北京地面紫外辐射与空气污染的关系研究

基于北京城区太阳辐射和污染气体观测资料,运用TUV4.4辐射传输模型,研究了城市大气中太阳紫外辐射与空气污染的相互关系.结果表明,臭氧总量平均为329DU,并呈冬春季较高,夏秋季较低的季节变化规律,到达地面的紫外辐射呈现相反的变化趋势;受城区大气污染的影响,地面处的紫外辐射量大幅减少(最大50%),且在夏季波动较大;云和污染物对紫外辐射的影响要大于总辐射,紫外辐射衰减约为总辐射衰减的2倍;城市低层大气中O3和NOx浓度的增加是造成紫外辐射衰减的重要原因,午后O3浓度与紫外辐射衰减相关系数为0.70.     

50年来中国臭氧总量时空变化特征

利用来自世界臭氧与紫外辐射数据中心的中国区域6个地基观测站点数据,对多传感器再分析遥感数据进行验证,并基于验证后的遥感数据分析了1971~2020年中国区域臭氧总量不同尺度的时空变化特征.结果表明,50a来中国区域臭氧总量呈现轻微的下降趋势.年平均臭氧总量在1978年和1993年分别出现最大值(347.5±53.8) DU和最小值(291.9±29.5) DU,在1971~1978年、1978~1993年、1993~2020年,这3个时段年平均臭氧总量在整个中国区域分别是增长、减少、增长.月平均臭氧总量随季节变化呈现出正弦曲线形态,在3月和10月分别出现峰值(约338DU)和谷值(约285DU).中国区域臭氧总量在空间上呈现由东北向西南递减的纬向条带状分布.在40°N以北的东北部地区,该值可达360DU以上.中国区域50a月平均臭氧总量同样呈现纬向条带状分布.此外,时间变异系数和空间变异系数随季节的变化规律相似,夏季最小,接着依次是秋季和春季,冬季最大.即臭氧总量的变化和空间差异在夏季都最小.50a期间,不同时段、不同区域臭氧总量的变化趋势各不相同.在1971~1978年,臭氧总量的增长量和增长率都呈现由北向南递减的纬向条带状分布.在40°N以北的相对高值地区最大增加了56DU,约为16%;而在30°N以南的相对低值地区,最小增加了12DU,约为5%.在1978~1993年,减少量和减少率也呈现由北向南递减的纬度地带性.在40°N以北的相对高值地区最大减少了93DU,约为22%;而在30°N以南的相对低值地区,最小减少了11DU,约为4%.在1993~2020年,西北地区出现最大增长,增长量为18DU,约为6%;东南地区出现最小增长,增长量为4DU,约为1%.     

Multi wavelength measurements of atmospheric turbidity and determination of the fluctuations in total ozone over Antarctica

Sun photometer measurements have been made at λ = 310, 368 and 500 nm during a number of Indian expeditions to Antarctica. The measurements have also been made at λ = 368 and 500 nm over the ocean on a cruise to one of the expeditions. Both the optical depth (a_H) and the turbidity (T) due to atmospheric haze aerosols have been computed over the ocean and over Antarctica. In general, the values of the optical depth are higher at λ = 368 nm that at λ = 500 nm. The values of the optical depth (and turbidity) are also higher over the ocean than over Antarctica. Based on the measurements made at λ = 368 and 500 nm, the exponent α = 2 describes the wavelength dependence of the optical depth. This wavelength dependence of the optical depth has been used to obtain the optical depth at λ = 310 nm. The corresponding value of the selective absorption due to ozone (kx ≈ 1.1, total ozone x = 0.3 atm-cm) is much greater than the aerosol optical depth a_H (≈ 0.11). The optical depth due to Rayleigh scattering (a_R ≈ 1.03) being constant. The relative variability (rms/mean), due to fluctuations on time-scales of a few hours to daily variations, in the computed values of the optical depth a_H has been observed to be about 6% during January 1988. The relative variability in the measured intensity at λ = 310 nm, at a zenith angle of 60°, during this period is observed to be about 14%. The relative variability in the total ozone obtained from in situ measurements with the Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS) for the same period is about 3%. It is shown that the wavelength λ = 310 nm, which is towards the upper limits of the u.v.-B band that is highly absorbed, is perhaps best suited to monitor fluctuations in the total ozone (x). This technique is likely to be more effective during the local spring period of September–November over Antarctica, where the phenomenon of the ozone ‘hole’ occurs.     

利用遥感监测青藏高原上空臭氧总量30 a的变化

利用多源卫星遥感数据,分析了自1979年以来青藏高原上空臭氧总量的时空动态特征.结果表明,青藏高原上空的臭氧总量还在持续下降,而且下降速度高于全球和北半球平均水平,青藏高原、全球和北半球每年大约平均减少0.23%、0.19%、0.12%.但是自2000年后,下降的速度有所减缓,1979～1989、1990～1999和2000～2008年3个时期每年减少大约分别为0.51%、0.49%、0.31%.30a来青藏高原上空臭氧总量低于240DU的天数有34d.在2005年后,没有出现大面积的臭氧总量低值区(低于240DU);臭氧总量的季节变化呈正弦曲线变化,最大和最小值分别出现在3和10月,平均值分别大约为304.59和265.45DU.但是每年的极小值常出现在11月或12月.臭氧总量波动最大和最小分别出现在2月和9月,标准差为17.28和5.88DU;臭氧总量与海拔高度呈反相关,低值区出现在高海拔的上空,特别是在青藏高原区,与同纬度圈的平均值相比,青藏高原臭氧总量大约低了19DU,形成臭氧低谷.     

东亚地区大气整层臭氧浓度的时空变化

从TOMS臭氧全球网格资料截取主要包含中国大陆的东亚地区 (6 9 375°E— 1 39 375°E ;1 4 5°N— 5 4 5°N)的数据 ,分析大气整层臭氧浓度的变化特征 .结果表明 ,区域多年平均臭氧浓度约为 30 7DU(多卜森单位 :DobsonUnit) ;一年中 ,平均臭氧浓度有明显的季节变化 ,春季 (3月 )达最大值 ,秋季 (1 0月 )最小 ,变化幅度约 5 0DU .区域内臭氧浓度具有很强的空间 (纬向 )变化 ,低纬度地区臭氧浓度低 ,较高纬度地区臭氧浓度高 .各地臭氧浓度变化的概率分布基本为单峰型 ,低纬度地区分布较窄而高纬度地区宽 .从 1 978至 1 994年的十多年中 ,区域平均浓度呈明显的下降趋势 ,下降幅度约 1 0DU .对应于此 ,区域内各等级的臭氧浓度值以大致均匀的速率变化 ,低值的出现概率增加 ,而高值的出现概率减小 .     

Surface ozone and meteorological predictors on a subregional scale

Meteorological conditions affect the ozone concentration near the surface. To quantify the importance of meteorological parameters for the surface ozone concentration a nonlinear regression analysis between 313 meteorological candidate predictors and surface ozone concentration at five stations in the German Democratic Republic over the period 1972–1987 has been made. The stability and quality of the relationship between ozone and meteorological predictors has been tested by independent samples. Most important predictors for surface ozone are the ozone value of the preceding day (persistence) and solar radiation. They explain 33–46% and 6–21% of the climatological ozone variance, respectively. As all meteorological parameters can be forecasted, the regression method described might be the basis for a short-term prediction of surface ozone. An analysis of long-term changes of surface ozone and solar radiation shows that changes in cloudiness are probably not the main cause of the long-term changes in surface ozone. Therefore, the ozone changes should mainly be due to changes in circulation and/or concentration of ozone precursors (NO_x, VOC).     

山东省太阳总辐射的时空变化特征分析

基于山东境内17 个气象站1961—2012 年逐日日照时数资料,利用Angstrom 公式估算各站点太阳总辐射,并利用空间插值法、线性倾向估计和Pettitt 突变检验方法对全年和四季太阳总辐射的时空变化特征进行了分析。结果表明:1961—2012 年山东地区多年平均年太阳总辐射的变化范围为4 814.3~5 338.8 MJ/m²,地区间差异大,全年太阳总辐射的空间分布特征为北部多、南部少;全年和夏季太阳总辐射时间序列在全部17 个站点趋于减小趋势,且除威海外,均达到至少0.05 显著性水平;除春季和秋季各有3 个和1 个站点太阳总辐射呈增大趋势外,其余站点春季、秋季和冬季太阳总辐射均呈减小趋势;全年和各季节太阳辐射减小速率较大的站点主要分布在山东中部和西南部地区;近52 a 间,1997 年以前为平均年太阳总辐射值的偏大时期,而其后则为偏小时期。     

城市大气臭氧柱浓度时空变化研究——以天水为例

城市臭氧发生发展规律的研究将为城市环境管理提供理论依据。文章利用卫星OMITO3e数据产品,解译和分析了天水市2006~2014年臭氧柱浓度的时空动态信息。结果表明:(1)空间分布呈现东北、西北高,中部、南部低的倒"V"字形;(2)年变化呈单峰曲线,从2006年至2010年为上升期,每年的增长率为3.98%,2010年至2014年为下降期,年均下降率为2.52%;(3)四季变化明显分为两个阶段,前三年为冬季春季夏季秋季;后六年以夏、春季变化为主,冬、秋季为辅,夏季春季冬季秋季。夏、春两季在第二阶段明显升高与当地经济的快速发展有密切的关系;(4)9年间臭氧柱浓度平均值为301.177 DU,最大值为325.829 DU,最小值为279.093 DU,臭氧柱浓度指示的多年空气质量等级为良好。     

利用卫星资料估算福建晴空太阳辐射

利用卫星数据反演得到大气可降水量和气溶胶光学厚度等影响太阳辐射的参数,通过辐射传输模型进一步反演得到晴空地表太阳总辐射时曝辐量,并用2008-2009 年20 个地面站实测数据对反演结果进行验证。结果表明：遥感反演得到的晴空地表太阳总辐射时曝辐量与地面实测结果在空间上具有很好的一致性,两者相关系数为0.807,平均相对误差为9.6%,相对误差在10%以内的样本占总样本的74%。气溶胶对太阳辐射的影响最为显著,而水汽的影响相对较小,由气溶胶引起的太阳辐射削减量全年平均值为0.421 MJ/（m²·h）,而水汽引起的则为 0.204 MJ/（m²·h）,太阳辐射的空间分布与气溶胶的空间分布一致,气溶胶的高（低）值区对应太阳辐射的低（高）值区。     

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.     

Vertical distribution of volatile organic compounds conducted by tethered balloon in the Beijing-Tianjin-Hebei region of China

Volatile organic compounds(VOCs) as precursors of ozone and secondary organic aerosols can cause adverse effects on the environment and human health.However,knowledge of the VOC vertical profile in the lower troposphere of major Chinese cities is poorly understood.In this study,tethered balloon flights were conducted over the juncture of BeijingTianjin-Hebei in China during the winter of 2016.Thirty-six vertical air samples were collected on selected heavy and light pollution days at altitudes o...     

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。     

长江三角洲地区春季臭氧异常高值的数值模拟研究

已有的观测与研究表明,长江三角洲地区春季的臭氧浓度为全年最高,且高浓度臭氧出现的频率也最高.采用美国环境保护局(USEPA)的区域大气质量模式(CMAQ)研究长江三角洲地区2000年5月一次臭氧异常高值事件.与地面观测资料的对比分析表明,该模式基本再现了臭氧及其前体物的变化趋势.通过个例分析,从物理和化学两方面解释了2000年5月11日佘山、嘉兴和临安均观测到高浓度臭氧的原因.模拟结果表明,气象场对区域空气污染分布形式起着至关重要的作用,同时也反应了在适当的风场作用下,上海地区的污染源可以对长江三角洲地区的空气质量造成很大影响.      

中国近半个世纪地面太阳总辐射时空变化特征

论文利用近半个世纪(1961-2009年)全国58个气象站的地面太阳总辐射观测资料,采用线性倾向估计、小波分析和Mann-Kendall检验等方法,分析了近50 a来全国及区域地面太阳总辐射的年际、季节长期变化趋势特征、年代际距平、周期和突变点。结果表明:全国58个站点地面年太阳总辐射的长期变化趋势主要呈变化不明显和下降明显,分别占总站点数的50.0%和46.6%,且具有一定的气候地带性和局地差异。省级大城市的站点中,下降明显的站点约占该类站点数的三分之二,而其他城市以变化不明显的站点居多。从年代际距平看,在20世纪60年代和70年代,呈上升趋势的站点占总站点数的比例分别约为80%和50%;在80年代,以下降的站点居多,占80%以上;90年代至今,以下降趋势的站点居多,约占50%,但有30%左右的站点为上升明显。从季节的长期变化趋势看,除冬季以下降明显为主以外,春、夏、秋季均以变化不明显为主。从变化周期看,年际周期为6~9 a,年代际周期为10~13 a和20~23 a,但其周期在各气候带有异同。发生突变的时间也具有一定的地带性,各带突变时间有差异。     

沙尘天气对北京大气环境质量及太阳辐射的影响

利用空气污染指数(API)、地面气象数据和辐射观测数据,分析了2009年3月一次典型沙尘天气发生时的大气环境质量及太阳辐射变化,并分析了2008年10月—2009年6月不同污染情形下各太阳辐射要素之间的关系. 结果表明:API与辐射关系明显,沙尘天气导致总辐射、直接辐射和反射辐射减小.净辐射白天减小而夜间增大. 能见度和气压等气象要素对沙尘过程影响明显. 沙尘到来时,能见度降低,地面处于低气压控制下;沙尘过境后地面被高压控制. 随着污染的加重,总辐射与反射辐射相关关系显著,变化不大但略有偏差;直接辐射和总辐射、散射辐射、反射辐射的相关性先降低后增加;散射辐射与总辐射的比值持续增大,但增加的速度随着污染的加重趋于平缓,且离散度增大.      

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.     

Transport,formation and sink processes behind surface ozone variability in north european conditions

Measurements of ozone, nitrogen dioxide and meteorological parameters at the two Finnish EMEP background stations of Ähtäri (forested site) and Utö (an offshore island) show clear indications of the influence of the precursor source areas of Western and Eastern Europe on surface ozone behaviour at these higher latitudes. The mean ozone levels are relatively high, with maximum monthly values of 41 and 42 ppb, respectively. These values occur in April at both sites nearly irrespectively of wind direction, pointing to a global feature. Other spring, as well as summer and autumn, months have lower ozone values for wind direction sectors corresponding to clean air masses (north-westerlies and north-easterlies). Surface uptake is an important sink in the local ozone budget, especially during late spring, summer and early autumn. Chemical losses are more efficient in winter, when the ground is covered by snow.     

基于OMI数据的中国中东部城市近地面臭氧时空分布特征研究

利用OMI卫星反演数据分析了2005—2014年中国中东部地区对流层臭氧变化趋势.结果表明,近10年来对流层臭氧总柱浓度混合比例较稳定,但近地面浓度明显增加,特别是在冬季臭氧上升速度达40%.同时分析了京津冀、长三角、珠三角地区10个重点城市的臭氧数据,发现京津冀地区的臭氧涨幅超过其他两个地区,其中,长三角地区臭氧混合比例最高,而珠三角地区相对较稳定.利用臭氧激光雷达和地面臭氧监测数据对卫星反演结果进行比较显示了较好的一致性,证明使用卫星反演的数据来研究长时间范围内近地层的臭氧变化是一种可行的方法.     

亚洲地区OMI和SCIAMACHY臭氧柱总量观测结果比较

利用臭氧观测仪(OMI)和扫描成像大气吸收光谱仪(SCIAMACHY)传感器反演的臭氧总量数据,结合从世界臭氧与紫外线辐射数据中心(WODUC)获取的地面观测臭氧总量数据进行验证,对比2种不同卫星遥感反演的臭氧总量产品优缺点,并分析亚洲地区臭氧总量的时空特征.结果表明,OMI反演的结果比SCIAMACHY的结果更好,而且具有更高的时间和空间分辨率.臭氧总量存在明显的季节变化,在低纬度地区最大值出现在4或5月,最小值在11或12月,而在高纬度地区则分别出现在2月或3月和8月或9月.臭氧总量纬度地带性分布明显,并随着纬度增加而逐渐上升,在10°N~30°N之间,臭氧总量增长平缓,在30°N~50°N之间,臭氧总量快速增大.在青藏高原地区出现臭氧低值区,并在青藏高原东面的横断山脉向低纬度延伸,隔断了臭氧总量的纬度地带性分布.臭氧总量变化在不同纬度呈现不同的模式,距平值随纬度的增大波动随之增大.纬度最低的站点(216)臭氧总量距平值变化最小,最大只有30 DU;而纬度最高的站点(326)臭氧总量距平值变化可达180 DU以上.