地中海地区的空气污染

2001年德国科学家主持了一项大型国际野外测量项目“地中海氧化性污染物研究(MINOS)”,旨在研究影响地中海地区的降水、生态系统、农业和饮用水供应的人为环境压力.大气化学-输送模式表明夏季对流层臭氧浓度在整个地中海地区增加,明显影响该地区的气候辐射力度.Lelieveld等人在克里特岛北部建立了一个海岸观测站,并使用2架飞机测量各种气体、气溶胶、辐射和气象参数.测量结果显示了从海面到15km高空的大气污染层面.在界面层,整个地中海地区氧化性污染物都超标,其中包括来自西欧和东欧的污染.气溶胶吸收了部分太阳辐射,使到达地面的辐射减…     

中国东部AOD等级变化及与东亚夏季风的联系

利用2000年3月～2017年1月Terra卫星反演的最新版本C06的MODIS气溶胶光学厚度（AOD）、NCEP fnl全球业务分析数据、CMAP降水、CERES SYN1deg Ed4月平均资料、NCEP/NCAR再分析资料等,依据区域平均AOD距平的显著年际变化特征,将历年AOD划分为5个不同的污染等级,并探讨了不同污染等级的局地成因及其与季风环流的联系.结果表明,夏季中国东部地区AOD异常偏大与地面风速小、中高层季风环流系统不利于气溶胶扩散有关.气溶胶污染最重（最轻）时,气溶胶与到达地面的太阳短波辐射、地面气温、风速及降水存在密切联系;在其他污染等级下,除了与到达地面的短波辐射有密切关系外,与其他量的联系并不明显.气溶胶污染严重时,到达地面的太阳短波辐射相对减小,地面气温异常偏低,低层大气冷却,地面风速减小,地面降水呈现南多北少的变化特征;反之,气溶胶污染较轻时,到达地面的太阳短波辐射相对增加,地面气温异常偏高,低层大气加热,地面风速增大,地面降水呈现南少北多的变化特征.     

2004年春季北京一次沙尘暴的理化特性分析

2004-03-27～2004-03-29北京发生沙尘暴天气期间,监测了气溶胶TSP、PM10和PM2.5的浓度,利用撞击式采样器采集了8级膜样品,并用ICP-MS分析了气溶胶中元素的含量,同时监测了地面辐射和风速的变化.结果显示,此次沙尘暴导致TSP浓度比平时增加3～4倍,PM10浓度增加2～3倍,PM2.5浓度有所降低.研究还表明:地壳元素Na、Mg、Al、Mn和Fe主要分布在粗粒子上.而污染元素Zn、Pb主要分布在细粒子上,污染元素主要是本地源.沙尘暴对总辐射有明显的影响,导致地面总辐射衰减了37.8%.受大风影响粗粒子浓度增加显著,细粒子浓度明显减少.     

核壳模型下黑碳的吸收对南京大气消光贡献研究

黑碳是气溶胶粒子中最重要的吸收性组分,对大气辐射过程、气候系统具有重要影响.理论上黑碳的光吸收能力除了与质量相关外,还与粒径分布、混合方式有关,由于黑碳粒子的不可溶性,核壳结构可能是含黑碳气溶胶粒子的重要存在形态.本研究利用2013年10月15日—11月13日的观测数据,结合κ-EC-米散射模型对核壳结构假设下的大气气溶胶的消光特性进行了定量分析,计算了核壳结构假设下气溶胶的吸收系数和吸收对消光的贡献,并对不同粒径段吸收系数随相对湿度增长的规律进行了分析.结果表明,观测期间吸收对消光的平均贡献在干态下为5.8%,而在环境相对湿度下只有3.4%,在所有粒径段消光系数随相对湿度都是显著增加的,而吸收系数的吸湿增长曲线与气溶胶粒径密切相关,小粒径段的吸收随相对湿度的增加而增加,而大粒径段的吸收随相对湿度的增加而减小,在不同粒径段的粒子综合作用下吸收随相对湿度变化不明显.     

不同气象条件下的气溶胶时空分布特征

利用2012年3月20—24日的激光雷达回波数据和粒子计数器采样的气溶胶数浓度数据,分析了测点近地面及其上空的气溶胶垂直消光系数、数浓度等时空分布特征,研究了风向、风速、RH(相对湿度)对近地面气溶胶分布的影响. 结果表明:①阴霾天气气溶胶垂直消光系数在0.01～1.0之间,边界层高度在1km以下,到达边界层顶时消光系数产生突变;晴天气溶胶垂直消光系数在0.01~0.2之间,边界层高度在1.5~2.5km. ②阴霾天和晴天中近地面气溶胶数浓度变化规律一致,上午08:00左右开始增加,随温度升高呈下降态势,在傍晚达最小值后又略微增长并产生次高峰,夜间继续呈下降趋势. ③风向为东北偏东风时大气气溶胶的数浓度较大;风速增大,有利于气溶胶垂直输送和扩散,导致气溶胶数浓度减小. ④气-粒转化过程中,RH增大有利于气溶胶粒子由爱根核向积聚模态凝结. ⑤RH较小时,其与气溶胶数浓度呈正相关,而当RH增至74%时二者呈负相关.      

中国北方沙漠戈壁区沙尘气溶胶与太阳辐射的关系

利用中国大陆气溶胶指数(TOMS AI)、天文总辐射、地面太阳总辐射和沙尘能见度等观测和理论计算资料,对中国北方沙漠戈壁区沙尘气溶胶与太阳辐射的关系进行了分析.结果表明:沙漠地区太阳辐射和沙尘气溶胶指数有非常高的相关性,且变化趋势一致.表明由太阳辐射触发的热对流是影响沙漠地区沙尘气溶胶最主要的因子;沙尘气溶胶进入大气中,必然也会对太阳辐射产生重大的影响.晴日时沙尘气溶胶吸收和散射辐射可达沙尘暴(含扬沙)天气时的60%以上.     

北京2010年10月一次典型灰霾过程光学特性分析

利用探空资料、NECP再分析资料、AERONET气溶胶反演资料等分析了北京地区一次典型灰霾天气过程的成因及气溶胶光学特性参数变化情况.结果表明:此次灰霾期间,稳定的环流形势、湿润的环境及逆温结构的存在是灰霾得以持续和发展的重要原因.灰霾期间AOD、PM2.5浓度逐渐增大,能见度逐渐降低,这可能与局地气溶胶的累积和相对湿度的增大有关,使气溶胶粒子的消光性增强.气溶胶的体积谱表现为双峰型结构,细粒子体积浓度峰值远大于粗粒子浓度峰值,且细粒子浓度峰值逐日增大,Angstrom波长指数在1.2~1.4之间,两参数均可表明此次灰霾过程的污染粒子以气溶胶细粒子为主;灰霾期间SSA逐日增大,表明气溶胶粒子的散射性逐渐增强,SSA随波长的变化主要呈现两种变化趋势,这与当日主控粒子的尺度有关.因气溶胶的作用,使到达地面的辐射通量减小.这些光学特性参量的变化为了解北京地区灰霾期间气溶胶特性及其气候效应提供了参考.     

UV-B辐射增强与1,2,4-三氯苯污染复合胁迫对青菜生长的影响

采用盆栽实验,分析了单一UV-B辐射增强或1,2,4-三氯苯(TCB)污染土壤与两种胁迫复合作用对青菜生长发育、气孔阻力及叶片结构的影响.结果表明,单一1,2,4-TCB污染对青菜生长发育的抑制作用大于两种胁迫复合作用.UV-B辐射增强和1,2,4-TCB污染均显著增加青菜叶片正面和反面气孔阻力.UV-B辐射增强使青菜叶片产生白化现象.1,2,4-TCB污染使叶片颜色变淡,并使青菜叶片表面出现黑斑症状,且UV-B辐射增强使黑斑症状加剧.总之,单一增强UV-B辐射或1,2,4-TCB污染及其复合作用对青菜各生长发育指标的影响结果不同.     

基于地基遥感数据的太湖地区气溶胶光学厚度和粒子谱变化规律研究

利用多光谱旋转遮蔽影带辐射计(Multi-Filter Rotating Shadowband Radiometer,MFRSR)测定了我国长江三角洲中部的太湖地区2008年5月至2009年4月期间415 nm、500 nm、615 nm、673 nm、870 nm波段的全天空总辐射、散射辐射和直接辐射通量密度,结合球形粒子的Mie散射理论反演了该地区大气气溶胶粒子谱,并对结果进行了分析.结果表明:受人为活动的影响,该地区工作日和非工作日气溶胶光学厚度和粒子谱的日变化存在明显的差异,工作日上午6:00-9:00时间内,细粒子的生成远大于非工作日这一期间细粒子的生成.太湖地区气溶胶光学厚度常年较高,500 nm波段的年平均值为0.8038±0.7924,夏季最大(0.9359±0.7389),冬季最小(0.6209±0.5500);气溶胶粒子谱表现出双峰分布,一种是位于半径0.15 μm附近的细模态,另一种是半径3μm左右的粗模态,且夏季和秋季细粒子较多,而其他季节粗粒子较多.气溶胶光学厚度以及气溶胶粒子谱分布的季节变化受到气象条件的显著影响.降水过程对大气气溶胶具有明显的冲刷作用,并且降水后大气气溶胶的增加与气溶胶粒子大小有关,积聚态粒子浓度的增加比粗模态粒子的增加更快.     

人为排放气溶胶引起的辐射强迫研究

利用建立的大气气溶胶辐射强迫模式,对我国历年大气气溶胶(TSP和硫酸盐气溶胶)引起的直接辐射强迫进行了计算,并给出其全国分布。得到了一些有意义的结果:我国大气气溶胶引起的辐射强迫与我国能源,特别是燃煤的消耗量密切相关,随着消耗量的增加,大气气溶胶(TSP和硫酸盐气溶胶粒子)引起的辐射强迫也增加;指出在利用辐射模式讨论大气气溶胶引起的直接辐射强迫时,不能忽视扬尘和沙尘的作用;我国由于大气气溶胶引起的直接辐射强迫主要集中在工业比较发达的城市或地区,四川盆地由于其特殊的地理位置和气候条件,在该地区因大气气溶胶产生的辐射强迫始终比较大。      

Biologically effective ultraviolet radiation in Beijing area

Ozone layer depletion implies the enhancement of solar ultraviolet radiation at the earth's surface. However, aerosol contributes to the scattering of solar radiation and leads to the reduction of UV-B radiation on the ground. In this paper, the model calculation shows that due to effects of atmospheric ozone and aerosol UV-B radiation in Beijing in the past decade has decreased with the annual change rate of 0.7%, which is probably approximate to the measured values. The effects of three scenarios for long-term changes in atmospheric ozone and aerosol concentrations on UV-B radiation reaching the ground in are also discussed.     

Effect of atmospheric aerosols on UV-B radiation reaching the ground

Solar ultraviolet radiation reaching the ground can be reduced due to light scattering of atmospheric aerosols. Aerosol pollution has led to the decrease in biological active UV-B radiation by about 45% and 10% in city and rural areas, respectively. In populated areas, effect of aerosol scattering on UV-B radiation may offset the increased amount of UV-B caused by ozone depletion, but in clean areas such as two poles, ozone depletion may have great damage effects on ecosystems.     

北京地区臭氧层损耗、气溶胶污染与紫外辐射的变化

对北京地区臭氧层损耗和气溶胶污染对紫外辐射量变化的影响进行了计算。结果表明,当臭氧总量减少１％－３０％时,ＵＶ－Ｂ对ＤＮＡ危害效应的辐射放大因子（ＲＡＦ）从２．３增加到４．２。城区和乡村环境的气溶胶污染使ＵＶ－Ｂ日辐射总量分别降低４５％和１０％。如是仅考虑臭氧总量的变化,１９８０－１９８９年间ＵＶ－Ｂ辐射量年变化率为１．４％,当考虑气溶胶因素的变化后,ＵＶ－Ｂ辐射量年变化率为－０．７％,这与实际观     

长江中下游浅水湖泊紫外辐射的衰减

基于对长江中下游22个浅水湖泊有色可溶性有机物吸收的测量,运用经验模式估算了紫外辐射(UV-B、UV-A)在长江中下游湖泊的衰减及对应的穿透深度,并利用在武汉东湖实测的紫外辐射衰减进行了检验.结果表明,UV-B波段的320nm和UV-A波段的380nm衰减系数变化范围分别为2.05～21.00m^-1,1.07～12.85m^-1,对应的1%穿透深度分别为0.22～2.25m,0.36～4.29m.估算得到的紫外辐射衰减系数与DOC浓度均存在显著性正相关,但UV-B波段要高于UV-A波段.武汉东湖实测的紫外辐射衰减检验发现,基于CDOM吸收系数估算UV-B辐射衰减较为精确,而由于浮游植物吸收和悬浮物散射等影响对UV-A波段估算精度则明显下降.     

UV-B增强对土壤-大豆系统CO2排放的影响

采用静态箱-气相色谱法测定CO2排放通量,研究了人工模拟UV-B辐射增强对土壤-大豆系统CO2排放的影响.结果表明,在相同的气象条件和田间管理下,UV-B辐射增强对CO2排放的季节变化模式无明显影响.在植株结荚前,UV-B增强对CO2排放通量没有显著影响,但从植株结荚到成熟,CO2排放通量显著降低,2004和2006年分别降低了49.03%和48.13%;并显著降低了整个生育期的CO2累积排放量,2004和2006年分别降低了43.26%和44.79%.收割实验表明,在分枝开花期,UV-B增强降低了土壤CO2排放,但对植株地上部分的CO2排放没有明显影响;从结荚到成熟,UV-B增强主要通过降低植株地上部分CO2排放通量来降低土壤-大豆系统的CO2排放.UV-B辐射增强降低了大豆生态系统碳固定量,在分枝开花-结荚阶段的固定碳量减少了352.73g/m2CO2,在结荚-鼓粒阶段固定碳量减少了1456.25g/m2CO2.     

O3和UV-B共同作用对大豆干物质和产量的影响

为揭示O₃和UV-B共同作用对大豆干物质和产量的影响,以大豆“八月黄”为供试材料,利用OTC(开顶式气室)和紫外灯模拟O₃和UV-B共同作用环境,研究大豆干物质和产量的变化. 结果表明:与对照组相比,T1(UV-B辐射增强10%左右)、T2(100nL/L O₃与增强10%左右的UV-B复合)和T3(150nL/L O₃与增强10%左右的UV-B复合)处理下,成熟期大豆株高分别降低了12.73%、12.78%和14.15%;w〔Chl(a+b)〕分别减少了-1.16%(P>0.05)、34.20%(P<0.05)和57.38%(P<0.05);净光合速率(P_n)分别下降了11.50%、46.65%和48.58%;单株干物质质量显著降低(P<0.05),分别减少了31.02%、61.35%和67.53%;大豆产量分别减少了4.13%、54.09%和79.34%. O₃和UV-B对大豆的生长和干物质累积均有不利影响,并且存在一定的协同影响,2个因子共同作用对大豆生长和干物质累积更为不利;O₃和UV-B共同作用下大豆产量的降低主要是由粒数和粒质量降低所致.      

不同水分梯度下UV-B辐射对2个稻田土壤碳氮转化的影响

UV-B辐射对土壤碳氮转化的影响与土壤物理化学性质有关,为明确土壤水分状态对UV-B辐射的影响,以有机质含量不同的两个水稻土(有机质含量低的记为L,高的记为H)为研究材料,在室内研究了含水量为25%(W1)、50%(W2)和100%(W3)时,UV-B辐射对土壤总有机碳(TOC)、可溶性有机碳(DOC)、铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)以及累积净矿化氮量的影响.结果表明:120 h后,与避光(对照,CK)相比,UV-B辐射显著降低了土壤TOC的含量(P0.05);UV-B辐射下,水分从低到高,L土壤的TOC分别降低了9.9%、4.5%和6.3%,H土壤降低了10.9%、5.6%和6.3%.但与对照相比,UV-B辐射却促使土壤DOC增加;且在UV-B辐射下水分为100%的处理中,土壤DOC含量高于25%和50%的处理,120 h时,L土壤的DOC分别增加了21.5%(W1)、9.4(W2)和26.3%(W3),H土壤分别降低了26.7%(W1)、14.2%(W2)和33.8%(W3).与对照相比,UV-B辐射使NH_4~+-N含量有所下降;且在UV-B辐射中,NH_4~+-N含量的变化幅度在不同水分条件下的整体表现为W1W2W3.较对照处理,UV-B辐射促进NO_3~--N的累积,NO_3~--N变化幅度在不同水分条件下的表现为:W1W3W2.24 h后与对照相比,UV-B辐射对土壤累积净矿化氮量有显著影响(P0.05),且UV-B辐射下累积净矿化氮量在不同水分之间差异显著(P0.05).这表明光降解在土壤有机质的稳定中扮演着重要角色,UV-B辐射会加速土壤有机碳的损失,影响土壤矿质态氮的转化,且水分不同,UV-B辐射对土壤碳氮转化的影响存在一定差异.     

UV-B辐射增强对大豆叶绿素荧光特性的影响

利用脉冲振幅调制叶绿素荧光仪测定大豆不同生育期叶片的荧光参数和快速光曲线,以研究UV-B辐射增强对大豆叶绿素荧光特性的影响.结果表明, UV-B辐射增强20%条件下,大豆幼苗期、分枝-开花期和结荚期的叶绿素含量分别降低了5.03%、 7.70%和10.38%;分枝-开花期,F_v/F_m值降低了6.13%;幼苗期和分枝-开花期,有效量子产量(Y)在PAR>366 μmol·(m~2·s)~(-1)时显著降低,最大潜在相对电子传递速率(P_m)分别降低了28.92%和15.49%;但对三叶期和结荚期的Y和P_m无显著影响.UV-B辐射增强使三叶期和幼苗期半饱和光强(l_k)分别降低了21.18%和23.17%;使分枝-开花期的初始斜率(α)降低了21.05%;并显著降低了幼苗期PAR>366 μmol·(m~2·s)~(-1)的非光化学淬灭(NPQ)和分枝-开花期PAR>366 μmol·(m~2·s)~(-1)的光化淬灭(qP).本研究意味着UV-B辐射增强抑制了PSⅡ的电子传递活性,损伤了捕光系统和耗散保护机制,破坏了大豆光合系统,使其光合效率下降.     

增强UV-B辐射对小麦叶片黄酮类化合物日变化的影响

通过温室盆栽试验,初步研究了UV-B辐射对灌浆期小麦叶片中黄酮类化合物含量日变化的影响.结果发现,UV-B胁迫条件下,黄酮类化合物含量明显上升,而胁迫解除后,其含量下降,与对照组间差异逐渐减小.合成黄酮类化合物的关键性酶--苯丙氨酸解氨酶活性的变化也表现出大致相同的趋势.同时,UV-B辐射对小麦叶片净光合速率没有影响,但使其夜闯呼吸速率显著加强 .这些结果表明,小麦在UV-B胁迫解除前后黄酮类化合物的持续波动可能是植物在UV-B辐射条件下光合能力未受影响而生物量明显下降的一个重要原因.     

UV-B增强与秸秆施用对土壤-大豆系统呼吸速率和N2O排放的影响

采用人工模拟UV-B增强方式,通过大田试验,研究了UV-B增强与秸秆施用对土壤-大豆系统呼吸速率和N2O排放通量的影响.结果表明:在三叶-分枝期、开花-结荚期、鼓粒成熟期和全生长期,UV-B增强,系统平均呼吸速率分别降低了59.88%,65.47%,67.35%和64.44%,N2O平均排放通量分别降低了37.94%,24.61%,48.42%和34.16%;秸秆施用促进了系统呼吸速率,4个时期平均呼吸速率分别增加了59.88%,61.50%,99.16%和64.44%;降低了全生长期的N2O平均排放通量,但没有达到显著差异水平(P=0.236).UV-B增强和秸秆施用复合处理显著增大土壤-大豆系统的呼吸速率,降低全生长期的N2O平均排放通量,但没有达到显著差异水平(P=0.229).