都是导致北京地区出现强酸雨的重要因素.对北京大气污染有影响的气流轨迹在低涡低槽、西来槽和副高边缘型天气系统的比例分别为59％、74％和66％.西来槽型天气系统的电导率K值与水溶性离子浓度明显高于低涡低槽型和副高边缘型.     

对流性降水雨滴谱特征及其与雷达反射率因子的对比分析

利用OTT Parsivel激光降水粒子谱仪观测的南京地区梅雨季节对流性降水过程的雨滴谱资料和江苏省气象台龙王山雷达观测资料,结合天气形势,对梅雨季节对流性降水过程的微物理参量、平均雨滴谱和速度谱分布特征进行分析;在对平均谱拟合时发现,Gamma分布对小滴数目的估计和大滴端形状的符合程度效果好于M-P分布和对数正态分布,并且拟合了Gamma分布参数μ和λ的二次项关系;建立了雷达反射率因子与雨强的相关关系,并将Parsive激光降水粒子谱仪观测计算的回波强度与雷达观测的回波强度作以比较,结果表明:对于此次暴雨过程,雷达观测到的回波强度有低估的现象,并且Parsivel粒子激光探测仪观测计算的回波强度越大,雷达低估的现象越为明显。回波修正后,用统计的Z-I关系式估算的降水量与Parsivel测得的降水量更为接近。     

太湖北部典型乔木冠层对酸性降雨的中和作用

2003年6—7月梅雨期间,于太湖北部测定大气降雨、典型林冠穿透雨和地表径流水等样品的pH和N、P等营养元素化合物离子浓度,结果表明,林冠层穿透水pH平均值比大气自然降水高约1.2个pH单位,其中和酸性物质效率为82%-97%,中和能力显示出阔叶树大于阔、针叶混交树,阔、针叶混交树大于针叶树的规律,并计算比较了乔木冠层和草坪、村镇地表径流水相对于自然降水中的TN、TP比值.从而得出,树木冠层穿透水中的离子浓度的变化是对酸沉降的一种积极的响应.     

湖南夏季降水日变化特征

利用湖南96个测站13年的逐时自记降水资料, 分析了夏季（6~8月）降水日变化特征。结果表明, 湖南夏季降水日变化呈现显著的区域差异。湘东南降水量、 降水频次峰值主要出现在午后到傍晚, 而其它地区的降水峰值一般出现在清晨。进一步分析显示, 降水频次峰值出现时次分布更集中, 区域特征更鲜明。湘西北、 湘东南区域平均的累积降水量、 降水频次及降水强度的日变化在清晨和午后均呈双峰型特征。湘西北主（次）峰值出现的时间大致与湘东南次（主）峰值出现的时间对应。同时, 降水日变化与降水持续时间密切相关。持续5~10 h降水事件是持续1~4 h事件与持续10 h以上事件降水量峰值出现时间发生显著变化的过渡降水事件。持续1~4 h（10 h以上）的降水事件的极值降水始发时间为午后至傍晚（夜间）。在不同持续时间的降水事件中, 持续2 h降水的累积量最大。     

中国和日本降水化学特性的分析比较

本文对中国33个站、日本29个站及美国9个站的降水化学资料进行了分析比较.结果表明,中、日、美三国的降水化学特性有很大不同.三国都有酸雨,但以美国的pH平均值最低.雨水中离子总浓度以中国为最高,其中SO_4~=,NH_4~+和Ca~(++)的浓度特别高.日本雨水中Cl~-和Na~+的浓度很高.NO_3~-在美国雨水中最高.从雨水中离子结构组成和几种重要参量的比值分析表明,中国雨水中的离子浓度受陆地源影响很大,而影响日本雨水中离子浓度最大因素是海洋.在美国以工业交通污染的影响相对最大.文中还对中、日两国不同地区的降水化学特性进行了分析和讨论.     

中国气象局酸雨网基本资料数据集及初步分析

1989年至今,中国气象局陆续建立起包括88个站点的酸雨监测网,它是我国唯一全国性的、监测区域大气酸沉降的业务站网,其覆盖了我国除台湾以外的全部省、市、自治区,目前己积累了包括各站点每场降水的pH值、电导率和部分降水化学等大量资料.所获得的酸雨资料基本反映我国大气背景条件下的湿沉降时空分布特征.十几年来,我国酸雨发展状况大致经历两个阶段从20世纪80年代到90年代中期为我国酸雨急剧发展期;90年代中后期到21世纪初不同地区降水年平均pH值有升有降,总的趋势是进入相对稳定期,但我国的酸雨形势仍不容乐观.20世纪90年代已获得的降水化学资料包括 SO2-4、NO-3、Ca2+、NH+4月、季变化,以及H+、SO2-4、NO-3、Ca2+、NH+4月、季湿沉降量特征和酸性气体SO2、NO2月、季变化和干沉降特点等其时空分布特征在大气化学、大气环境、区域气候研究等方面发挥了重要作用,然而仍有必要尽快更新已有的资料.     

乌鲁木齐市酸雨特征及变化趋势

通过对乌鲁木齐市1991—2007年降水pH值、K值(电导率)以及相关的天气气候资料的处理,分析了酸雨特征和变化趋势。结果表明:pH平均值有逐年降低的趋势;从2000年开始K平均值呈下降趋势;降水pH平均值和K平均值具有明显的季节变化;供暖对pH平均值和K平均值造成很大的影响,是形成酸雨的重要因素之一。