上海大气降水中细菌气溶胶的多样性研究

采用分子生物学技术16S rRNA克隆文库方法,以上海市2012年不同月份的大气降水样品为模板构建细菌16S rRNA克隆文库,对连续5个月的大气降水样品中细菌群落结构组成及多样性进行了研究,并对其群落结构的生物多样性、物种丰度及覆盖率等进行了分析比较.结果表明,变形菌门(Proteobacteria)(α-,β-,γ-)是上海市降水样品中细菌的优势菌群(32.5%~94.1%),另外还包括拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)、异常球菌-栖热菌门(Deinococcus-Thermus)、蓝藻门(Cyanobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)共7个主要门类的细菌,以及未定菌(TM7).多样性指数分析结果显示,不同月份降水样品的细菌群落结构组成与多样性均存在着差异性,夏季6月样品的细菌群落生物多样性及物种丰度明显高于其它样品,其次是秋季8月的样品.     

冻融对内蒙古温带贝加尔针茅草甸草原N2O通量的影响

本研究以内蒙古呼伦贝尔草甸草原为研究对象,通过室内模拟实验与野外观测实验相结合,分析不同土层、放牧与封育、长期与短期冻融、不同冻融频率与冻融温差强度对草地土壤N2O产生与排放的影响.结果表明:冻融期间,从地表到下层15cm土壤N2O的产生速率随深度的增加而逐渐减少,N2O的产生主要来源于0~9cm的表层土壤;冻融期间温差相同的情况下,冻融次数越多,N2O的产生速率越小;N2O的产生速率随着温差的变小而减少;冻融期间封育样地的N2O排放量大于放牧样地,且封育样地的N2O排放量占全年排放总量的25.09%,大于放牧样地(12.38%),但从观测年排放总量看,放牧却促进了草地N2O源的功能;草地春融期间的N2O排放量是整个冻融期N2O排放量的最大贡献者.     

北京大气降水中细菌气溶胶的多样性研究

利用16S rRNA基因测序分类学技术,分别以北京市区2011及2012年不同月份的降水样品中细菌的基因组DNA为模板,通过克隆、测序构建基因组文库,研究了北京市大气降水中细菌的群落结构组成及多样性变化.系统发育分析结果表明,变形菌门(Proteobacteria)(α-,β-,γ-)是北京市降水样品中细菌的优势菌群(75.6%~100%),另外包括拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)、异常球菌门(Deinococcus-Thermus)、蓝藻门(Cyanobacteria)、硝化螺菌门(Nitrospira)、厚壁菌门(Firmicutes)共7个主要门类的细菌,以及未定菌(TM7).多样性指数分析结果显示,不同的降水样品,细菌群落结构组成及多样性均存在着差异性,冬季12月份雪水样品细菌群落结构多样性明显高于其他季节的样品,细菌群落多样性(Shannon,H)特点是,冬季秋季夏季.     

北京大气降水中细菌气溶胶的多样性研究

利用16S rRNA基因测序分类学技术,分别以北京市区2011及2012年不同月份的降水样品中细菌的基因组DNA为模板,通过克隆、测序构建基因组文库,研究了北京市大气降水中细菌的群落结构组成及多样性变化.系统发育分析结果表明,变形菌门(Proteobacteria) (α-,β-,γ-)是北京市降水样品中细菌的优势菌群(75.6%~100%),另外包括拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)、异常球菌门(Deinococcus-Thermus)、蓝藻门(Cyanobacteria)、硝化螺菌门(Nitrospira)、厚壁菌门(Firmicutes)共7个主要门类的细菌,以及未定菌(TM7).多样性指数分析结果显示,不同的降水样品,细菌群落结构组成及多样性均存在着差异性,冬季12月份雪水样品细菌群落结构多样性明显高于其他季节的样品,细菌群落多样性(Shannon, H)特点是,冬季>秋季>夏季.     

两类典型沙尘过程对比及清除机制分析

沙尘天气会危害人体健康并直接影响城市运行,当沙尘天气发生后,针对其清除过程及动力学机制鲜有研究.本文利用北京地区地面观测资料、风廓线雷达数据、四维变分多普勒雷达分析系统（Variational Doppler Radar Analysis System,VDRAS）数据、气溶胶激光雷达监测资料等,对比分析了2018年3月27—28日明显浮尘和2021年3月15日强沙尘暴天气的沙尘清除过程,研究了不同大气环流背景下的沙尘减弱消散动力机制.结果表明,在3月27—28日偏东风天气背景下：①北京地区沙尘浓度垂直分布及变化与高空槽及偏东风的强度垂直分布有紧密关系;②浮尘天气中,偏东风在1~1.5 km之上随高度减弱形成上升气流,与短波槽耦合,将高浓度气溶胶向高空输送;而1 km以下偏东风向 地面风速减小,有利于下沉运动,不利于气溶胶向高层扩散,造成中层浓度降低;③随着2.5 km以下偏东风加强至低空急流,并随高度增加, 上升运动显著增大,高浓度气溶胶被抬至高层并向下游输送,配合气团更迭,完成浮尘清除.而在3月15日强沙尘暴过程中：④沙尘浓度垂直分布变化与上游传输及低层强下沉运动有关,1 km以下沙尘浓度首先下降,主要由低层大气辐散下沉及沉降作用导致,而高空西北气流的 传输作用使得1~2.5 km高浓度沙尘粒子维持时间较长,垂直出现分层结构;⑤冷锋后西北气流天气形势下,沙尘的清除机制在于整层强烈的下沉运动与自然沉降的叠加效应,配合清洁气团更迭,完成清除过程.     

基于相似集合预报技术的臭氧预报释用研究

利用相似集合预报技术（AnEn）,采用2a的睿图-化学子系统（RMAPS-CHEM）历史预报结果和观测资料,对2018年6月1日~9月30日模式在京津冀地区13个城市共70个国控站点逐小时预报的O₃浓度进行了释用订正研究,结果表明：随着集合成员数的增加,AnEn方法的预报效果呈现出先上升后下降的趋势,并且越过临界集合成员数后,预报效果逐渐降低,因此确定14为最优集合成员数.不同预报因子的权重敏感性不同,其中以RMAPS-CHEM本身预报的O₃权重最高,其它依次为2m温度、2m相对湿度、10m风速和边界层高度.经过AnEn方法的释用订正,有效降低了O₃浓度的预报误差.AnEn方法对O₃浓度的时空变化趋势以及浓度值大小都有很好的订正效果,从所有站点的检验结果来看,AnEn方法订正后的O₃浓度与观测值之间的相关系数较模式结果提升68.6%,均方根误差降低25%.AnEn方法对O₃预报释用订正的效果存在明显的区域特征和日变化特征,白天时段对预报的提升主要集中在京津冀东部地区和大城市地区,夜间主要是在城市地区更加显著;AnEn方法夜间的订正效果优于白天,部分站点夜间提升效果（相关系数）超过250%.AnEn方法订正后的O₃概率密度函数整体更接近实况,特别是在O₃的低值区（35μg/m³以下）和高值区（200μg/m³以上）订正效果更佳.针对典型O₃污染过程中北京、天津、石家庄3个城市的对比检验表明,AnEn方法在0~48h的预报时效内表现优于48~96h.不同城市体现出一定的区域差异,天津最优,北京和石家庄次之.AnEn方法对RMAPS-CHEM预报的O₃浓度订正效果整体改善明显,可以在区域光化学污染数值预报工作中进行更加广泛的应用.     

基于垂直加密观测的北京地区霾和沙尘复合污染形成条件分析

为了弄清蒙古气旋外围出现的霾和沙尘复合污染特征及其形成的关键气象条件,本研究利用多种遥感设备（增强型云高仪、风廓线雷达和微波辐射计等）垂直加密观测数据,结合大气主要污染物（PM₁₀、PM_2.5、SO₂、NO₂）监测数据、加密自动气象站观测数据,以及常规地面和高空气象观测数据、NCEP再分析数据等,分析发生在北京春季的2次霾和沙尘重污染过程.结果表明,2017年5月4—5日为一次PM₁₀和PM_2.5混合污染过程,与上游地区强烈发展的蒙古气旋后部风沙区的输送有关.上游地区因受中-低空西来槽影响上升气流加强,使沙尘细颗粒物（粒径≤10 μm）悬浮于空中,由中-低空偏西风输送至下游地区,被北京及附近的弱下沉气流带至地面造成严重的PM₁₀、PM_2.5混合污染.其中,地面偏西风对上游地区的PM₁₀、PM_2.5的水平输送作用明显;2018年3月27—28日凌晨是受蒙古气旋底部低压区辐合作用和偏南气流输送作用形成的积累型霾（PM_2.5）污染.28日凌晨2：00开始蒙古气旋后部沙尘区随东-西向冷高压南压而向南扩散.随后冷高压不断东移形成回流偏东风,偏东风使北京及西北部地区的低层大气产生辐合上升运动,导致本地尘土扬起,造成PM_2.5重污染和PM₁₀极严重污染;浮尘天气引发的大气污染具有突发性特征,且持续时间较长.边界层高度低、低层大气存在逆温层（或等温层）并长时间维持是霾和沙尘复合污染形成和持续的重要条件.霾和沙尘复合重污染的形成是人为污染物、沙尘细颗粒物水平和垂直输送,以及大气层结稳定共同作用的结果.     

中国草地N2O通量日变化观测对比研究

研究分析了我国20世纪90年代以来科学工作者利用静态箱-气相色谱法对内蒙古呼伦贝尔草原和锡林郭勒草原、青藏高寒草原等不同草原类型所开展的日变化通量观测数据并进行了对比分析研究.结果表明:我国草地N2O通量的日变化规律明显,日变化形式呈多峰型,我国草地均表现为N2O排放源,日均通量的对比顺序是:贝加尔针茅草甸草原>羊草草甸草原>羊草典型草原>高寒草甸[(42.82±15.96)>(29.17±13.03)>(4.91±2.12)>(0.89±0.67)μg/(m2?h)];10:00~14:00和夜间0:00左右所观测的N2O通量均可代表当日平均通量;夜间N2O的排放对整个日通量有重要贡献,其排放量占到全日排放总量的46%以上,草地夜间N2O的排放通量应该受到重视.另外,本文讨论了水分和温度作为主要环境因子对N2O通量日变化的影响,以及不同植被类型和人类活动(放牧和刈割)对N2O通量的日变化的影响.