气体稳定同位素比质谱法分析本底大气CO2的δ13C和δ18O

将商用MAT253稳定同位素比质谱仪、Airtrap高效预浓缩气体捕集阱与自加工16口自动进样器集成,建立了高精度气体稳定同位素比质谱分析系统,用于程序化自动分析本底大气CO2的δ13C和δ18O.气样分析时用工作标气定量并穿插目标气测定,还定期用实验室上一级标气对工作标气和参比气进行标校,以保证分析结果的可靠和可比.结果表明,利用不同稳定同位素比范围的标气重复进样测试,发现该系统对δ13C和δ18O的分析精度分别优于0.03‰和0.06‰,能基本满足本底大气CO2的碳氧稳定同位素比分析需求和WMO/GAW质量目标.     

干旱沙区人工固沙植被演变过程中土壤有机碳氮储量及其分布特征

通过测定干旱沙区不同年代人工植被固沙区土壤剖面1 m深度容重和有机碳、全氮含量,估算了人工固沙植被演变过程中土壤有机碳和全氮储量特征及其垂直分布格局.研究表明,干旱沙区人工固沙植被演变过程中,0～100 cm深土壤有机碳和全氮储量均呈增加趋势;有机碳氮储量表现出了固沙初期的显著增加期(<16 a),随后的缓慢增加积累期(16～25 a),及后期的显著增加期(>25 a),该变化趋势主要体现在0～20 cm的表层.土壤有机碳氮储量增加程度随深度增加有降低趋势,并且表层土壤(0～20 cm)有机碳和全氮储量远大于深层土壤(20～100 cm);固沙初期土壤有机碳和全氮储量的增加体现在0～100 cm各个深度,而随后积累期主要体现在0～20 cm深度,固沙后期的增加也主要在0～20 cm深度,20 cm以下增加不明显;0～100 cm深土壤有机碳氮储量表聚性随固沙植被演变越来越明显.明确了降水<200 mm的沙区人工固沙过程中植被和土壤特征的改变对土壤有机碳氮储量及分布特征的影响,为更好地理解干旱人工植被区的碳循环特征和预测该生态系统与气候变化间的反馈关系奠定了基础.     

郑州市夏季大气VOCs污染特征及来源解析

采用GC5000在线气相色谱仪,于2019年和2020年夏季6~8月分别对郑州市城区中大气环境挥发性有机化合物（VOCs）进行监测,探究了VOCs的污染特征,并重点利用比值分析,PMF受体模型和条件概率函数（CPF）模型对比研究了其来源贡献.结果表明,2019年和2020年夏季ρ（VOCs）平均值分别为65.7 μg·m^-3和71.0μg·m^-3.2019年烷烃占比逐月变化幅度不大,占比在55%左右,芳香烃整体呈上升趋势,烯烃呈下降趋势;前10物种占总VOCs的65.5%,主要物种依次为异戊烷、乙烷、丙烷、甲苯、正丁烷和间/对-二甲苯等.2020年烷烃和烯烃占比呈逐月升高趋势,芳香烃呈逐月降低趋势;前10物种占总VOCs的71.1%,主要物种依次为乙烷、乙烯、丙烷、异戊烷、正丁烷、甲苯和间/对-二甲苯等.2019年夏季OFP平均值为224.9 μg·m^-3,其中芳香烃对OFP贡献率逐月升高,烯烃逐月降低;对OFP贡献的物种主要为间/对-二甲苯、异戊二烯、反式-2-丁烯、甲苯和乙烯等.2020年夏季OFP平均值为243.6 μg·m^-3,其中芳香烃对OFP贡献逐月降低,烯烃逐月升高;对OFP贡献的物种主要为乙烯、间/对-二甲苯、异戊二烯、甲苯和间-乙基甲苯等.PMF和CPF模型解析表明,2019年对VOCs贡献较大的是溶剂使用源和油气挥发源,贡献率分别为36.7%和25.1%,其对OFP贡献也较大,分别为39.9%和23.3%,需重点关注西南部区域.2020年对VOCs贡献较大的仍为溶剂使用源和油气挥发源,贡献率分别为24.9%和22.5%;对OFP贡献较大的为溶剂使用源和机动车尾气排放源,贡献率分别为33.6%和22.9%,需重点关注北部和南部区域.因此,今后应重点关注溶剂使用、机动车尾气排放和油气挥发源的排放,尤其监测点位的西南部、北部和东南部区域污染源.     

大气氢氟碳化物采样分析和质量控制方法研究

用自组装采样系统冲洗双口不锈钢采样罐,并采集大气样品至1.36×105 Pa,在实验室利用自组装气相色谱-质谱联用(GC-MS)系统分析样品,对6种主要氢氟碳化物(HFCs)分析精度为0.24%~1.02%.空白实验表明,采样-分析过程未引入污染.通过压力-体积曲线对进样压力变化的影响进行了校正.回收率实验及存储实验表明,6种HFCs回收率范围为99.5%~100.4%,存储112d内HFCs浓度没有显著变化.在北京上甸子区域大气本底站采集80m梯度塔顶大气样品并分析,2个串联采样罐HFCs浓度差值范围为0.04×10-12~0.16×10-12.采样分析与同期该站GC-MS在线观测系统获得的HFCs浓度差值范围为-0.17×10-12~-0.86×10-12.本研究建立的采样-分析-质量控制方法和流程适用于大气中HFCs高精度观测.     

本底站和城区站CO浓度变化特征和源贡献

采用FLEXPART大气扩散模式结合清单的模拟方法,通过与2010年上甸子大气本底站和城区海淀宝联站的CO观测浓度的比较,研究了北京地区CO浓度变化特征,并统计分析了各类排放源的贡献差异.研究结果表明：上甸子站和宝联站CO模拟浓度与观测浓度的变化趋势基本一致,相关系数分别优于0.74和0.45;与观测值相比,两站模拟浓度值偏低,模式对观测浓度峰值模拟能力有限.利用不同源清单模拟获得的同一站点CO浓度值相近,但交通、工业、民用等分类排放源对CO模拟浓度的贡献差异明显.与INTEX-B2006清单相比,利用MEIC2010排放清单模拟的宝联站交通与工业排放贡献的占比小、民用排放占比大;而上甸子站交通排放贡献的占比小,民用与工业排放的贡献占比大.因此,利用FLEXPART模式结合清单的模拟方法对CO浓度具有较好的模拟能力,可以较为准确地反映区域大气本底站和城区站CO浓度的变化特征;各类排放源对模拟浓度的贡献不仅受到测站所在地的局地排放源影响,更与影响测站的印痕区域的排放源密切相关.     

大气环境容量系数A值频率曲线拟合及其应用

在用A值法确定大气环境容量的方法研究中,给出了大气环境容量系数的理论定义、特性及其累积频率曲线的PIII型拟合,同时证明该系数亦可定义为空气自洁指数.以北京为例探讨了各重现期的大气环境容量系数在不同控制区面积、时段所对应的容量及其相应空气质量的关联.按1951~2014的气象数据计算的北京百年一遇的年均A值为4.47,而百日一遇的日均A值仅为0.23.研究结果表明大气环境容量系数的频率分析或可成为大气环境管理中的一个重要工具.     

香格里拉本底站大气CO2浓度及变化特征初步研究

利用基于光腔衰荡光谱(Cavity Ring Down Spectroscopy,CRDS)技术自组装的大气CO2在线观测系统,于2010年9月—2011年8月在云南香格里拉大气本底站对大气CO2进行了初步观测.该站春、夏、秋、冬季CO2平均本底浓度分别为394.78×10-6(物质的量之比,下同)、386.82×10-6、386.46×10-6和390.74×10-6.全年浓度在4—5月最高,7月份最低,全年月均值振幅约12.22×10-6.四季浓度日平均高值出现在上午7∶00左右,最低值出现在14∶00—17∶00.日变化振幅在冬季最小,夏季最大,分别为1.51×10-6和21.82×10-6.四季西南来向的地面风对CO2浓度均有明显的降低作用.通过四季每日整点后向轨迹聚类计算,结合浓度资料分析发现,该站春、夏、秋季来自于西南方向的气团降低了观测的CO2浓度,而在冬季未起到明显的降低作用,主要因该站局地植被生态系统排放减少所致.     

水汽对光腔衰荡光谱系统（CRDS）法测定CH_4的影响

分析了CRDS法测定CH4浓度与水汽含量间的关系,并建立了水汽含量在0.50%—2.45%（体积比,以V/V表示,下同）范围内的有效校正方法.采用CRDS法对水汽含量为0.93%的CH4标气进行多次测量,测量值经校正后与理论值的偏差均小于2.0×10-9（体积比,以V/V表示,下同）,最大偏差1.8×10-9,优于大气本底CH4观测质控标准.校正瓦里关站CRDS系统试运行期间的CH4实测数据（水汽含量为0.50%—2.45%）,与该站气相色谱-氢火焰离子化检测器系统（GC-FID系统,下同）同期测量结果相比,38.48%的数据偏差小于2.0×10-9,说明在系统未配备超低温冷阱除水单元之前,本文研究的校正方法适用于观测数据的校正.     

1961—2010年阿拉善左旗气温和地温的变化特征分析

关于气温变化特征已有大量研究,但关于地温变化及其与气温的关系研究还较少。该研究以干旱区为研究区域,利用1961—2010 年阿拉善左旗平均气温和0~80 cm各层平均地温的逐月资料,采用气候倾向率、累积距平、信噪比等气候统计方法研究了近50 a 阿拉善左旗气温和各层地温的年代和季节变化趋势、地气温差变化、气候突变和异常年份以及气温和地温关系。结果表明：气温与各层地温有很好的相关性;与年均气温相比,地温对气温的放大程度除0 cm外随土层深度增加呈增加趋势。年、季平均气温和各层平均地温均呈显著升高趋势,但气温和地温的升温速率不一致;年均气温的升温率和升温幅度高于除0 cm外的各层地温变化;气温、0 cm 和80 cm 地温在冬季的升温最大,5~40 cm 地温在春季升温最大;春、夏季,随土壤深度增加,地温呈减小趋势,气温介于各层地温之间;秋、冬季,随土壤深度增加,地温呈增加趋势,气温小于除0 cm外的各层地温增加;气候变暖背景下,年均、夏、秋和冬季的气温比地温的响应更快,而春季各层地温比气温的响应更迅速。近50 a 各层年均地温(0 cm除外)和气温的温差减小0.3~0.8℃;随土壤深度增加,地气温差的减小幅度降低。年均气温和各层地温的气候突变出现在1980 年代和1990 年代,而气温和地温在四季大多无气候突变现象。四季气温和各层地温的异常年存在一定的对应性,而年均气温和各层地温的异常年份一致性较差。     

环渤海区域风能资源WRF同化模拟及特征分析

利用WRF模式及其3DVAR同化模块,结合环渤海区域风能资源观测网测风塔观测数据,设计并构建了多种3DVAR 同化方案,用来提高环渤海区域风能资源数值模拟初始场质量。以2010 年4 月12 日至13 日一次大风过程为研究对象,利用该同化方案进行了一系列WRF数值模拟对比试验。选择较优的3DVAR同化方案对环渤海区域70 m高度风能资源进行了2009 年6 月1 日至2010 年5 月31 日一整年的数值模拟。模拟结果表明,较优的3DVAR同化方案能有效地改进区域风能资源数值模拟初始场质量,主要体现在模拟值与实测值更为接近,模拟效果得到显著改善。环渤海区域70 m高度年平均风速和年平均风功率密度呈现出南小北大的分布特征,渤海中部和北部风能较大,沿垂直于海岸线向内陆方向,风能参数急剧减小。