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我国东部山地针阔混交林碳通量特征分析

中国环境科学 2024年第6期44卷 3492-3501页

作者：孙彦坤张胤洲姚维杰叶京张峻搏潘小乐刘兰忠王自发程雪玲东北农业大学资源与环境学院黑龙江哈尔滨150030 中国科学院大气物理研究所大气边界层物理与大气化学国家重点实验室北京100029 中国科学院大气物理研究所大气边界层顶生态环境上黄观测站浙江金华321203

以浙江省金华市武义县大毛尖山为研究区域,开展复杂山地森林生态系统碳汇能力的观测研究,并利用涡动相关法在2022年6月~2023年5月进行观测,经过数据质量控制和质量评价分析,得到42%的优质CO_(2)通量数据.结果表明,大毛尖山周边以针阔混... 详细信息

以浙江省金华市武义县大毛尖山为研究区域,开展复杂山地森林生态系统碳汇能力的观测研究,并利用涡动相关法在2022年6月~2023年5月进行观测,经过数据质量控制和质量评价分析,得到42%的优质CO_(2)通量数据.结果表明,大毛尖山周边以针阔混交林为主,能量闭合度为0.89,能够很好的代表站点通量情况.CO_(2)通量在日尺度上均表现为U型变化,范围为-1.20~0.89mgCO_(2)/(m^(2)·s).四季碳汇能力强弱依次为,夏季、春季、秋季、冬季;各月份净生态系统碳交换量(NEE)均为负值,整体表现为碳汇.CO_(2)通量与气象因子中的空气温度呈负相关,相对湿度和平均风速正相关,夜间因呼吸作用产生的CO_(2)通量与土壤温度正相关.本研究初步解释了大毛尖山森林生态系统的碳汇特征.

关键词： CO_(2)通量涡动相关法(EC) 净生态系统碳交换量(NEE) 森林生态系统复杂地形

基于大数据和排放模型的高分辨率北京市机动车污染物排放变化特征

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环境科学学报 2024年第6期44卷 270-283页

作者：米艺华王涛李杰李芊昀王自溪杜惠云王自发中国科学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北京100029 中国科学院大学北京100049

深入了解北京市机动车动态高分辨率排放特征有助于定位城市交通排放热点区域,为城市空气质量精细化模拟和污染溯源提供数据支撑.本研究基于车流量、车速等实时交通数据,计算了2020年8月—2021年8月北京市六环内及周边区域逐日逐小时道... 详细信息

深入了解北京市机动车动态高分辨率排放特征有助于定位城市交通排放热点区域,为城市空气质量精细化模拟和污染溯源提供数据支撑.本研究基于车流量、车速等实时交通数据,计算了2020年8月—2021年8月北京市六环内及周边区域逐日逐小时道路机动车CO、NO_(x)、HC、PM_(10)、PM_(2.5)排放量,并分析了排放变化特征.结果表明,一年内,污染物排放量在6月、8月较高,12月最低.一周内,非工作日出勤减少,各类污染物排放比工作日降低了5%~8%.每日逐小时排放变化呈明显“早高峰”和“晚高峰”现象,分别出现在7:00—10:00和17:00—20:00.污染物排放时间变化与交通流量时间变化特征基本一致.2020年8月—2021年8月NO_(x)和HC排放总量分别6.9×10^(4)t和2.5×10^(4)t.朝阳区排放量最高,海淀区和大兴区次之.高速公路的污染物排放分担率最高,从道路分布来看,六环内进京道路排放比中心城区道路高.不同类型道路污染物排放逐小时变化存在差异.0:00—5:00货车限行政策解除,且柴油车占比较高,导致机动车排放出现短暂上升,高速公路各类污染物排放呈先升高后降低趋势,其它类型道路各类污染物大部分持续上升或持续下降.一天内,高速公路污染物排放达到第一个峰值的时间为9:00或10:00,其它类型道路污染物排放达到第一个峰值的时间为8:00.不同车型排放贡献上,大中型柴油货车是NO_(x)和PM的首要排放源.而对于CO和HC,大中型客车排放分担率最高.

关键词：机动车排放污染特征高时空分辨率北京

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基于广义相加模型的北京市2018—2022年地面臭氧气象影响要素研究

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环境科学学报 2024年第4期44卷 206-214页

作者：李芊昀王自溪李杰杜惠云杨文夷胡波王哲王自发中国科学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北京100029 中国科学院大学北京100049

臭氧污染是制约北京市环境空气质量持续改善的关键因子,气象是导致臭氧浓度超过国家标准的重要因素,探究气象要素与臭氧浓度之间的关系,对有效治理臭氧污染具有重要意义.本文分析了2018—2022年北京市地面臭氧浓度的演变特征,并利用气... 详细信息

臭氧污染是制约北京市环境空气质量持续改善的关键因子,气象是导致臭氧浓度超过国家标准的重要因素,探究气象要素与臭氧浓度之间的关系,对有效治理臭氧污染具有重要意义.本文分析了2018—2022年北京市地面臭氧浓度的演变特征,并利用气象要素和臭氧日最大8 h滑动平均浓度(O_(3)-8 h)观测数据,基于广义相加模型和合成少数过采样技术,构建了适用于北京的臭氧非线性回归预测模型,识别了影响北京市O_(3)-8 h浓度日际变化气象因子的重要程度.结果显示:(1)近5年北京市臭氧浓度仍处于高位波动阶段,5—9月是臭氧浓度超标最严重的时期.(2)回归模型对高浓度臭氧具有良好的预测能力,其对北京市5—9月O_(3)-8 h浓度变化的方差解释率为83.3%.(3)基于回归模型发现,日最高气温、风向、紫外辐射强度、相对湿度、风速、地表平均气压与O_(3)-8 h浓度之间均有显著的非线性关系,其中,日最高气温、风向和紫外辐射强度为主导O_(3)-8 h浓度变化的气象要素.在高温、主导风向为偏南风、紫外辐射强度较强的气象条件下,北京市O_(3)-8 h浓度超标的可能性较高.

关键词：广义相加模型合成少数过采样技术臭氧浓度气象要素影响效应北京市

陆地高分辨率水文—生物地球化学过程CNMM-DNDC三维模型的研发及应用进展

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大气科学 2024年第1期48卷 92-107页

作者：郑循华李思琪张伟刘春岩姚志生韩圣慧王睿王凯陈笑李勇中国科学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北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

CNMM-DNDC模型是本文作者团队研发的陆地高分辨率水文—生物地球化学过程三维模型。本文系统介绍了建模背景和理念、核心过程和模型特点、模拟功能和观测验证、多尺度区域或流域初步应用以及未来发展展望。自2018年刊发首个版本以来,该... 详细信息

CNMM-DNDC模型是本文作者团队研发的陆地高分辨率水文—生物地球化学过程三维模型。本文系统介绍了建模背景和理念、核心过程和模型特点、模拟功能和观测验证、多尺度区域或流域初步应用以及未来发展展望。自2018年刊发首个版本以来,该模型经过了多方面科学过程改进和模拟功能扩展,在元素化学反应、物质相变和机械迁移等基本物理、化学、生物过程层面,完成了对陆地表层系统碳氮磷水循环全耦合的精细刻画。迄今开展的观测验证表明,CNMM-DNDC模型基本普适于不同生物气候带(从热带到寒区多年冻土地带)的流域或区域长时间序列“三高”(时间、空间和过程高分辨率)综合模拟,实现对陆地生态系统的碳、氮、磷、水三维运移、水土流失、水力驱动溶解态和颗粒态碳氮磷横向迁移、碳氮温室气体和污染气体排放、生态系统生产力、水分蒸散发和水分能量平衡等众多可持续发展目标表征变量的预测。该模型广泛推广应用于多尺度区域或流域的复杂过程虚拟科学试验研究和服务于面向生态环境建设与减污降碳的优化调控决策,可望为协同落实联合国多个可持续发展目标提供先进的数值模拟技术支撑。

关键词：碳氮磷水循环全耦合模拟水文—生物地球化学过程模型 CNMM-DNDC模型联合国可持续发展目标

解析北京郊区一次典型臭氧污染的物理化学过程

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大气科学 2024年第1期48卷 391-404页

作者：贾龙于姗杉徐永福中国科学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北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院大气化学与环境科学系北京100049

臭氧污染是我国当前面临的重要大气环境问题,其不仅取决于大气化学反应过程,而且会受大气物理过程和各气象要素的影响,因此需要从化学和物理两个方向来研究近地面臭氧污染问题。本研究结合外场观测和欧拉光化学模式,解析了2022年秋季北... 详细信息

臭氧污染是我国当前面临的重要大气环境问题,其不仅取决于大气化学反应过程,而且会受大气物理过程和各气象要素的影响,因此需要从化学和物理两个方向来研究近地面臭氧污染问题。本研究结合外场观测和欧拉光化学模式,解析了2022年秋季北京怀柔城区的一次光化学污染周期内的物理和化学过程。给出了温度、湿度和风速等气象因子,以及臭氧及其前体物挥发性有机物(VOCs)和氮氧化物(NO_(x),x=1、2)在此期间的日变化特征。通过源解析得到VOCs主要来源为交通排放(46%)、植物源(25%)、溶剂挥发(23%)和燃烧源(9%)。通过欧拉光化学模式确定了区域传输和本地VOCs对臭氧的贡献,结果显示强北风天气条件下,怀柔区臭氧以外来水平输送为主(贡献超过70%);当以弱的南风或东南风为主时,天气处于稳定状态,臭氧主要来自VOCs和NO_(x)的二次转化。根据VOCs的臭氧潜势,在所有VOCs中对臭氧贡献最大的物质为烯烃,其贡献为67%,其次为芳香烃(16%)。通过敏感度分析,发现臭氧生成对物理因子中的光强、温度和边界层高度最敏感;在臭氧前体物中,活性较强的烯烃类物质的敏感度最高,烷烃最低。最后基于本地VOCs特征的EKMA曲线,提出了控制臭氧污染的减排策略。

关键词：臭氧挥发性有机物源解析敏感性分析怀柔

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颗粒物沉降对光伏资源影响的模型研究进展

气候与环境研究 2024年第3期29卷 365-376页

作者：刘诺航葛宝珠王自发中国科学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北京100029 中国科学院大学北京100049

归纳并比较了与积尘密度、积尘组分、积尘颗粒形态及积尘消光参数等积尘性质以及相对湿度、降水量和降水强度、风速与风向等气象要素相关的积尘对光伏发电影响的模型,梳理了各因素之间的相互关系,发现积尘密度是最主要的因素。然后提出... 详细信息

归纳并比较了与积尘密度、积尘组分、积尘颗粒形态及积尘消光参数等积尘性质以及相对湿度、降水量和降水强度、风速与风向等气象要素相关的积尘对光伏发电影响的模型,梳理了各因素之间的相互关系,发现积尘密度是最主要的因素。然后提出了新的光伏资源分布评估流程,最后进行了展望:1)积尘密度不等价于颗粒物干沉降累积通量,可根据颗粒物受力机制与湿沉降过程作修正。2)需开发验证方法比较各模型评估结果的差异,并评价不同来源的数据对模型评估结果的影响。3)微观影响机制的量化建模方法有待进一步发展。4)模型可与清洗规划模型耦合,得到颗粒物沉降对光伏电站运行成本影响的空间分布,或将颗粒物沉降对光伏组件发电量的影响转化为碳排放量,评价不同减排策略对实现“双碳”目标的影响。

关键词：颗粒物沉降积尘光伏组件光伏资源评估方法积尘性质气象要素

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适用于平坦草原的近地层以上风廓线推算方法

太阳能学报 2024年第6期45卷 451-460页

作者：贺园园程雪玲朱蓉中国科学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北京100029 中国科学院大学北京100049 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 国家气候中心北京100081

为得到从地面观测数据推测高层风廓线的表达式,基于锡林浩特国家气候观象台1年的观测,确定粗糙度、边界层高度和地转风计算方法,将不同稳定度的平均风廓线与建立的边界层风廓线模型计算结果进行比较。研究发现:基于再分析资料得到的地... 详细信息

为得到从地面观测数据推测高层风廓线的表达式,基于锡林浩特国家气候观象台1年的观测,确定粗糙度、边界层高度和地转风计算方法,将不同稳定度的平均风廓线与建立的边界层风廓线模型计算结果进行比较。研究发现:基于再分析资料得到的地转阻力参数预测的地转风与实际地转风接近,对数风廓线在中性和不稳定情况下计算准确,且计算方法简单;Deaves-Harris模型适用于强风情况;改进混合长的Gryning模型和考虑Ekman层科氏力的两层风廓线模型在不同的稳定度情况下模拟结果均比较准确,但计算方法复杂;改进的Gryning模型适用于夜间残留层的风廓线模拟。

关键词：风速风能稳定度大气廓线 Monin-Obukhov相似理论

浙江大毛尖山常绿阔叶林生态系统CO通量特征分析

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中国环境科学 2024年

作者：孙彦坤张胤洲姚维杰叶京张峻搏潘小乐刘兰忠王自发程雪玲中国科学院大气物理研究所大气边界层物理与大气化学国家重点实验室东北农业大学资源与环境学院大气边界层顶生态环境上黄观测站中国科学院大气物理研究所

浙江省金华市武义县大毛尖山周边林业资源丰富，本研究在此区域开展当地森林生态系统碳汇能力分析。大毛尖山周边以典型常绿阔叶林为主，利用涡动相关法得到2022.06–2023.05的通量数据，经过数据质量控制和质量评价后，发现存在42%的优... 详细信息

浙江省金华市武义县大毛尖山周边林业资源丰富，本研究在此区域开展当地森林生态系统碳汇能力分析。大毛尖山周边以典型常绿阔叶林为主，利用涡动相关法得到2022.06–2023.05的通量数据，经过数据质量控制和质量评价后，发现存在42%的优质CO2通量数据，且能量闭合度为0.89，能够很好的代表站点通量情况。CO2通量在日尺度上均表现为U型变化，范围为-1.20～0.89 mgCO2·m-2·s-1；四季碳汇能力强弱依次为，夏季、春季、秋季、冬季；各月份净生态系统碳交换量(NEE)均为负值，整体表现为碳汇；CO2通量与气象因子中的空气温度呈负相关，相对湿度和平均风速正相关，夜间因呼吸作用产生的CO2通量与土壤温度正相关。本研究初步解释了大毛尖山森林生态系统的碳汇特征。

关键词： CO 通量涡动相关法(EC) 净生态系统碳交换量(NEE) 森林生态系统复杂地形

基于325m高塔的城市冠层以上湍流强度垂直分布特征分析与推算方法评估

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建筑结构 2024年

作者：丁伟宸师宇刘磊胡非中国科学院大学中国科学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

城市高层建筑结构风载荷的评估对于结构安全至关重要，为了研究与风载荷密切相关的城市大气边界层湍流的垂直分布特征，利用北京325m气象铁塔的不同高度一年四季的湍流观测数据进行统计分析，在计算地表粗糙度长度、观测期间稳定度分类... 详细信息

城市高层建筑结构风载荷的评估对于结构安全至关重要，为了研究与风载荷密切相关的城市大气边界层湍流的垂直分布特征，利用北京325m气象铁塔的不同高度一年四季的湍流观测数据进行统计分析，在计算地表粗糙度长度、观测期间稳定度分类、风廓线幂指数和不同稳定度下的湍流强度剖面值的基础上，重点对比分析了湍流强度剖面实测值和推算值。结果表明：采用《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）推荐的10m湍流强度和风廓线幂指数得到的湍流强度剖面推算值明显小于考虑了小风情况的实测值，荷载规范推荐参数不适用于发达城市边界层湍流强度剖面推算；采用实测风廓线幂指数和城市冠层内8m湍流强度实测值得到的湍流强度剖面推算值与实测值的相对误差达20%以上；采用实测风廓线幂指数和城市冠层之上的47m湍流强度实测值得到的湍流强度剖面推算值与实测值的相对误差小于9%。因此，以城市冠层之上的湍流强度实测值和实测风廓线幂指数为基础推算湍流强度剖面的方法能够得到比较接近于实测值的结果，此推算方法具有可行性与可靠性。

关键词：湍流强度风廓线高塔城市边界层