光合有效辐射在大气中的衰减

2004年9月～2006年10月,在华北地区的4个站点开展了太阳辐射、气象参数等的综合观测,得到了光合有效辐射PAR、总辐射Q等的变化特征.水汽和散射因子对于PAR/Q和PAR有明显的影响.基于能量观点,建立了实际天气PAR小时累计值(时累)的经验模式,获得了较好的计算结果.水汽因子对于PAR在大气中的传输有一定的作用,应给予重视.计算表明,华北地区受水汽因子衰减到达地面的PAR以及占地面PAR的比例分别为7.99W.m-2和4.24%,受散射因子衰减到达地面的PAR以及占地面PAR的比例分别为172.36W.m-2和95.76%.华北地区受水汽因子和散射因子影响损失于大气中PAR分别为15.33、309.30W.m-2,这一能量损失表现出明显的季节变化和区域差别.敏感性实验表明,地表PAR对于水汽因子、散射因子的变化有不同的响应,PAR对散射因子的变化比对水汽因子的变化更敏感.水汽因子与PAR之间的关系与水密切相关,水汽因子项的真正含义应该是大气中的各种物质成分(气、液、固态)对于PAR的直接吸收和间接利用(通过化学和光化学反应,包括均相和非均相过程)的总和.利用PAR经验模式计算了大气顶的PAR,计算误差为-3.5%.在目前及未来研究中,应该重视和考虑消耗于大气中的且与水汽有关的这部分能量.基于能量观点分析实测资料并研究大气中的物理化学过程及其规律是一种行之有效的方法.     

华北地区紫外与可见光辐射在大气中的传输

根据对华北地区2年观测资料的分析以及实际天气条件下紫外辐射(UV)和可见光辐射(VIS)的经验模式,研究了UV、VIS在大气中的传输,得到了大气中物质成分与不同波段太阳辐射相互作用的不同特征和规律.结果表明,对于UV传输,水汽因子的重要性远大于散射因子;对于VIS传输,散射因子的重要性大于水汽因子.受水汽和散射因子衰减的影响,到达地面的UV、VIS表现出一定的地域特色,华北地区到达地面的UV、VIS均以散射因子的贡献为主,在紫外、可见光波段,散射因子的贡献分别为62.55%、95.76%.经水汽因子衰减到达地面的UV大于VIS,经散射因子衰减到达地面的VIS远远大于UV.整体上,华北地区SD/SQ(散射辐射/总辐射)年均值由南到北逐渐降低,地面UV、VIS由南到北逐渐增加.仅受水汽因子影响,华北地区损失于大气中的UV、VIS能量分别为19.30、16.54W.m-2;仅受散射因子影响,华北地区损失于大气中的UV、VIS能量分别为35.31、311.07W.m-2.华北地区UV和VIS的能量损失季节变化明显,并表现出由南到北减小的趋势.UV、VIS在大气中传输时,一部分能量被大气中的物质成分在化学和光化学反应中吸收和利用,这一能量影响到大气中的各种基本过程,在未来研究中应予以高度重视.利用能量方法并结合对测量数据的分析来研究大气中物质与辐射能量的相互作用,特别是能量在大气中的利用、分配、时空变化等是一种有效、客观的方法.UV对水汽的敏感性远大于VIS对水汽的敏感性,UV和VIS对SD/SQ的敏感性大于对水汽的敏感性.     

参与光化学反应的物质对UV能量吸收的估算

在对北京紫外辐射(UV)观测资料分析的基础上,提出参与光化学反应的物质对UV能量具有吸收作用.计算了1990年12个月实际天气比晴天UV能量的减少值在64～109 W/m2之间,这一减少受臭氧、"水汽"、气溶胶等因子的衰减分别为39.1～66.3,21.5～36.5,3.2～5.5 W/m2(12月除外),12个月的平均值分别为48.3,26.6,4.0 W/m2.计算结果表明,云天大气对UV能量有衰减,其衰减能量中有26.6 W/m2是"水汽的作用",即参与大气光化学反应的物质对UV能量吸收所造成的,此计算值同国外观测与模式的研究结果比较接近.由于现有模式中还没有考虑这一部分能量,所以造成模式结果与观测结果间较大的差异.      

北京晴天紫外辐射的传输、损失及其长期变化

基于北京1990年晴天太阳辐射和气象观测资料的分析,考虑了影响紫外辐射(UV)的主要因子——臭氧、光化学、散射等对UV能量的吸收、利用和散射作用,发展了晴天UV的经验模式.研究表明,1990和1991年UV计算值与UV测量值吻合较好,二者相对偏差的平均值分别为3.68％、3.83％.利用此经验模式计算了大气上界的UV,计算结果较为合理.采用经验模式及考虑太阳活动、轨道参数、大气成分等因素的订正,计算了北京1979-1998年晴天的UV,其表现为下降趋势,年均下降率为0.20％.1979-1998年晴天,受臭氧、光化学和散射等因子影响,损失于大气中的各个UV能量都表现出增长趋势,年增长率分别为6.93％、7.56％、7.13％;损失于大气的UV能量以吸收和利用作用为主,并表现为冬季最大的特征.     

环境气象学

X162(X)3(X为70参与光化学反应的物质对U’V能量吸收的估算/白建辉…(中科院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室)//环境科学研究/中国环科院一2(X刀,15(4)一24一26 环图X一6 在对北京紫外辐射(UV)观测资料分析的基础上,提出参与光化学反应的物质对UV能量具有吸收作用。计算了1夕训)年12个月实际天气比晴天UV能量的减少值在64一1伪W/mZ之间,这一减少受臭氧、“水汽”、气溶胶等因子的衰减分别为39 .1一66 .3,21 .5一36.5,3.2一5.5W/m2(12月除外),12个月的平均值分别为48.3,26.6,4.OW/砂。计算结果表明,云天大气对…     

气溶胶污染对地面太阳紫外辐射的影响

一、前言太阳光通过大气层时经过了各种影响因素的衰减后到达地面,其中臭氧分子吸收,气溶胶粒子吸收和散射的影响作用最为主要.当臭氧浓度或气溶胶粒子浓度改变时,到达地面的太阳紫外辐射量将改变.据观测,近二十年来,全球范围内臭氧总量已普遍减少了1％—3％.臭氧浓度的降低增加了地面紫外线B辐射(UV-B,280—320nm),从而将给地球生物带来一定的危害作用.尽管臭氧浓度减少对地面UV-B辐射增加的作用很大,但是大气中颗粒物含量的增     

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.     

北京地区城市化对太阳辐射的影响-趋势分析

本文根据太阳辐射在大气中的传输削弱原理,采用逐项扣除方法计算分析了北京地区冬季大气污染对太阳直接辐射通量的削弱(S_a)及其逐年变化,同时计算分析了Linke浑浊因子(T)、湿浑浊因子(W)和污染浑浊因子(R)等大气透明度特征量及其逐年变化.计算结果表明,在冬季晴天条件下,S_a平均占太阳常数的21％,而理想大气削弱和水汽吸收削弱只分别占17％和7％.S_a具有明显的逐年增加的总趋势,平均从60年代初的0.30cal/cm~2·min增加到80年代初的0.51cal/cm~2·min,S_a的净增量占太阳常数的11％.在同样条件下算出的T的多年平均值为3.20,水汽、理想大气和污染物对T的贡献分别为0.54、1和1.66,近似比例为1:2:3,污染物对T的贡献占50％.T和R也都具有明显的逐年增加的总趋势,分别从60年代初的2.7和1.1增加到80年代初的3.7和2.1.分析表明.造成以上变化趋势的主要原因是城市化引起的大气污染的加重,现有的污染控制措施还未能有效地改变这种趋势.     

中国北方近50年潜在蒸发的变化

利用彭曼-蒙梯斯公式和常规气象资料计算中国北方地区潜在蒸发(也称蒸发力)变化,分析实测蒸发皿蒸发的变化,结果表明:自20世纪50年代以来,潜在蒸发和蒸发皿蒸发呈波动下降趋势。日照百分率、风速下降和湿度增加影响了潜在蒸散和蒸发皿蒸发量的变化。从能量观点来说,太阳总辐射的下降是潜在蒸发和蒸发皿蒸发减小的主要原因之一,大气湿度增加和人类对于能源消耗的增加导致到达地面的太阳总辐射下降。因太阳总辐射的下降引起潜在蒸发的减小量约占总潜在蒸发减小量的78%左右。     

区域污染对本底地区气溶胶光学特性及辐射强迫影响的地基和卫星遥感观测研究

基于华北区域大气本底站(北京上甸子站)地面观测和卫星遥感监测数据,分析了2011年10月1~15日在天气系统和人为污染物排放的影响下3次华北平原地区污染输送事件对本底地区气溶胶质量浓度及其光学特性的显著影响.结果表明,受人为污染事件输送影响,上甸子站10月4~5日、7~9日及11~12日气溶胶浓度和反应性气体浓度显著增加,和10月1~3日背景条件相比,反应性气体NOx、CO体积浓度增加3~6倍,SO2体积浓度增加了10~20倍;PM2.5质量浓度10月9日达到200μg·m-3;污染期间500 nm日平均气溶胶光学厚度达到0.60~1.00,气溶胶单次散射反照率低于0.88,黑碳浓度增加4~8倍,表明此次污染事件气溶胶吸收很强,因气溶胶吸收作用导致大气吸收太阳辐射增加100~400 W·m-2,气溶胶吸收和散射导致地表入射太阳辐射下降100~300 W·m-2,地表入射太阳辐射减弱且大气加热增强将导致大气稳定度增加,这可能将显著影响云和降水过程,对区域天气和气候产生重要影响.     

Technical feasibility study of an onshore ballast water treatment system

To fulfill the requirements of Guidelines for approval of ballast water management system (G8), a set of onshore ballast water treatment equipment utilizing micro-pore ceramic filtration (MPCF) and UV radiation (MPCF&UV) system was designed and set up with a maximum flow rate of 80 m³·h⁻¹. Technical feasibilities of MPCF&UV system were evaluated in three areas: removal efficiencies of indicator organism and oceanic bacteria, perdurability of a ceramic filter, and application on native seawater. The results showed that no indicator organism (Dunaliella) or oceanic bacteria was detected after treatment of 20 L MPCF and UV radiation at 1.3×10⁴ μW·s·cm⁻². A 20 L ceramic filter can run continuously for 5.3 h at the flow rate of 15 m³·h⁻¹ before its pressure drop up to 0.195 MPa. The removal percentage of total plankton amounts were 91.9% at a flow rate of 70 m³·h⁻¹ by 80 L MPCF and UV radiation at 1.3×10⁴ μW·s·cm⁻².     

西藏日太阳总辐射估算模型的优化与时间尺度效应

根据2012～2014年拉萨站点的日太阳辐射观测数据,对3种日太阳总辐射估算模型(左大康、Prescoff和王炳忠等提出的估算模型)的估算结果和实际观测结果进行误差检验分析,结果表明:3种模型都通过了显著性检验,其平均绝对误差(MAE)分别为6.17 MJ/(m~2·d)、6.42 MJ/(m~2·d)和12.31 MJ/(m~2·d),均方根误差(RMSE)分别为1.60 MJ/(m~2·d)、1.65 MJ/(m~2·d)和2.78 MJ/(m~2·d),表明利用地理位置信息和日照时数的左大康估算模型对拉萨日太阳总辐射的估算效果优于Prescoff和王炳忠估算模型。利用左大康估算模型分别估算得到2015年拉萨、那曲和葛尔地区的日太阳总辐射值,并进行模型验证。通过分析拉萨1971～2015年的太阳总辐射变化和周期性特征,研究日太阳总辐射估算模型的时间尺度效应。按照11年和四季两种不同的时间尺度,利用线性回归法对日太阳总辐射估算结果和实际观测结果进行误差和相关性分析,得到经验参数a和b的值与时间尺度有一定关系。11年和四季两种时间尺度除夏季以外,其他时间拟合模型的精度均得到了提高。通过线性回归法得出45年的西藏日太阳总辐射优化估算模型,该模型估算日太阳总辐射的误差小于左大康模型,估算精度较高。     

紫外光降解对生物过滤塔去除氯苯性能的影响机制研究

紫外-生物过滤联合工艺中的紫外单元促进了后续生物过滤单元的氯苯去除性能.为了进一步揭示紫外光降解对生物过滤塔运行性能的影响机制,本研究系统分析了紫外光降解对生物过滤塔填料层pH、生物膜特性和填料层结构特性等方面的影响.结果表明,氯苯紫外光降解产物导致了生物过滤单元填料层pH的下降(从pH 6～8降至pH 4～7);另外,紫外单元产生的臭氧降低了生物过滤单元生物膜厚度和生物膜的EPS含量,改善了生物膜的特性,提高了氯苯和营养物质在生物膜内的传质效率.同时,臭氧可以有效控制生物量过量积累,增加了填料层的比表面积(从784 m2.m-3增加至880 m2.m-3),优化了填料层的结构特性,提高了污染物的反应速率.上述各方面的综合作用最终促进了生物过滤单元的氯苯去除性能.     

降解喹啉的微生物燃料电池的产电特性研究

通过构建双极室微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC),对喹啉的降解及MFC的产电性能进行了研究.试验结果表明,当喹啉初始浓度为500 mg·L-1,葡萄糖与喹啉浓度之比为1:1,3:5,1:5时,MFC的最大输出电压分别为558 mV、469 mV、328 mV,运行周期分别为56.4 h、70h、82.5 h;最大功率密度分别为173 mW·m-2、122 mW·m-2、60 mW·m-2(按阳极截面积计算)或者35 W·m-3、24 W·m-3、12 W·m-3(按阳极室有效容积计算).MFC可实现对喹啉的高效降解,但葡萄糖的浓度对喹啉的降解速率有较大影响.当葡萄糖浓度分别为500 mg.L-1、300mg·L-1和100 mg·L-1时,使500 mg·L-1喹啉完全降解的时间分别为6 h、24 h和72 h.MFC闭路条件下对喹啉的降解速率高于开路厌氧条件下的喹啉降解速率约10%.MFC对喹啉的降解与产电速率之间存在差距,喹啉被快速降解至较低浓度(<5rag·L-1)后,MFC的产电性能才达到最优.MFC以用喹啉和葡萄糖作为混合燃料时,可以在实现高效降解喹啉的同时可稳定地向外输出电能,这为杂环芳烃类难降解有机物的高效低耗处理提供了新的途径.     

微塑料对膜蒸馏处理含锑高盐废水性能影响研究

研究了微塑料在膜蒸馏过程中不同温度、pH、微塑料浓度和微塑料粒径条件下对含锑高盐废水的处理性能及机理.结果表明,随着进料液温度的升高,饱和蒸汽压的增加提高了传质动力,不含微塑料时膜通量由17.4 L·m^-2·h^-1提高至20.7 L·m^-2·h^-1,通量提升了18.9%,含有微塑料时膜通量由15.6 L·m^-2·h^-1提高至18.5 L·m^-2·h^-1,提升了18.6%;pH由3增大至11时,由于重金属锑在不同pH条件下的价态变化及静电排斥作用,重金属锑截留率由98.2%提升至99.6%;微塑料浓度的增加会降低膜通量,提高锑截留效果,这可能是微塑料对溶液中重金属锑的吸附作用及微塑料在膜表面的积聚产生的筛分效应引起的.     

密云水库上游流域土壤有机碳和全氮密度影响因素研究

为揭示影响密云水库上游流域土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)和全氮(total nitrogen,TN)密度的主要因子,采用野外采样、实验室分析和数理统计分析相结合的方法,研究了气候(温度和降水)、地形(海拔和坡度)、土壤理化性质(土壤容重、含水量、pH值和黏粒含量)以及土地利用方式等因素对SOC和TN密度的影响.结果表明,密云水库上游流域森林、草地、农田这3种土地利用类型表层(0～20 cm)SOC密度分别为4.77、6.79和2.90 kg.m-2,TN密度分别为0.41、0.69和0.30kg.m-2,3种土地利用类型之间SOC和TN密度差异显著(P<0.05);土壤含水量、土地利用方式、坡度、土壤pH值和黏粒含量是影响SOC密度的主要因子,土地利用方式、土壤黏粒含量和含水量则是影响TN密度的主要因子;气候、地形、土壤理化性质等区域环境因子共同解释了SOC和TN密度变异性的63.6%和53.4%,而环境因子和土地利用方式对SOC和TN密度变异性的综合解释程度分别为67.6%和57.8%.土地利用对SOC和TN密度变异性的贡献相对于环境因子而言较小,因此,建立高空间分辨率的区域环境因子数据库将是精确估算区域土壤碳氮贮量的关键环节.     

三峡库区高水位运行期典型干支流水体CO2分压及其水面通量特征

本文以三峡库区典型干支流作为研究对象,重点研究高水位运行期库湾水体及库区干流CO2分压(p CO2)的分布规律,计算CO2的扩散通量和释放总量。本研究于2013年9月至11月利用走航式观测系统对库区奉节段干支流表层水体及定点剖面水体中p CO2和相关水质参数进行了逐月观测。研究结果表明,干支流表层水体p CO2的分布和扩散通量差异显著。干流CO2扩散通量(F-CO2)9月至11月变化不大,为28.19±0.80mmol/(m2·d);支流在观测期内,扩散通量由负变正,其中朱衣河F-CO2从-6.86增至32.05mmol/(m2·d);梅溪河从-6.94增至37.85mmol/(m2·d),草堂河从-6.97增至31.05mmol/(m2·d)。由10至11月的数据推广到全年的高水位运行阶段(10月至次年1月),全库区CO2排放量可达166 450t,其中支流占30.17%。