三江平原稻田CO2通量及其环境响应特征

基于涡度相关技术,于2004年生长季对三江平原稻田CO2通量进行了观测.结果表明,CO2通量日变化特征明显;月平均的CO2通量日变化幅度很大,6～9月,夜间最大净排放通量分别为0.23,0.23,0.18,0.12mg/(m2·s);白天最大净吸收通量分别为-0.14, -0.68, -0.66, -0.22mg/(m2·s).白天CO2通量的变化与光合有效辐射明显相关,并且逐月变化.利用摩擦速度(U*)的阈值进行筛选,夜间通量与温度之间无明显相关,同期观测的静态箱法结果表明,夜间通量与空气和土壤温度相关,整个生长季,生态系统从大气中吸收的C为5.30t/hm2.     

亚热带稻田生态系统CO2通量特征分析

为评价稻田生态系统大气CO2的收支状况,2008-2009年江西省农业气象试验站利用涡度相关技术对稻田生态系统的CO2通量进行了为期一年的连续观测.对观测的数据进行处理和分析表明:在生长季,稻田生态系统CO2通量总体表现为负值,为CO2的汇.稻田生态系统CO2通量具有明显的日变化特征,白天净吸收CO2的量大于夜间呼吸释...     

城市复杂下垫面供暖前后CO_2通量特征分析

城市二氧化碳排放是全球大气二氧化碳的重要来源.利用涡度相关法测量的沈阳城市中心CO2浓度和通量资料,分析了2008年10～11月供暖期前后CO2浓度和通量的变化特征.研究表明,供暖期前后CO2浓度日变化呈双峰型曲线,第1个峰值出现在04:45,与日出时间一致,第2个次峰出现受机动车高峰和供暖影响;CO2通量研究表明,城市二氧化碳为净排放,供暖期前二氧化碳排放为52.69g.(m2.d)-1,供暖期后为82.50g.(m2.d)-1,植被光合作用起到了消减交通高峰时释放的CO2的作用,供暖期由于燃料燃烧在17:15～18:15出现明显CO2通量峰值,CO2排放比供暖期前增加29.37g.(m2.d)-1;CO2通量与温度的峰值和感热通量转为正值的时间有一定的对应关系.研究也指出,CO2浓度与通量的变化受风向与源区的协同影响.     

南京夏季城市冠层大气 CO2浓度时空分布规律的观测

城市是CO2重要排放源,直接观测城市中大气CO2浓度对于研究人类活动对大气温室气体的贡献至关重要,而在城市中多个站点、多个高度上观测大气CO2浓度则有助于认识城市CO2浓度的时空变化规律,确定其影响机制.本研究于2014年7月18日至7月25日在南京主城区东、西、南、北和中共5个方位(100 m左右高度),2014年8月3日至2014年8月9日在南京主城区中部站点的3个高度(30、65和110 m)观测CO2浓度.结果表明:1南京主城区垂直方向上CO2浓度存在明显梯度,近地面30 m处CO2浓度受人为活动影响明显,平均值达427.3×10-6(±18.2×10-6)(摩尔分数,下同),高层65m、110 m处CO2浓度混合均匀,平均值分别为411.8×10-6(±15.0×10-6)和410.9×10-6(±14.6×10-6).大气层结越稳定,CO2浓度越高,垂直梯度越大.2南京主城区CO2浓度的水平分布受风和大气稳定度的控制.观测期间盛行东北风向,导致CO2浓度分布整体呈现西南高,东北低的格局,城市主城区上下风向CO2浓度差为7.8×10-6.而且水平风速越大,越有助于将上风向的CO2传输至城市的下风向,CO2浓度差就越小.大气层结越稳定,整体CO2浓度越高.3南京主城区5个站点CO2浓度均有明显的日变化,日最高值出现在交通早高峰期间,谷值在17:00左右,在19:00左右有时会因交通晚高峰而出现次高值.     

北京城市地区CO_2通量特征

城市CO2排放是全球大气CO2的重要来源.为探讨不同气象背景条件、土地利用方式和覆盖类型以及能源消耗方式对城市CO2排放的影响,利用北京325 m气象塔(39°58'N、116°22'E)上140 m高涡动相关仪监测的湍流数据,对2009年6月26日—2011年12月31日气象塔周边区域共919 d CO2通量的时间变化及方向分布特征进行了研究,并计算了CO2的年排放量.结果表明:CO2通量受交通因素影响明显,各季节CO2通量日间早、晚峰值出现时间与车流量高峰时间一致,该特征在冬季表现尤为突出.冬季取暖会显著增加CO2排放量;受供暖排放和植物休眠的影响,冬季CO2通量全天均高于其他季节,日均值为30.1μmol/(m2·s),显著高于春、夏、秋三季的15.2、17.9和15.8μmol/(m2·s)(t-test,P0.001).CO2通量在不同方向的分布特征表明,其值与源区内人工建筑面积所占比例成正比;而在植被覆盖比例较高的方位,其CO2通量相应较小.气象塔周边区域CO2年均排放量达到30.0 kg/(m2·a),但仍小于伦敦的35.5 kg/(m2·a).     

京津冀区域重污染期间PM2.5垂直分布及输送

2016年12月17～19日重污染期间,在天津市武清区高村开展车载系留气球颗粒物浓度垂直观测,并以观测数据为基础,计算了区域内PM_(2.5)传输通量.结果表明重污染过程期间,大气混合层较低,约200 m左右,PM_(2.5)浓度垂直分布特征与混合层高度密切相关,混合层以下,PM_(2.5)浓度较高,垂直变化特征不显著,形成明显的污染层,混合层以上,PM_(2.5)浓度迅速降低并维持在降低水平.观测期间,粒径小于1. 0μm颗粒物浓度较高,粒径大于2. 2μm颗粒物浓度较低,近地层粒径为0. 777μm颗粒物浓度最高.颗粒物浓度粒径谱分布与相对湿度和混合层高度相关,高湿度和低混合层下颗粒物浓度粒径谱分布较宽泛.观测期间,PM_(2.5)在西南方向上的传输通量最高,占总传输通量的63. 3%,其中46～156 m和156～296 m高度之间PM_(2.5)传输通量最高.近地面300 m内PM_(2.5)传输主要以西南方向传输为主,300 m以上传输方向较分散.     

长江三角洲地区PM_(2.5)两种污染来源对比分析

应用Model-3/CMAQ模式,结合观测资料和后向轨迹,分析了2015年1月21日~24日长江三角洲地区PM_(2.5)污染的时空分布特征和区域输送过程.重点对比了2种不同类型的污染过程(大风外源输入污染21日12:00~23:00和静稳本地积累污染22日~24日12:00)中大气物理化学过程对边界层内PM_(2.5)生成的贡献.结果表明,模式能合理再现这一期间长江三角洲地区PM_(2.5)浓度的时空变化和分布.21日午后,长江三角洲地区地面偏北风,风速较大,是短时大风北方输入污染.短时大风污染时段输送通量大,边界层中上部污染水平输入,再垂直下传.22~24日,地面小风,存在逆温,大气静稳,是本地积累污染.对比大风外源输入时段与静稳本地积累时段的过程分析发现,大风污染时段PM25的主要正贡献过程依次为局地源排放(35.0%)、水平平流(27.1%)、气溶胶化学生成(20.9%)、垂直平流(14.1%);本地积累时段PM_(2.5)的主要正贡献过程依次为局地源排放(50.1%)、气溶胶化学生成(27.1%)、垂直平流(17.4%).其中水平平流、源排放、气溶胶化学过程在2类污染时段中所占贡献率有显著差异.     

太湖水-气界面CO2交换通量观测研究

基于2003-01～2005-06利用静态箱法对太湖水-气界面CO2交换通量的观测,对太湖水-气界面交换通量的变化特征进行了分析研究.结果表明:太湖水-气界面CO2交换通量存在明显的日变化,春、夏、秋、冬4季日平均通量分别为-0.79 mg/(m2·h)、-4.89 mg/(m2·h)、-4.06 mg/(m2·h)和-2.56 mg/(m2·h),太湖均是CO2的汇.一般污染越重的区域,CO2通量值越大.藻型湖区水-气界面CO2交换通量季节变化不明显,草型湖区水-气界面CO2交换通量季节变化很明显,夏秋季高,冬春季低.CO2通量变化的可能相关因子还有天气情况、太阳辐射、风速及水温、pH、TA、Chla、TC、TN和TP等.     

2016年冬季寿县一次边界层低空急流对污染物扩散的影响

利用安徽寿县地区2016年12月16~17日的观测资料与模拟资料,分析了一次夜间边界层低空急流对PM_2.5扩散的影响.此过程中,急流分布范围广,强度大,最大风速可达10~12m/s,而且风向随高度有明显转向,高低层风向差可达90°.急流发展过程中,急流轴基本位于200m以下,急流的最小风速高度出现在400~800m之间.通过分析可知,对于不同高度,急流对污染物扩散的影响存在明显差异.地面至急流轴范围内,PM_2.5总体减少.急流的出现使湍流混合明显增强,在湍流作用下污染物向上混合,使该层PM_2.5显著减少,净质量通量的峰值可达-103×10^-3μg/(m²·s).急流的水平输送可带来上风方较为清洁气团,同样减少了该层的PM_2.5浓度.但与湍流作用相比其影响较小,净质量通量仅为-2.9×10^-3μg/(m²·s).急流存在时,还会加强向下的垂直风速,在垂直输送作用下,上层污染物向下输送,增加了该层PM_2.5浓度,净质量通量约为11×10^-3μg/(m²·s).急流轴至风向转变高度之间,PM_2.5总体增加.这是由于湍流作用将低层高浓度污染物输送至该层,使PM_2.5浓度增加,净质量通量约为23.9×10^-3μg/(m²·s);水平输送作用使该层PM_2.5浓度略有增加,净质量通量约为2.3×10^-3μg/(m²·s);而垂直输送作用带来了高处较为清洁的气团,减少了PM_2.5浓度,净质量通量约为-6.6×10^-3μg/(m²·s).风向转变高度至LLJ最小风速高度之间,PM_2.5总体增加.湍流作用仍占主导,净质量通量约为17.8×10^-3μg/(m²·s);垂直输送作用稍有贡献,净质量通量约为1.4×10^-3μg/(m²·s);而水平输送起减少作用,净质量通量约为-3.7×10^-3μg/(m²·s).     

京津冀及周边民用散煤燃烧控制对北京市PM2.5的影响

为评估京津冀及周边“2+26”城市农村居民面源污染控制成效,揭示其对北京市秋冬季重污染天气PM_2.5污染的改善作用,及其对PM_2.5组分硫酸盐形成机制的影响,采用空气质量模型对北京市2018—2019年秋冬季5次重污染事件进行了模拟. 结果表明:①在“2+26”城市平原地区民用散煤削减90%的控制情景下,区域PM_2.5浓度最大值由324 μg/m3降至251 μg/m3,下降了23%. 北京市城区PM_2.5浓度由139 μg/m3降至124 μg/m3,下降了11%;同时,北京市城区SO₂、硫酸盐浓度分别降至6.2、14.9 μg/m3,分别下降了45%、24%. ②农村居民面源污染控制前北京市硫酸盐浓度的正贡献来源主要受水平平流输送过程影响,控制后水平平流输送过程仍起主导作用,但该过程在水平平流输送、垂直平流输送、水平扩散、垂直扩散这4个物理过程中的绝对重要性上升了2%;此外,农村居民面源污染控制后垂直扩散清除过程对硫酸盐浓度的贡献下降了33%,气溶胶二次转化过程的贡献下降了25%,但SO₂向硫酸盐转化的速率加快,其小时转化率上升了1.44%. ③ISAM源解析方法结果表明,控制情景下区域工业过程是影响北京市SO₂浓度的最主要行业源因素,平均贡献率为65%,硫酸盐工业过程源的平均贡献率为82%. 区域来源分析表明,北京市SO₂来源主要为外地源输送,硫酸盐主要来源与SO₂一致,其中河北省贡献较大,其对SO₂、硫酸盐的平均贡献率分别达43%、40%. 研究显示,控制情景下污染期间北京市PM_2.5污染改善,且污染物浓度、形成过程和来源贡献均发生明显变化.      

三峡库区典型消落带CH4排放的变化特征及影响因素

为了探讨亚热带水库消落带CH_4的排放规律,选取三峡库区王家沟一典型消落带内5个高程(180、175、165、155及140 m)为研究对象,其中175、165和155 m位于消落带上,180 m高程为永不淹水的陆地,140 m高程为永久淹水对照区.采用静态暗箱、浮箱/气相色谱法对各高程生态系统CH_4的排放进行了为期两年的连续观测.结果表明,175 m和165 m高程在实验观测的第一年CH_4排放通量变化不明显,而155 m和140 m高程处表现为单峰型的夏季CH_4排放高峰;次年在三峡水库实现最高蓄水位175 m后,175 m高程在淹水期间CH_4排放呈现单峰态,之后表现为源汇交替的无规律排放,而165m、155 m以及140 m高程均大致呈现出冬季高CH_4排放的单峰态;在整个观测期间,180 m高程CH_4排放通量较为稳定,未出现明显峰值.另外,位于消落带上的175、165和155 m高程均表现为淹水期CH_4排放大于落干期.各高程处CH_4年累积排放量为140 m(99.58 kg·hm~(-2))155 m(82.98 kg·hm~(-2))165 m(65.38 kg·hm~(-2))180 m(6.32 kg·hm~(-2))175 m(4.27 kg·hm~(-2)),表明淹水时间越长的土壤,其环境更有利于CH_4的产生.相关性分析显示,陆地与消落带落干期的CH_4排放与土壤碳组分及pH无显著相关性,但CH_4排放通量随土壤含水率的增加而增大;水-气界面上,140 m高程CH_4排放通量与水深有显著线性负相关关系;表明土壤含水率是影响消落带落干期CH_4排放的关键因子之一,而水-气界面上CH_4的排放则受到淹水深度的调控.     

北京大气中常规污染物的垂直分布特征

近地层大气中的污染物的垂直变化对地面空气质量有直接影响.2004年9月22日─10月30日,以北京325 m气象塔为观测平台,分别在气象塔的8,47,120和280 m处,对大气中的O₃,CO,NO,SO₂和NO_x 5种污染物及温度、湿度、风向和风速4项气象要素进行同步连续观测.5种污染物在各层日变化均明显,其中8,47和120 m 3层的变化一致,但280 m处的φ(O₃)高于其下3层,夜间尤其明显.当φ(NO₂)/φ(NO)小于25时,φ(O₃)与该比值表现出很强的相关性,8,47,120和280 m处的相关系数分别为0.86,0.72,0.58和0.57.主成分分析中,280 m处各主成分组成与其下3层完全不同,进一步表明该处的污染物与低层污染物分布规律不同,该处的污染物除受局地湍流扩散影响外,还显著受到区域水平输送作用的影响.      

三峡水库蓄水后不同水位期干流氮、磷时空分异特征

研究三峡水库蓄水前后营养盐的变化,对于探讨水库运行对其的影响并提出合理的管理建议具有重要意义.依据2008年3月～2009年2月对长江干流三峡区段朱沱、寸滩、扇沱、清溪场、晒网坝、培石,共6个断面和其中1个垂直断面逐月水文、水质监测,按照三峡水库运行的水位特点,将数据样本分成高水位(10～2月)和低水位(3～9月)2个...     

Process analysis of characteristics of the boundary layer during a heavy haze pollution episode in an inland megacity, China

Ground observation data from 8 meteorological stations in Xi'an, air mass concentration data from 13 environmental quality monitoring sites in Xi'an, as well as radiosonde observation and wind profile radar data, were used in this study. Thereby, the process, causes and boundary layer meteorological characteristics of a heavy haze episode occurring from 16 to 25 December 2013 in Xi'an were analyzed. Principal component analysis showed that this haze pollution was mainly caused by the high-intensity emission and formation of gaseous pollutants (NO₂, CO and SO₂) and atmospheric particles (PM_2.5 (fine particles) and PM₁₀ (respirable suspended particle). The second cause was the relative humidity and continuous low temperature. The third cause was the allocation of the surface pressure field. The presence of a near-surface temperature inversion at the boundary layer formed favorable stratification conditions for the formation and maintenance of heavy haze pollution. The persistent thick haze layer weakened the solar radiation. Meanwhile, a warming effect in the urban canopy layer and in the transition zone from the urban friction sublayer to the urban canopy was indicated. All these conditions facilitated the maintenance and reinforcement of temperature inversion. The stable atmospheric stratification finally acted on the wind field in the boundary layer, and further weakened the exchange capacity of vertical turbulence. The superposition of a wind field with the horizontal gentle wind induced the typical air stagnation and finally caused the deterioration of air quality during this haze event.     

郑州市某城区冬季不同污染水平大气VOCs特征及源解析

于2019年1月3～23日,在郑州市某城市站点对挥发性有机物(VOCs)进行观测,研究不同污染水平下VOCs组成、变化特征、来源及其对二次有机气溶胶(SOA)生成的影响.结果表明,观测期间含氧VOCs和烷烃为VOCs的主要组分,乙酸乙酯和丙酮为最丰富的物种.清洁天演变至重度污染过程中,VOCs体积分数增高约1倍,大部分物种体积分数随污染程度加重而增高.基于正交矩阵因子模型(PMF),观测期间VOCs主要来源于机动车排放、工业排放、燃烧源、溶剂使用和液化石油气(LPG)使用,且不同污染水平下来源贡献差异明显,重污染期间工业排放和溶剂使用的源贡献分别增高至约清洁天的9倍和3倍.芳香烃为SOA生成潜势(SOA_p)贡献最大的组分,甲苯和间/对-二甲苯为贡献最大的物种,溶剂使用源为贡献最大的来源,重度污染期间总SOA_p增大至约清洁天的2.6倍.加强管控芳香烃类化合物及溶剂使用等相关源的排放对改善郑州市冬季霾污染具有重要意义.     

广州地区典型多溴联苯醚迁移和归趋行为模拟

运用多介质逸度模型对典型PBDEs(BDE47、BDE99、BDE209)在广州地区大气、水体、土壤、沉积物中的浓度分布与多介质间的迁移、归趋进行了模拟研究并分析了3种化合物在研究区域环境多介质间的迁移通量,确定其在环境中的主要迁移过程;结合实际监测数据,对模型的可靠性进行验证;以BDE47和BDE209为例,对模型的输入参数进行灵敏度分析;并以BDE209为例,对模型进行不确定性分析.通过模拟浓度与实测浓度的对比,表明模型在该地区具有很好的适用性.结果表明,环境系统达到平衡时,BDE47、BDE99和BDE209在土壤和沉积物中的含量分别占其在环境系统总含量的17.73%和82.26%,14.65%和85.35%,4.81%和95.19%;PBDEs从环境系统中的消失途径主要为大气平流输出和土壤降解;logKow和大气平流输入是影响化合物在环境相中浓度分布的最主要因素;不确定性分析指出BDE209在土壤相中浓度的变异系数最大.     

三峡库区消落带N2O排放及其影响因素

为了探讨亚热带水库消落带N_2O的排放规律,选取三峡库区王家沟一典型消落带内3个高程(180、175和155 m)作为研究对象,采用静态暗箱和浮箱法进行了为期2 a的连续观测.175 m和155 m高程位于三峡库区消落带上,而180 m高程作为对照,为永不淹水的陆地.结果表明,各高程处的N_2O排放通量都表现出明显的季节变化,180 m高程处的春季N_2O排放最低;175 m高程在实验观测的第一年表现为单峰型的夏季N_2O排放高峰,次年在三峡水库实现最高蓄水位175 m后,表现为干湿交替和夏季N_2O高排放的双峰型;155 m高程处只呈现为夏季高N_2O排放的单峰态.另外,位于消落带上的175 m和155 m高程均表现为落干期N_2O排放大于淹水期.各高程处N_2O的年累积排放量为175 m(853.92 mg·m-2)180 m(336.69mg·m~(-2))155 m(324.69 mg·m~(-2)),与180 m高程对照相比,表明短期淹水会促进N_2O排放,而长期淹水则会抑制N_2O排放.相关性分析显示,陆地与消落带落干期的N_2O排放与各环境因子间无显著相关性,消落带淹水期排放与水温和风速呈极显著负相关.对影响陆地、消落带淹水期和落干期N_2O排放的因素进行主成分分析可知,消落带淹水期水体中可溶性氮素的分布是影响水面N_2O排放的最主要因素,而消落带落干期及陆地则是受土壤碳氮含量、土壤温度、湿度及pH等因素的共同影响和制约.     

Quantification of carbon dioxide and methane emissions in urban areas: source apportionment based on atmospheric observations

Anthropogenic emissions of carbon dioxide (CO₂) and methane (CH₄) in the atmosphere constitute an important component of the related carbon budget. The main source of anthropogenic CO₂ is burning of fossil fuels, especially in densely populated areas. Similar emissions of CH₄ are associated with the agricultural sector, coal mining, and other human activities, such as waste management and storage and natural gas networks supplying methane to large urban, industrial centers. We discuss several methods aimed at characterizing and quantifying atmospheric loads and fluxes of CO₂ and CH₄ in Krakow, the second largest city in Poland. The methods are based on atmospheric observations of mixing ratios as well as isotopic composition of the investigated gases. Atmospheric mixing ratios of CO₂ and CH₄ were measured using gas chromatography (GC) and cavity ring-down spectroscopy (CRDS). The isotopic composition of CO₂ and CH₄ was analyzed using isotope ratio mass spectrometry (IRMS), accelerator mass spectrometry (AMS), and CRDS techniques. These data, combined with auxiliary information characterizing the intensity of vertical mixing in the lower atmosphere (height of the nocturnal boundary layer [NBL] and atmospheric ²²²Rn concentration), were further used to quantify emission rates of CO₂ and CH₄ in the urban atmosphere of Krakow. These methods provide an efficient way of quantifying surface emissions of major greenhouse gases originating from distributed sources, thus complementing the widely used bottom-up methodology based on emission statistics.

     

东莞与帽峰山黑碳气溶胶浓度变化特征的对比

将东莞(海拔30m,位于平原地区)与帽峰山(海拔550m,位于山地地区)的黑碳气溶胶(BC)浓度进行对比,结果表明,东莞地区BC浓度年均值为5.27mg/m3,帽峰山BC浓度值为2.43mg/m3,两个站点的浓度都比位于珠三角核心区的南村站浓度(8.42μg/m3)低.雨季,东莞与帽峰山BC浓度的日变化特征在中午呈现反位相,这是因为两站近地层受上升气流控制,热对流把地面的BC气溶胶带至高空,地面浓度下降,东莞出现谷值,而高空有了地面的垂直输送补充,帽峰山出现峰值.旱季,华南地区受高压控制,微弱下沉气流对于BC的垂直输送不利,BC的扩散以平流扩散为主,两地日变化情况相近.此外,受BC源远近的影响,东莞的逐月变化(标准差为0.60μg/m3)大于帽峰山(标准差为0.14 μg/m3).通过分析BC吸收系数的波长幂指数α探讨可能的污染来源,发现两地的α值均接近于1,说明两地BC的污染来源相同,均来自于化石燃料的燃烧.