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淮河流域细颗粒物化学组分时空特征及驱动因素分析

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环境科学 2024年第10期45卷 5650-5660页

作者：刘晓咏牛继强刘航张一丹颜俊闫军辉苏方成信阳师范大学地理科学学院信阳464000 信阳师范大学河南省水土环境污染协同防治重点实验室信阳464000 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 郑州大学化学学院郑州450001

基于淮河流域35个城市2015~2021年的细颗粒物(PM_(2.5))及其组分数据集,分析了污染物的时空分布格局,利用随机森林模型考察了气象因子对PM_(2.5)浓度的影响.采用KZ(Kolmogorov-Zurbenko)滤波和多元线性回归(MLR)对PM_(2.5)、硫酸盐(SO_(... 详细信息

基于淮河流域35个城市2015~2021年的细颗粒物(PM_(2.5))及其组分数据集,分析了污染物的时空分布格局,利用随机森林模型考察了气象因子对PM_(2.5)浓度的影响.采用KZ(Kolmogorov-Zurbenko)滤波和多元线性回归(MLR)对PM_(2.5)、硫酸盐(SO_(4)^(2-))、硝酸盐(NO_(3)^(-))、铵盐(NH_(4)^(+))、有机物(OM)和黑炭(BC)的原始序列进行气象调整,定量气象条件的影响.结果表明,2015~2021年淮河流域PM_(2.5)、SO_(4)^(2−)、NO_(3)^(-)、NH_(4)^(+)、OM和BC的变化速率分别为-4.71、-0.99、-1.05、-0.77、-1.01和-0.19μg·(m^(3)·a)^(-1).PM_(2.5)及其组分浓度高值集中在淮河流域中部和西部区域,而沿海及南部城市的浓度较低.PM_(2.5)短期、季节和长期分量对35个城市PM_(2.5)原始序列总方差的贡献率分别为51.6%、35.9%和7.0%,沿海城市更受短期分量影响.2015~2018年气象条件不利于淮河流域PM_(2.5)浓度的降低,2019~2021年气象条件有利于PM_(2.5)浓度的降低.2015~2021年气象条件对淮河流域PM_(2.5)、SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)、NH_(4)^(+)、OM和BC长期分量下降的贡献率分别为28.3%、29.1%、31.0%、29.3%、27.8%和28.6%.气象条件对安徽、山东、江苏和河南省淮河流域城市PM_(2.5)长期分量降低的贡献率分别为43.4%、25.6%、25.5%和20.6%.随着淮河流域PM_(2.5)浓度降低,硫氧化率(SOR)明显上升,而氮氧化率(NOR)变化不大.

关键词： PM_(2.5) 化学组分 KZ滤波时空分布气象影响

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北极对流层大气能量变化特征及趋势

极地研究 2024年第3期36卷 375-390页

作者：孔琳琳邹捍周立波中国民用航空局空中交通管理局航空气象中心北京100018 中国科学院大气物理研究所低层大气探测研究部北京100029 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

在北极快速变化背景下,北极对流层大气的温度和湿度不断增加,提示北极对流层大气基本状态可能发生变化。作为大气基本状态的度量,北极对流层大气能量是否发生变化,以及发生何种变化,是北极研究者关心的重要科学问题。本文基于对北极对... 详细信息

在北极快速变化背景下,北极对流层大气的温度和湿度不断增加,提示北极对流层大气基本状态可能发生变化。作为大气基本状态的度量,北极对流层大气能量是否发生变化,以及发生何种变化,是北极研究者关心的重要科学问题。本文基于对北极对流层大气地-气能量交换、侧边界能量交换和大气能量变化研究的简要回顾,给出了北极对流层大气能量变化及趋势的物理图像和基本数据。以上研究表明,(1)北极下垫面向对流层大气的能量输送不断增加,夏季中高纬度向北极对流层大气的能量输送也在增加,从能量收支的角度提示北极对流层大气能量增加的可能性;(2)采用再分析资料的最新研究也表明,近数十年来,北极对流层大气能量不断增加,大气基本状态正在发生显著的变化。

关键词：大气能量地-气交换能量输送对流层北极地区

北京地区重霾污染过程颗粒物酸度演变特征及其驱动机制

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气候与环境研究 2024年第2期29卷 193-204页

作者：王爽王恒阳程萌田刘子锐王跃思吉林省突发事件预警信息发布中心长春130062 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 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130033 中国科学院大学北京100049

基于北京秋冬季重霾污染时期细颗粒物化学组分和气态前体物的小时观测数据,通过ISORROPIA II模型模拟颗粒物酸度,并利用敏感性分析方法研究颗粒物酸度的驱动因子。结果表明:2017~2019年秋冬季,北京3次重霾污染事件颗粒物pH的平均值分别... 详细信息

基于北京秋冬季重霾污染时期细颗粒物化学组分和气态前体物的小时观测数据,通过ISORROPIA II模型模拟颗粒物酸度,并利用敏感性分析方法研究颗粒物酸度的驱动因子。结果表明:2017~2019年秋冬季,北京3次重霾污染事件颗粒物pH的平均值分别为4.52±0.52、5.19±0.28和5.03±0.79;从清洁阶段到中度污染阶段和从中度污染阶段到重度污染阶段,颗粒物pH平均值分别下降0.72~1.07和0.3~1.03,即随着污染的加重,颗粒物pH呈现下降趋势;颗粒物pH对化学组分变化的响应不同,主要受TNHx[总铵(气态氨+颗粒态铵盐)]和SO_(4)^(2−)影响,受环境温度和湿度变化的影响有限;颗粒物pH对TNHx的敏感性依次高于SO_(4)^(2−)高于NO_(3)^(−),且高的TNHx水平会降低颗粒物pH对SO_(4)^(2−)(TNHx>47μg/m^(3))和NO_(3)^(−)(TNHx>30~40μg/m^(3))的敏感性;北京重霾污染时期,大气处于富氨状态,抬升颗粒物pH至4以上;在重霾污染事件中,颗粒物pH及变化的幅度与总铵水平和颗粒物pH对SO_(4)^(2−)、NO_(3)^(−)的敏感性有关,这为厘清二次气溶胶生成机制提供有效参考。

关键词： ISORROPIA Ⅱ模型颗粒物酸度水溶性离子氨气

青藏高原东南缘不同类型生态系统碳、水交换特征

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大气科学 2024年第1期48卷 188-199页

作者：刘辉志杜群许鲁君刘阳蒙小妮邵雅梅郑颖祺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 云南大学昆明650500 中国科学院大学北京100049 南宁师范大学北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室南宁530001 生态环境部南京环境科学研究所南京210042

青藏高原东南缘横断山脉地区是南亚和东亚季风的交汇处,也是大气变化的敏感区和热源区。开展该地区地气相互作用对区域水热过程影响机制及其参数化研究,对于研究青藏高原大气水汽传输的关键过程问题有重大意义。本文介绍了基于涡动观测... 详细信息

青藏高原东南缘横断山脉地区是南亚和东亚季风的交汇处,也是大气变化的敏感区和热源区。开展该地区地气相互作用对区域水热过程影响机制及其参数化研究,对于研究青藏高原大气水汽传输的关键过程问题有重大意义。本文介绍了基于涡动观测法开展的青藏高原东南缘地区的地气相互作用观测试验,并总结了洱海湖面、丽江高山草甸及腾冲北海湿地的地气交换特征,以及利用数值模式开展复杂山地局地环流特征的研究工作。目前已初步明确和揭示青藏高原东南缘横断山脉不同类型下垫面的地气交换特征及其影响因素,主要结论如下:青藏高原东南缘高山草甸的碳、水交换过程受降水分布影响显著,“浮毯型”湿地(水面常年覆盖有“浮毯”状苔草草排)的碳、水交换除了受气象因素影响外,也受到下垫面植被和水体比例变化的影响。不同类型生态系统的碳、水交换过程在不同时间尺度的影响因子存在差别。风速始终是湖泊潜热和CO_(2)交换的关键影响因子,而降水在较长时间尺度对湖泊CO_(2)通量也有显著影响。此外,青藏高原东南缘的复杂地形对于生态系统的碳、水交换过程也有显著影响。复杂地形产生的不同类型的局地环流对于生态系统的碳、水交换过程有不同的影响。

关键词：地气相互作用潜热通量净碳交换涡动相关

山地森林下垫面湍流通量贡献区时空特征及其影响因素研究

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气候与环境研究 2024年第3期29卷 253-266页

作者：张焱张胤洲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北京100029 中国科学院大学北京100049 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

通量贡献区是研究地—气间碳水热通量特征的重要内容之一。本文利用FFP(Flux Footprint Prediction)模型分析了2022年6月至2023年5月上黄站通量塔通量贡献区最大贡献度位置距塔体的距离(xcmax)、累计贡献达80%的最大延伸距离(x80)及其... 详细信息

通量贡献区是研究地—气间碳水热通量特征的重要内容之一。本文利用FFP(Flux Footprint Prediction)模型分析了2022年6月至2023年5月上黄站通量塔通量贡献区最大贡献度位置距塔体的距离(xcmax)、累计贡献达80%的最大延伸距离(x80)及其覆盖面积(S80)的时空特征及其影响因素。研究结果显示:(1)上黄站通量贡献区总体向东南方位延伸为主,西部次之,但夏季西部的通量贡献同样重要。此外,夜间和白天通量均以东南方向的贡献为主,但相对夜间,白天西部的通量贡献有所增加。(2)季节间通量贡献区的xcmax(8.25~14.42 m)、x80(169.38~235.23 m)和S80(24413.18~74723.86 m2)存在明显的差异。夜间xcmax、x80和S80明显大于白天。(3)通量贡献区延伸方向的季节(昼夜)间差异主要受风向变化影响,而xcmax、x80和S80的季节(昼夜)间的差异主要是由风速差异导致。研究结果有助于评估涡动通量塔的空间代表性,控制碳水热通量数据质量,理解通量变化特征,同时可服务于通量观测尺度拓展。

关键词：涡动相关法山地森林下垫面通量贡献区 FFP模型

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2016年冬季四川盆地一次重度灰霾事件形成机制研究

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高原气象 2024年第3期43卷 775-789页

作者：任鑫冰杨显玉文军王式功成都信息工程大学大气科学学院/高原大气与环境四川省重点实验室四川成都610225 成都平原城市气象与环境四川省野外科学观测研究站四川成都610225 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

深入理解重度灰霾污染事件的形成和演化机制对于区域尺度空气质量的管控以及霾污染防治政策的制定具有重要的意义。本文应用中尺度气象模式WRF和区域空气质量模型CMAQ,结合实际观测数据,研究了2016年12月23日至2017年1月7日发生在四川... 详细信息

深入理解重度灰霾污染事件的形成和演化机制对于区域尺度空气质量的管控以及霾污染防治政策的制定具有重要的意义。本文应用中尺度气象模式WRF和区域空气质量模型CMAQ,结合实际观测数据,研究了2016年12月23日至2017年1月7日发生在四川盆地成都地区的一次重度灰霾事件。主要分析了在此污染期间气象要素场的时间变化,PM_(2.5)浓度和通风系数的时空变化,量化了各个物理化学过程对PM_(2.5)的相对贡献以及污染源区的分布,以研究此次重污染霾事件的形成和演化机制。研究表明:(1)霾事件期间低温和低风速的环境条件为污染物的积累创造了有利条件。(2)盆地北侧的偏北气流和南侧的偏西南气流以及较低的通风系数(大气的湍流扩散能力弱)是污染物积累的主要原因,成都地区PM_(2.5)浓度在东北气流的作用下达到峰值。污染物的消散主要是因为偏北气流的加强和较高的通风系数(大气的湍流扩散能力强)。(3)此次霾事件中气溶胶过程和排放源的正贡献加强,PM_(2.5)的增加主要在夜间(平流过程和扩散过程的负贡献减弱)且增加幅度更大,使得PM_(2.5)总体上逐渐增加。(4)PSCF和CWT分析表明,在此次霾事件期间,致使成都地区PM_(2.5)浓度升高的主要气流为其东北方向和西南方向的气流,潜在的污染源区在总体上呈东北-西南向的分布状态。

关键词：霾事件 CMAQ PM_(2.5) 成都四川盆地

中山市一次臭氧重污染过程污染来源和减排效果模拟分析

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中国环境监测 2024年第4期40卷 66-79页

作者：蒋争明杨满芽高缨红张颖姬陈吟晖麦健华赵志远陈焕盛广东省中山生态环境监测站广东中山528400 中山市气象台广东中山528400 中科三清科技有限公司北京100029 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

利用WRF-CMAQ模式和中山市空气质量预报预警业务系统中的NAQPMS模式,对中山市2022年9月一次臭氧(O_(3))重污染过程进行了污染过程分析、来源解析和减排评估分析。WRF-CMAQ模式能较好地模拟出该时段的气象条件、二氧化氮及O_(3)浓度的变... 详细信息

利用WRF-CMAQ模式和中山市空气质量预报预警业务系统中的NAQPMS模式,对中山市2022年9月一次臭氧(O_(3))重污染过程进行了污染过程分析、来源解析和减排评估分析。WRF-CMAQ模式能较好地模拟出该时段的气象条件、二氧化氮及O_(3)浓度的变化过程。该次O_(3)污染过程主要是由台风外围下沉气流叠加大陆高压等不利气象条件引起的。本地排放及区域输送对中山市O_(3)浓度的平均贡献率分别为20.5%和79.5%,区域输送占主导。对中山市O_(3)浓度贡献最大的两个来源分别是交通源和溶剂使用源,平均贡献率分别为39.6%和35.6%。工业源的贡献也不可忽略,平均贡献率为9.9%。单独针对中山市进行减排,无法消除本次重度污染天气,表明单个城市减排难以抵御区域性大范围污染过程,需加强区域联动。模拟结果显示,对中山、广州、东莞、佛山、江门和深圳等珠三角重点城市进行联合减排,减排力度越大则空气质量改善越明显。当减排力度达到100%时,可消除中度及以上污染天气,但依然存在轻度污染天气,表明大幅度减排可以显著降低O_(3)浓度峰值和减少O_(3)污染天数,但仍难以完全抵御极端不利气象条件的影响。

关键词：中山市臭氧数值模拟来源解析减排

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北京地区紫外辐射长期变化特征分析研究

大气科学 2024年第4期48卷 1420-1426页

作者：孙彦坤辛华剑徐敏吴彤赵舒曼徐冬鑫周永吉胡波东北农业大学资源与环境学院哈尔滨150030 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 德州学院化学化工学院德州市臭氧污染防治工程实验室德州253023 大庆市林甸县气象局大庆166300 黑龙江省气象数据中心哈尔滨150030

本文利用2005~2020年北京地区观测得到的辐射资料,揭示近十多年来北京地区紫外辐射的变化规律,同时对影响紫外辐射长期变化的主要因子进行了分析。结果表明,紫外辐射呈现出明显的日、季节变化特征。日变化呈现出单峰的变化规律,在正午... 详细信息

本文利用2005~2020年北京地区观测得到的辐射资料,揭示近十多年来北京地区紫外辐射的变化规律,同时对影响紫外辐射长期变化的主要因子进行了分析。结果表明,紫外辐射呈现出明显的日、季节变化特征。日变化呈现出单峰的变化规律,在正午时出现一天中的极大值,而早晚则是低值时段,极大值和极小值分别出现在中午12时(北京时,下同;16.26 W m^(−2))和上午08时(5.64 W m^(−2))。紫外辐射从春季开始逐渐增强,到夏季出现一年中的极大值,随后开始下降,直到冬季出现一年中的极小值,月均极大值和极小值分别出现在6月(12.17 W m^(−2))和12月(5.4 W m^(−2))。紫外辐射年均值为9.74 W m^(−2)。紫外辐射与晴空指数呈现正相关,与气溶胶光学厚度和大气细颗粒物PM_(2.5)呈现负相关。

关键词：紫外辐射气溶胶光学厚度晴空指数 PM_(2.5)

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武汉市冬季重污染过程中PM_(2.5)组分特征与区域来源解析

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中国环境监测 2024年第3期40卷 47-59页

作者：王健颖唐晓陈科艺胡柯王瑶丁宁韩雨阳成都信息工程大学大气科学学院四川成都610225 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 湖北省武汉市环境监测中心湖北武汉430015 贵州省台江县气象局贵州台江556300

随着《大气污染防治行动计划》和《打赢蓝天保卫战三年行动计划》的相继实施,在高强度的污染治理下,中东部地区PM_(2.5)污染改善效果显著。为探讨在PM_(2.5)浓度不断降低的背景下,仍时有发生的武汉冬季重污染过程的成因及特征,以2020年1... 详细信息

随着《大气污染防治行动计划》和《打赢蓝天保卫战三年行动计划》的相继实施,在高强度的污染治理下,中东部地区PM_(2.5)污染改善效果显著。为探讨在PM_(2.5)浓度不断降低的背景下,仍时有发生的武汉冬季重污染过程的成因及特征,以2020年12月武汉地区一次长达10 d的重污染过程为例,利用多种观测数据和嵌套网格空气质量预报模式系统(NAQPMS)分析污染过程中PM_(2.5)的化学组分特征和区域贡献等。结果表明:污染日二次无机盐SNA(SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)和NH+4)和碳质组分(EC和OC)在PM_(2.5)中的占比高(分别为78%和18%),NO_(3)^(-)的占比从清洁日的36%上升到污染日的46%,是污染过程中占比最高的化学组分。污染期间,NO_(3)^(-)和SO_(4)^(2-)的浓度比为2.9~6.1,因此二次无机盐的主要来源可能是移动源;OC和EC的浓度比为3.0~9.8,因此碳质组分的主要来源可能是燃煤源。污染期间主要有河南-孝感-武汉和安徽-黄冈-武汉2条污染传输带,污染物传输以武汉周边城市的近距离输送为主,随着污染程度加重,武汉本地及武汉城市圈的区域贡献增加。重度污染天是静稳天气下持续的偏弱东风和西北风输送的污染气团在不易扩散的天气条件下累积形成的。

关键词： PM_(2.5) 污染过程区域传输武汉市