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黄土高原复杂地形上高质量湍流通量数据获取方法

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地球物理学报 2016年第6期59卷 1971-1982页

作者：苑广辉张镭李遥梁捷宁半干旱气候变化教育部重点实验室兰州大学大气科学学院兰州730000

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站（Semi-Arid Climate and Environment Observatory of Lanzhou University,SACOL）湍流观测资料,分析了二次坐标旋转（double rotation,DR）、平面拟合（planar fit,PF）和分风区平面拟合（fetch planar fit,FPF）在复杂地形上的适用性,总结出一套适用于SACOL的总体湍流特征参数化方案.经过超声虚温订正、坐标旋转、空气密度脉动订正以及平稳性检验、总体湍流特征检验、总体质量分级处理,摩擦速度（u＊）、感热通量、潜热通量、CO2通量高质量数据所占比例分别为45%-62%、66%-68%、62%-65%、52%-54%.采用DR得到的高质量数据比例与采用PF相比,u＊提高了17%,后三种通量略降低2%-3%.PF和FPF两种结果的差别主要体现在u＊上,只考虑主导风向数据DR得到的u＊质量仍最好.综合兼顾数据质量和计算工作量,在复杂地形上处理湍流观测资料的最优坐标旋转方法是DR.

关键词：黄土高原涡动相关通量订正质量控制分风区平面拟合

黄土高原半干旱区地表能量不闭合及其对二氧化碳通量的影响

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物理学报 2013年第9期62卷 528-539页

作者：梁捷宁张镭张武史晋森半干旱气候变化教育部重点实验室兰州大学大气科学学院兰州730000

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(Semi-Arid Climate and Environment Observatory of Lanzhou University,SACOL)2008年资料分析了SACOL代表的黄土高原半干旱区稀疏草地下垫面上的能量平衡闭合情况.不同季节,白天总体能量平衡比率... 详细信息

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(Semi-Arid Climate and Environment Observatory of Lanzhou University,SACOL)2008年资料分析了SACOL代表的黄土高原半干旱区稀疏草地下垫面上的能量平衡闭合情况.不同季节,白天总体能量平衡比率在0.80左右.夜间只有0.20左右.选取不存在局地环流的资料,考虑土壤热存储和垂直感热平流后,白天能量平衡比率在85%以上,春夏秋三季夜间也达到70%,但冬季夜间能量闭合度仅为29.4%.白天,涡动相关系统对湍流热量通量观测的偏差存在季节差异,冬季低估最多,秋季次之,春夏季观测相对较理想;夜间,涡动相关系统对湍流热通量严重低估.湍流热量通量的低估通过空气密度效应修正传递对CO2通量产生影响,造成长期净碳交换的不确定性.WPL修正引入的湍流热量误差导致涡动相关系统错误地高估下垫面吸收存储CO2能力,全年NEE估计偏高41.2%.

关键词：黄土高原涡动相关能量闭合密度效应修正

兰州市化石燃料燃烧源排放VOCs的臭氧及二次有机气溶胶生成潜势

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环境科学 2019年第5期40卷 2069-2077页

作者：刘镇朱玉凡郭文凯刘晓陈强兰州大学大气科学学院半干旱气候变化教育部重点实验室兰州730000

随着我国工业的快速发展和城市化进程的加快,化石燃料的大量使用造成了严重的二氧化硫、颗粒物和挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)等大气污染.目前,对化石燃料燃烧排放挥发性有机物环境影响的研究较少,本文计算了兰州市... 详细信息

随着我国工业的快速发展和城市化进程的加快,化石燃料的大量使用造成了严重的二氧化硫、颗粒物和挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)等大气污染.目前,对化石燃料燃烧排放挥发性有机物环境影响的研究较少,本文计算了兰州市化石燃料燃烧源排放VOCs及其相应的臭氧生成潜势(ozone formation potential,OFP)和二次有机气溶胶生成潜势(secondary organic aerosols formation potential,SOAFP),其中水泥制造业的OFP和SOAFP占比最大,分别为45. 3%、50. 9%;其次为砖瓦制造业,但其吨标煤燃烧排放VOCs的OFP和SOAFP值最高,折为吨标煤后天然气燃烧产生VOCs的O_3和SOA最小.兰州市主城区化石燃料燃烧源OFP和SOAFP主要为电力和热力的生产供应以及西固区工业企业排放VOCs的贡献,其它地区为水泥制造业、砖瓦制造业、钢铁冶炼业等高能耗的行业的贡献为主.芳香烃是化石燃料燃烧源排放VOCs中对OFP和SOAFP均贡献最大的一类物质,占比分别为40. 0%和67. 2%,并且在生成潜势贡献前10的物种中芳香烃为主要物种.与生物质燃烧源相比,化石燃料燃烧源具有较强的O_3和SOA生成能力(2. 58 t·t^(-1)和3. 16 kg·t^(-1)).

关键词：化石燃料挥发性有机物(VOCs) 空间分布臭氧生成潜势(OFP) 二次有机气溶胶生成潜势(SOAFP)

基于后向轨迹追踪模式分析SACOL气溶胶来源及其光学特性

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物理学报 2012年第2期61卷 238-246页

作者：李霞张镭半干旱气候变化教育部重点实验室/兰州大学大气科学学院兰州730000

利用2007年11月至2010年10月NCEP/NCAR再分析资料和HYSPIIT模式模拟了后向气流轨迹,分析了兰州大学半干旱气候环境观测站(SACOL)所在地区的大气输送特征.采用聚类分析方法将1096条轨迹分类,得到15簇反映主要特征的典型气流,研究了不同... 详细信息

利用2007年11月至2010年10月NCEP/NCAR再分析资料和HYSPIIT模式模拟了后向气流轨迹,分析了兰州大学半干旱气候环境观测站(SACOL)所在地区的大气输送特征.采用聚类分析方法将1096条轨迹分类,得到15簇反映主要特征的典型气流,研究了不同气流特征、出现频数及季节分布特点,与主要天气形势和天气系统的关系.统计主要气流路径所占比例,其中源于四川和重庆的气流占总路径的16%,为影响SACOL的主要路径,其次为源于局地和陕西的气流,路径最少的是东欧和孟加拉国.结合同期MFRSR地基辐射计反演的870nm气溶胶光学厚度和波长指数,分析了不同气团源控制下的气溶胶光学特性和粒了性质特征.揭示了最大平均气溶胶光学厚度达0.29±0.12(平均值±标准差),气团源于塔克拉玛干沙漠;最小平均光学厚度的气团源于孟加拉国,为0.14±0.02.根据研究站点周围环境条件和气团源区地理条件以及移动轨迹,分析其可能影响,并定量给出不同源区气团对SAOL三年平均气溶胶光学厚度的贡献率.结果表明,源于局地和区域性气团贡献平均光学厚度的41.1%,沙尘区贡献28.4%,中亚为17.9%,远距离东欧和中东为12.6%.

关键词：后向轨迹聚类分析气溶胶光学厚度波长指数

基于正交试验的臭氧及其前体物的非线性响应及控制方案

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环境科学 2021年第2期42卷 616-623页

作者：李光耀陈强郭文凯张瑞欣夏佳琦兰州大学大气科学学院半干旱气候变化教育部重点实验室兰州730000

臭氧浓度与其前体物排放在不同地区、不同时刻具有高度非线性关系,如何精准防控臭氧污染成为了目前研究的难点.本文基于WRF-Chem空气质量模式和自建的乌海市2018年大气污染物排放清单,以2018年8月17~20日乌海市海勃湾市区的一次臭氧污... 详细信息

臭氧浓度与其前体物排放在不同地区、不同时刻具有高度非线性关系,如何精准防控臭氧污染成为了目前研究的难点.本文基于WRF-Chem空气质量模式和自建的乌海市2018年大气污染物排放清单,以2018年8月17~20日乌海市海勃湾市区的一次臭氧污染过程为例,利用有交互作用的正交试验研究臭氧及其前体物之间的非线性响应,揭示臭氧生成敏感性并确定最优控制方案.结果表明,NO_(x)、VOCs与CO的交互作用、CO、排放的污染物和气象场的交互作用是影响海勃湾市区臭氧浓度的主要因素,在臭氧超标日的12:00~18:00臭氧生成对NO_(x)排放量最为敏感,当NO_(x)、VOCs和CO协同削减60%、30%和30%时,臭氧平均浓度下降最为显著,为12.6μg·m^(-3)(7.8%);通过对化学反应机制分析得出,VOCs和CO通过与·OH和HO2·等自由基反应进而影响整个光化学反应,是导致VOCs与CO对臭氧生成存在显著交互作用的原因.该方法为研究臭氧及其前体物的非线性响应和制定臭氧污染控制方案提供了一种新的思路.

关键词：臭氧正交试验交互作用一氧化碳(CO) WRF-Chem模式

基于气团老化程度对挥发性有机物分类改善PMF源解析效果

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环境科学 2022年第2期43卷 707-713页

作者：朱玉凡陈强刘晓张瑞欣郭文凯兰州大学大气科学学院半干旱气候变化教育部重点实验室兰州730000

VOCs作为臭氧与二次有机气溶胶的关键前体物,其来源解析对臭氧和颗粒物的协同控制至关重要.但多数VOCs具有反应性,不能完全满足受体模式对污染源排放化学物质组成稳定的假设要求,导致受体模式解析结果不能精准反映实际源贡献.为解决因不... 详细信息

VOCs作为臭氧与二次有机气溶胶的关键前体物,其来源解析对臭氧和颗粒物的协同控制至关重要.但多数VOCs具有反应性,不能完全满足受体模式对污染源排放化学物质组成稳定的假设要求,导致受体模式解析结果不能精准反映实际源贡献.为解决因不同VOCs反应活性不同而导致的组分相对变化与模型假设不符的问题,引入VOCs老化程度来表征其光化学反应的状态.将乌海市超级观测站监测的VOCs依据乙苯与间/对-二甲苯的比值分为高、中和低这3种老化状态.结果表明,分类后解析结果的模拟值与实测值的回归方程参数(斜率和截距)、标准误差、决定系数和残差合格率等模型诊断参数改善明显.因为老化程度与气团在大气中的传输时间和大气氧化性密切相关,在一定程度上也反映了气团的不同来源信息.在高老化态样品中焦化源贡献率最高,达47.20%;在低老化态样品中燃烧源和焦化源均较高,分别为28.67%和24.39%.按老化程度进行分类后,PMF对VOCs源解析的结果更符合实际排放源的贡献.

关键词：挥发性有机物(VOCs) 源解析正交矩阵因子分解法(PMF) 老化特征受体模型

兰州市高分辨率人为源排放清单建立及在WRF-Chem中应用评估

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环境科学 2021年第2期42卷 634-642页

作者：郭文凯李光耀陈冰夏佳琦张瑞欣刘晓朱玉凡陈强兰州大学大气科学学院半干旱气候变化教育部重点实验室兰州730000

城市尺度高分辨率人为源大气污染物排放清单是城市空气质量预报预警、污染成因分析和减排措施制定的重要基础数据,目前我国西部地区城市尺度的人为源排放清单研究仍然相对薄弱,能对接于空气质量模式的排放清单更为缺乏.本文整合已发表... 详细信息

城市尺度高分辨率人为源大气污染物排放清单是城市空气质量预报预警、污染成因分析和减排措施制定的重要基础数据,目前我国西部地区城市尺度的人为源排放清单研究仍然相对薄弱,能对接于空气质量模式的排放清单更为缺乏.本文整合已发表的清单文献,建立了可对接于空气质量模式的2016年兰州市城市尺度的人为源清单模型(HEI-LZ16),将之应用于WRF-Chem模式,评估HEI-LZ16的准确性和适用性.结果表明:兰州市2016年人为源排放的SO_(2)、NO_(x)、CO、NH_(3)、VOCs、PM_(10)、PM_(2.5)、BC和OC总量分别为25642、53998、319003、10475、35289、49250、19822、2476和1482 t·a^(-1).在模拟时间内,HEI-LZ16相比于MEIC,O_(3)和PM_(2.5)的NME值分别减小了140.2%和28.8%,HEI-LZ16更加准确适用.分析了HEI-LZ16情景下模拟的PM_(2.5)和O_(3)时空分布,兰州市臭氧MDA8呈现冬春季城区低而郊区高,夏秋季河谷城区西部及其下风向地区高的分布特征,夏秋季高浓度区的分布受偏东风和光化学反应的共同影响,冬季城区O_(3)浓度受NO_(x)排放的抑制作用浓度反而降低.PM_(2.5)浓度的高值区主要集中在黄河河谷盆地,本研究表明沿白银—兰州黄河河谷盆地走向的西侧存在一个污染物传输通道,其对兰州市环境空气质量具有较大的影响.

关键词：人为源排放清单 WRF-Chem模式臭氧(O_(3)) PM_(2.5) 时空分布

北方地区MODIS和MISR与AERONET气溶胶光学厚度的比较及其时空分布分析

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科学通报 2013年第20期58卷 1670-1679页

作者：齐玉磊葛觐铭黄建平兰州大学大气科学学院半干旱气候变化教育部重点实验室兰州730000

通过对比2006～2009年,搭载在Terra卫星上的中分辨率成像光谱仪(MODIS)和多角度成像光谱仪(MISR)传感器与我国北方4个地面AERONET站点观测的气溶胶光学厚度AOD(aerosol optical depth),发现在SACOL站和北京站,MISR反演的气溶胶光学厚度... 详细信息

通过对比2006～2009年,搭载在Terra卫星上的中分辨率成像光谱仪(MODIS)和多角度成像光谱仪(MISR)传感器与我国北方4个地面AERONET站点观测的气溶胶光学厚度AOD(aerosol optical depth),发现在SACOL站和北京站,MISR反演的气溶胶光学厚度优于MODIS;在香河站和兴隆站,MODIS反演的气溶胶光学厚度优于MISR.总体上,MISR反演的Angstrom值与地面观测相对误差为14%,而MODIS反演结果的相对误差为30%.因而在气溶胶辐射强迫研究中,使用MISR反演的Angstrom值来计算不同波段的气溶胶光学厚度,得到的结果误差较小.同时,利用卫星观测分析了我国大部分地区AOD季节平均分布特征:主要有两个高值区,分别是塔克拉玛干沙漠和华北南部以及华东北部地区.高值区位置随四季变化不明显,但在量值上有明显的季节变化.塔里木盆地春季AOD值最大,华北南部以及华东北部AOD值在夏季最大.MODIS和MISR Angstrom指数分布均表明,春季塔克拉玛干沙漠的气溶胶粒子半径最大;夏季两个高值区的气溶胶粒径达到最小.

关键词：中分辨率成像光谱仪(MODIS) 多角度成像光谱仪(MISR) AERONET 气溶胶光学厚度(AOD)

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固定源排放污染物健康风险评价方法的建立

环境科学 2016年第5期37卷 1646-1652页

作者：陈强吴焕波兰州大学大气科学学院半干旱气候变化教育部重点实验室兰州730000

将AERMOD模型应用于健康风险评价中,建立固定源排放污染物的健康风险评价方法,直接预测污染源排放毒性污染物通过某种暴露途径引起的健康风险.以兰州市三大电厂在采暖期和非采暖期排放可吸入颗粒物(PM_(10))中多环芳烃(PAHs)和其中的苯... 详细信息

将AERMOD模型应用于健康风险评价中,建立固定源排放污染物的健康风险评价方法,直接预测污染源排放毒性污染物通过某种暴露途径引起的健康风险.以兰州市三大电厂在采暖期和非采暖期排放可吸入颗粒物(PM_(10))中多环芳烃(PAHs)和其中的苯并[a]芘(Ba P)对不同年龄、不同性别的人群在呼吸暴露下的健康风险(包括致癌风险值和非致癌危险指数)为例,结合兰州市采样点处PM_(10)中PAHs的实测数据,分析三大电厂排放PM_(10)中PAHs和Ba P对人群呼吸暴露下的健康风险在采样点处的贡献率.结果表明贡献率与性别和年龄无关,与时间段和风险类别有关,非采暖期的贡献比采暖期的大,非致癌危险指数的贡献比致癌风险值的大.通过与传统方法的对比验证该方法的可靠性.该方法适用于所有固定源排放毒性污染物的健康风险评价以及环境影响评价中环境风险的评价.

关键词：固定源健康风险评价 AERMOD模型多环芳烃环境影响评价