北京夏季灰霾天臭氧近地层垂直分布与边界层结构分析

后奥运时期首都北京的空气质量被更加关注,尤其是对于灰霾天与光化学复合污染的状况,而近地层数百米高度内的大气污染物与大气物理参数垂直分布观测对于空气质量变化过程评估至关重要.因此,本研究于2009年8月1-16日,在北京市325 m气象塔进行了相应的立体观测,观测平台垂直分布在距离地面高度8、47、120和280 m四层中.同时,在近地面320 m高度以内,分15层分别观测了大气温度、湿度、风速、风向.另外,使用气溶胶后向散射云高仪观测了边界层2.5 km内气溶胶后向散射系数.利用垂直分层的O3数据与边界层物理观测数据并结合天气形势、后向轨迹模式等方法,综合分析了本次观测数据之间的相互关系和内在联系.结果表明:夏季西北部低压槽控制的北京区域不利于低空大气扩散,容易形成光化学污染叠加灰霾污染,污染形成时白天地面小时最大φ(O3)可达120×10-9,280 m高度处可达155×10-9;来自西北偏西的气流一般较为干净,有利于北京污染物的清除,而来自西南和偏南的气流使北京的O3污染加重,导致区域性高浓度O3污染;在稳定天气条件下,夜间残留层与地面的φ(O3)差别越大,次日光化学生成的φ(O3)起点越高,表明残留层O3在次日混合层抬升过程中卷夹到地面,影响地面空气质量;300 m以内的近地层,在50 m高度左右存在φ(O3)变化程度剧烈层,这是城市冠层界面与大气化学反应共同作用的结果.     

常州市典型臭氧污染天气过程及成因分析研究

臭氧是一种存在于地球臭氧层和近地面的气体,它对人类和环境是否有益取决于大气中存在的位置。高空臭氧层使人类免受紫外线伤害,而近地面臭氧是光化学烟雾产生的主要污染物,损害农作物、树木和其他植物生长,危害人体健康诱发儿童哮喘等疾病。本文结合2013年8月12日常州市出现的臭氧污染天气,利用气象和空气自动监测数据,对污染过程、变化特征和成因进行了分析。结果表明,在连续高温、太阳辐射强度大、风速低、大气扩散条件差等气象因素和臭氧前体物（NMHC）较高等不利条件下,易形成臭氧污染天气,导致空气质量下降。     

利用沉积色素恢复湖泊古紫外强度研究综述

自从南极臭氧空洞被发现以来,平流层臭氧浓度下降导致到达地表的紫外辐射增强的现象引起了人们的广泛关注,目前这一状况还在不断加剧并将在未来很长一段时间里持续下去。为了更好地理解这种现象在长时间尺度上的意义以及合理预测未来地球表面紫外环境的变化以及生态系统的响应过程,科学家开始尝试恢复历史时期地球表面紫外辐射的变化。Scytonemin是蓝绿藻细胞外鞘上的一种抗UV色素,高UV强度照射能够促使细胞合成更多的这种色素以保护细胞免受紫外辐射的伤害,并且这种色素在湖泊沉积物中能够很好地保存。因此,我们可以通过分析不同时间段蓝绿藻细胞的scytonemin含量来反映历史时期湖泊紫外环境的变化。进一步的研究可以推测造成这种变化的原因以及生态系统对这些过程的响应,为预测未来地表紫外环境的变化及生态系统的响应提供合适的理论和证据。     

维管束植物桂花树叶片对大气氮沉降的吸收研究

本文通过测定维管束植物桂花树叶片的氮含量和氮同位素组成,分析其对大气氮沉降的截留吸收机制。为期一年(2009.03～2010.03)的监测数据显示,桂花树叶片氮含量为1.33%～3.09%,平均值为2.18%;叶片δ15 N为+0.54‰～+3.78‰,均值为+2.29‰。桂花树叶片N%、δ15 N的季节性变化趋势,总体呈现春、冬高,夏、秋低的规律,这与已有的贵阳市雨水监测数据一致。对比不同树冠厚度的叶片样品,发现叶片N%随树冠厚度增加而降低,顶部叶片N%表现为最高(2.39±0.4%),说明桂花树的树冠层对大气氮沉降有明显的截留吸收作用。桂花树顶部叶片δ15 N最偏负,而上覆树冠层最厚的下方叶片的δ15 N最偏正,反映了树冠层在吸收大气氮沉降过程中存在选择性吸收,引起同位素分馏,即树冠层越厚,穿冠水δ15 N越偏正,且分馏程度与树冠厚度成正比,导致下方叶片δ15 N最高。     

硬叶空气凤梨对铅的富集特征研究

空气凤梨是一类生长在空气中、不需要土壤的特殊植物,是有效的监测环境变化的指示植物。文章以硬叶空凤为材料,以环境中最典型的污染物—铅对其进行胁迫处理后,发现硬叶空凤对铅具有很强的耐性,而且可对铅进行有效的富集,是一种合适的指示铅污染的植物。扫描电镜和能谱分析表明,不论何种铅浓度处理植物体,硬叶空凤叶表鳞片中都可检测到铅元素的存在,进一步表明叶表鳞片很可能是铅等重金属元素的主要富集结构。另外,硬叶空凤叶表鳞片的3类细胞在富集铅时所起的作用是不同的,最内部的碟状细胞中铅的含量要大于中间的环状细胞,更大于最外部的翼状细胞,暗示铅的迁移是一种代谢性主动吸收过程。     

纳米TiO2催化臭氧化对松花江水中氨氮的影响

研究了以负载于陶粒、硅胶、沸石表面的纳米TiO₂作为催化剂时,催化臭氧化松花江水过程中氨氮浓度的变化.结果表明,在单独臭氧化过程中,氨氮浓度先升高后下降,反应30 min后的氨氮浓度与初始浓度相近.在以TiO₂/陶粒、TiO₂/硅胶为催化剂的催化臭氧化过程中,氨氮浓度也是先升高后下降,但反应过程中氨氮的平均浓度要高于单独臭氧化过程.以TiO₂/沸石为催化剂时,催化臭氧化过程中氨氮浓度先下降,然后略有升高,继而又下降,30 min时对氨氮的去除率接近80%.单独臭氧化和催化臭氧化过程中,增大臭氧投量,氨氮浓度最大值出现的时间提前,并且反应过程中氨氮浓度平均值降低.增大催化剂TiO₂/陶粒、TiO₂/硅胶的投量,催化臭氧化过程中氨氮浓度平均值升高.增大TiO₂/沸石投量,有利于氨氮的去除,但投量增大到50g以上时,对氨氮的去除效果影响很小.温度从10℃升高到30℃,对TiO₂/陶粒、TiO₂/硅胶催化臭氧化过程中氨氮浓度的变化影响不大.而以TiO₂/沸石为催化剂时,温度升高有利于催化臭氧化过程中氨氮的去除.     

滤后水中NOM经臭氧氧化产生的小分子醛、酮和酮酸

以富集、分离得到的滤后水中6种不同特性的天然有机物(NOM)为对象,测定了臭氧氧化NOM各组分后小分子醛、酮及酮酸的生成情况.NOM各组分臭氧氧化后甲醛和丙酮酸产量最大,特别是憎水中性物质(HON)的甲醛产率是其醛、酮总产率的70.58%,单位DOC丙酮酸的产率达103.2 μg/mg;憎水性NOM组分的小分子醛、酮、酮酸产率比亲水性组分的高,特别是憎水中性物质(HON)和憎水酸(HOA)的小分子醛、酮及酮酸类总产率最高,二者之和分别占NOM各组分的醛酮总产率及酮酸总产率的55.56%和60%; NOM碱性组分的醛、酮、酮酸产量最低.用小分子醛、酮、酮酸总量折算DOC占氧化后NOM的DOC的百分比作为衡量氧化后各组分可生物降解性的参考,则臭氧氧化后HON和HOA的可生物降解性比其他组分高得多.     

臭氧/混凝预处理工艺降低膜污染的研究

采用臭氧和混凝工艺分别处理黄浦江原水后进行MF膜过滤试验,考察2种预处理工艺对有机物的作用,进而考察其对MF膜过滤特性的影响.结果表明,2种预处理工艺都存在一个使膜污染下降率达到最大的最佳投药量.2种预处理工艺中,混凝降低膜污染的效果要好于臭氧,这主要与2种预处理工艺所去除的有机物性质有关.黄浦江水中有机物相对分子质量主要集中在3×103～5×103范围内,膜化学清洗液的分析表明造成膜污染的有机物相对分子质量主要集中在4.5×103附近,臭氧对相对分子质量在3×103附近的有机物去除效果较好,而混凝主要去除5×103附近的较大相对分子质量的有机物,因而混凝对这部分污染膜物质的去除效果要好于臭氧,从而有效降低了膜污染.     

日本森林大气中过氧化物的浓度及其对森林植物的影响

为了研究森林衰退的原因,于2000,2001和2002年的8月,分别选择出现森林衰退的日本奥日光白根山落叶树森林和未出现森林衰退的长野县大芝高原红松森林设立监测点,对光化学氧化剂臭氧(O3)和过氧化物的浓度进行监测,同时利用人工气候室对森林植物山毛榉和白桦进行了50′10-9O3、100′10-9O3和50′10-9O3+2′10-9~3′10-9过氧化物(过氧化氢(H2O2)及甲基过氧化氢(MHP))的暴露实验.野外监测结果表明,监测期间奥日光和长野的O3平均浓度相同,奥日光的H2O2及MHP平均浓度均高于长野;大气中的H2O2和MHP总是与O3共存,并且其浓度随O3浓度的增加而增加.暴露实验结果表明,暴露于50′10-9O3+2′10-9~3′10-9过氧化物的山毛榉和白桦出现了不同于O3暴露的叶片伤害症状;与100′10-9O3相比,50′10-9O3+2′10-9~3′10-9过氧化物导致植物出现了严重的叶片伤害和显著的光合速率下降.研究结果表明,除O3外,大气中的过氧化物也是导致森林衰退的原因之一.     

A numerical study of summer ozone concentration over the Kanto area of Japan using the MM5/CMAQ model

We assessed the ability of the MM5/CMAQ model to predict ozone (O3) air quality over the Kanto area and to investigate the factors that a ect simulation of O3. We find that the coupled MM5/CMAQ model is a useful tool for the analysis of urban environmental problems. The simulation results were compared with observational data and were found to accurately replicate most of the important observed characteristics. The initial and boundary conditions were found to have a significant e ect on simulated O3 concentrations. The results show that on hot and dry days with high O3 concentration, the CMAQ model provides a poor simulation of O3 maxima when using initial and boundary conditions derived from the CMAQ default data. The simulation of peak O3 concentrations is improved with the JCAP initial and boundary conditions. On mild days, the default CMAQ initial and boundary conditions provide a more realistic simulation. Meteorological conditions also have a strong impact on the simulated distribution and accumulation of O3 concentrations in this area. Low O3 concentrations are simulated during mild weather conditions, and high concentrations are predicted during hot and dry weather. By investigating the e ects of di erent meteorological conditions on each model process, we find that advection and di usion di er the most between the two meteorological regimes. Thus, di erences in the winds that govern the transport of O3 and its precursors are likely the most important meteorological drivers of ozone concentration over the central Kanto area.