中国北京和昆明地区大气臭氧层的异常变化

1 观测事实自从1991年下半年以来,中国北京地区臭氧总量呈惊人的下降,中国南部的昆明地区最近的两年里臭氧总量也有显著的下降.这是十几年中国有系统的观测以来,发生在中国地区大气臭氧层中的一件重大事件.SBUV-2卫星观测结果显示出1992—1993年初全球臭氧总量有明显下降,这与我们地面观测的结果是一致的.然而,公布中国地区臭氧总量惊人的下降,这有助于科学家们对全球臭     

青海高原大气O_3及紫外辐射UV-B观测结果的初步分析

近10年来,南极臭氧洞以及全球性臭氧减少的趋势,已得到国际大气科学界和各国政府的极大关注.英国环境部门1991年的环境报告指出:在过去的11年间,北半球中纬地区的臭氧总量在春季大约减少了8%,这主要是平流层臭氧的减少,而对流层臭氧的年增长率约为1%.WMO 1992年南极臭氧公报也指出:1992年不仅南极臭氧洞的最大面积比往年大25%,而且测到了105D.U.(Dobson单位=10~(-3)atm.cm)的历史极端低值,持续时间也大大超过往年.同时,据美国和加拿大等国气象部门的报告,北半球中高纬地区大气臭氧往总量在1992年冬春季也比往年有较大幅度的下降.     

2002~2003年北半球中纬地区臭氧总量TOMS与地面观测的非常差异

对大气臭氧的监测一直是大气和环境学科的重要内容之一, 平流层臭氧减少已引起全球各国政府以及民众的广泛关注[1~4].对全球大气臭氧总量的观测主要有两种方法: 地基观测, 探测仪器主要有Dobson 和 Brewer; 卫星观测, 常用产品是美国宇航局提供的 TOMS(Total ozone mapping spe     

南极臭氧洞

南极春季大气臭氧明显减少,这种现象1984年忠钵繁根据日本南极昭和站的观测资料和1985年J.C.Farman根据英国南极哈莱湾站的观测资料就已经发现。美国南极阿蒙森一斯科特站的地面观测和国家宇航局的卫星观测也发现南极大气臭氧从七十年代后半期开始减少,并确认八十年代南极春季上空     

FY-3卫星紫外臭氧总量探测仪

“风云三号”气象卫星是我国第二代极轨气象卫星, 其上搭载了我国自主开发研制的紫外臭氧总量探测仪TOU, 它的主要任务是测量地球大气对太阳紫外辐射的后向散射, 以反演地球大气臭氧总量的全球分布, 为环境监测、气候预报和全球气候变化研究提供重要参数. 目前已完成了在轨测试, 取得了圆满成功, 即将交付国家卫星气象中心, 进入工程业务化阶段. 本文主要介绍TOU测量原理、仪器概况, 分析了仪器的灵敏度特性, 辐照度测量精度、漫反射板衰变和波长漂移情况以及产品可用性. 结果表明, TOU反演的全球臭氧分布图与OMI的臭氧总量产品一致性很好, 均方根偏差约为5%. 这表明利用TOU观测数据和我国自主开发的反演技术, 可获得满意的大气臭氧总量全球分布数据.     

1993年中山站南极“臭氧洞”的观测研究

1985年英国科学家Farman根据地面观测资料发现南极“臭氧洞”后,卫星观测资料也证实了这一结果.目前,美国、英国、日本等国在他们各自的南极站都加强了臭氧的观测研究.在中国第九次南极考察(1992～1993年)期间,我们在南极中山站(69°22′S,76°22′E)用Brewer臭氧分光光谱仪建立了地面臭氧观测,这是中国首次在南极采用国际标准仪器开展臭氧研究工作.本文利用1993年中山站观测的结果,NOAA-11的TOVS的臭氧总量反演结果     

风云三号气象卫星全球臭氧总量反演和真实性检验结果分析

利用我国第二代极轨气象卫星“风云三号”搭载的紫外臭氧总量探测仪(TOU)发射后一年内获取的观测数据以及地基臭氧观测数据, 对全球特别是受到广泛关注的南极地区和青藏高原地区进行了臭氧总量反演试验, 反演结果与国外同类产品及地面观测结果进行了对比分析. 定性的分析结果表明, “风云三号”紫外臭氧探测仪反演的全球臭氧总量分布与国际上发布的同类产品相比, 真实地反映了臭氧随时间与空间的分布特征. 在全球部分地基观测站所处的位置上对臭氧总量探测仪与OMI产品和地基观测数据进行了比较, 结果表明, “风云三号”紫外臭氧探测仪臭氧总量反演结果和国外同类卫星产品相对均方根偏差约为3%, 与地基观测结果相比相对均方根偏差约为4.2%, 中低纬度地区均方根偏差小于高纬度地区, 最大均方根偏差出现在南极臭氧洞之内, 大多数情况小于5%, 个别站点上超过5%但低于10%, 均优于10%的产品设计指标. 目前TOU已经完成了在轨测试和试运行进入业务运行阶段, 向国内外用户提供实时臭氧总量产品.     

西藏拉萨市大气气溶胶~(10)Be及其季节变化

2006年8月～2007年7月,在西藏拉萨市西郊(29°38′N,91°01′E,3640ma.s.l.)采集了30个大气总悬浮颗粒物(TSP)样品,利用加速质谱器(AMS)测试了样品的10Be浓度.拉萨市近地面10Be全年平均浓度为14.14×104atmos/m3.大气对10Be的湿清除作用较小,10Be可以作为反映青藏高原地区上层大气动力过程的指标.10Be浓度春季较高,NCEP资料分析表明,2～6月高空大气以从平流层向对流层输送为主,可能是造成春季高10Be浓度的主要原因.夏季末与秋季初(8～9月),10Be浓度的低值与青藏高原臭氧总量低值时间上表现出一致性,NCEP资料分析表明10Be和臭氧可能共同受到大气从对流层向平流层输送的影响.     

新一代沙尘天气预报系统GRAPES_CUACE/Dust: 模式建立、检验和数值模拟

基于中国气象局数值预报基地研发的新一代全球/区域同化、预报系统(GRAPES)的中尺度预报模式(GRAPES_meso)和中国气象科学研究院大气成分中心开发的大气化学模块(CUACE/dust), 建立了中国沙尘天气预报系统(GRAPES-CUACE/Dust). 该系统引入了中国地区最新的土地沙漠化资料、中国沙漠沙尘气溶胶的光学特性资料、逐日变化的土壤湿度和雪盖资料. 模式质量守恒性能良好. 将批量实时预报结果与地面天气观测和臭氧分光计反演的气溶胶指数(TOMS AI)的对比表明: 模式能够比较准确地预报中国以及东亚地区沙尘天气发生、发展、输送以及消亡过程, 能够对起沙量、干、湿沉降量、沙尘浓度以及沙尘光学厚度等一系列要素进行实时定量预报. 以2006年4月7次主要沙尘天气为例, 分析了起沙和干、湿沉降以及沙尘大气载荷的时空分布等特征. 结果表明, 2006年4月东亚地区沙漠向大气中注入沙尘总量约为2.25亿吨, 沙尘排放以下面三大源区为主: 中国北部内蒙古和中蒙边界附近沙漠为东亚沙尘最重要的排放源, 沙尘排放量为1.53亿吨, 占排放总量的68%. 塔克拉玛干沙漠沙尘排放量位居第二, 将近4000万吨, 占沙尘排放总量的17%, 浑善达克沙地排放量约为1500万吨, 占排放总量的7%. 其他地区的沙漠、沙地以及废弃的耕地等的沙尘排放量之和只占沙尘排放总量的8%. 2006年4月东亚地区沙尘沉降总量为1.36亿吨. 沙尘沉降的区域分布表明, 三大沙漠源区同时也是沙尘的主要沉降区, 三大源区的沉降量大约占沉降总量78%, 共1.35亿吨的沙尘在三大沙漠源区沉降, 其次是源区下游的中国大陆地区, 沙尘沉降为沉降总量的16%, 大约200多万吨. 120ºE以东的中国近海、韩国、日本以及西太平洋地区沉降量只占总沉降量的6%左右, 约85万吨. 干、湿沉降的分析表明, 由于4月中国北方地区干燥少雨, 在2007年4月的沙尘沉降总量中, 以干沉降为主, 大约占沉降总量的94%, 湿沉降只占沉降总量的6%左右.     

中层大气臭氧的地面毫米波观测

近年来极区臭氧空洞的发现迫使人们去探测大气臭氧长期的变化趋势。已经使用许多实验技术来测量臭氧的总含量或垂直分布,对中层大气臭氧的地面毫米波观测则是射电天文学成就的延伸。该方法可以提供差不多全天候24h的连续观测数据,可以分析几分钟、几小时以至几年时间尺度内的变化。这里所提出的是在名古屋用地面毫米波观测技术所得到的中层大气臭氧的周日变化与垂直分布的初步结果。     

青藏高原大气臭氧垂直廓线的观测分析

利用Brewer臭氧仪和加拿大环境局(AES)的逆转法(Umkehr)反演程序,获得了我国青海省共和具(海拔近300m)纬度:36°16.45′N,经度:100°37.11′E)1991年8月至1993年12月大气臭氧垂直廓线的观测     

我国典型城市群O_3污染成因和关键VOCs活性解析

京津冀、长三角、珠三角和成渝地区四大城市群在夏秋季大气臭氧(O_3)污染问题严重.为了深入认识O_3的区域污染特征及其成因,在上述4个城市群于2014~2016年夏秋季节,开展了大气O_3及其前体物(氮氧化物(NOx)、挥发性有机物(VOCs))等的综合观测研究.观测发现,臭氧污染区域性明显,臭氧最大8h值在59~146(10~(-9)V/V),整体上城市站点臭氧浓度水平较郊区站点低,臭氧前体物NO2平均浓度水平在4~22(10~(-9)V/V),VOCs浓度为11~53(10~(-9)V/V),VOCs活性水平在1.6~10.5s~(-1).使用基于观测的盒子模型(OBM)分析臭氧生成控制区,发现四大城市群的O_3生成多数处于人为源VOCs控制区或者过渡区,且对烯烃和芳香烃的敏感性最强.运用PMF受体模型对城市站点VOCs来源进行解析,结果表明机动车尾气排放和汽油挥发是城市VOCs主要来源,占比30%~50%;溶剂涂料使用其次,占比为10%~20%.综合而言,我国现阶段臭氧污染防控应以VOCs控制为主,其中应着重控制机动车尾气排放和溶剂涂料使用.     

卫星遥感中国对流层中高层大气甲烷的时空分布特征

利用美国Aqua 卫星的AIRS 遥感资料, 分析了2003~2008 年中国地区对流层中高层大气甲烷的时空分布特征. 研究发现, AIRS观测结果与近地面观测资料变化趋势一致, 与地基遥感的误差在1.5%以内. 受近地层自然排放与人为活动的共同影响, 中国对流层甲烷在垂直分布上呈现典型的变化趋势: 随着高度的增加甲烷浓度下降. 甲烷在我国东部和北部地区具有明显的双峰季节变化特征, 最高值存在夏季, 次高值出现在冬季, 与近地面观测结果一致, 而南部地区冬季没有显著增加的人为来源, 西部地区人为活动稀少, 因此在南部和西部地区的甲烷高值只出现在自然源排放强烈的夏季. 中国地区的对流层中高层的甲烷与北半球的几个主要地区变化趋势一致, 均在2007 年之前保持相对稳定, 在2007 年后有一个明显的增长, 但是中国的增长速度较其他地区更为显著, 其中2006~2008 年期间的增长速率与我国近地面观测结果相近.     

2003年12月青藏高原上空出现微型臭氧洞

通过分析TOMS和地基观测提供的臭氧总量资料，发现2003年12月14—17日青藏高原上空出现了大面积臭氧极低值区域．根据地基观测订正TOMS资料的偏差之后，发现臭氧总量小于220DU的面积超过250万平方公里，中心极低值仅为190DU．这是首次报道在青藏高原上空出现微型臭氧洞或臭氧极低值事件．     

1993年南极臭氧洞期间普里兹湾地区的大气振荡特征

文献[1]对1993年南极“臭氧洞”期间中山站上空的大气臭氧总量变化特征进行了初步的分析和研究,揭示了在中山站上空大气臭氧总量有着十分显著的逐日变化,并指出这种变化可能与中山站位于臭氧洞边缘,受南极平流层极地涡旋摆动与伸缩的动力过程影响有关。本文利用南极中山站地面温度、气压和大气臭氧总量资料和与中山站(69°22′S,76°22′E)同在普里兹湾地区的澳大利亚戴维斯站(68°34′S,77°54′E)的探空资料,对1993年南极臭氧洞期间普里兹湾地区的大气振荡特征进行了研究。     

我国大气本底观测站创新发展的思考和建议

正大气本底监测是指在远离人类活动影响的地方对经过充分混合的、不受局地污染影响的大气成分进行长期定点的观测.由于大气本底监测能在全球或区域尺度上反映出人类活动所造成的大气成分的长期变化,因此对社会经济建设和科学研究等都具有非常重要的作用[1～3].自20世纪50年代开始,国外的一些观测台站进行了二氧化碳、臭氧及大气重金属等主要大气成分的本底观测[4～8].     

东南极Dome A 近地面气温及雪层温度的观测研究

利用我国在Dome A 获取的2005~2007 年自动站观测资料, 分析了冰盖近地面3 个高度的气温和近表层4 个深度雪温的季节变化及其差异特征, 并分析了近地面底层逆温及大气稳定状况, 最后对近地面观测气温、10 m 深度雪温以及地面气温的关系作了探讨. 结果表明, Dome A近地面温度变化具有典型的无芯冬季特征, 在长达半年的冬季期间近地面存在强而稳定的逆温. 雪层中季节温度波动的振幅随深度衰减, 同时位相逐渐滞后, 导致近表层内季节温度的垂直分布廓线具有显著差异. 由于很强的近地面逆温效应, 自动站观测的近地面年平均气温比 10 m 雪温所代表的年平均地面温度高得多. 而根据边界层理论对地面气温进行近似推算得到的年平均地面气温与10 m 雪温十分接近, 考虑到其极低的10 m 雪温和很强的近地面底层逆温, Dome A 可能是地球上地面温度最低的地点,这有待于观测进一步证实.     

2011年春季北极地区臭氧低值事件的卫星遥感监测

利用FY-3B SBUS 和NOAA SBUV/2 观测资料, 监测2011 年3 月1 日~4 月5 日北极地区臭氧低值事件发生发展全过程. 臭氧低值区臭氧总量在200~250 DU, 局部极低值在200DU 左右, 达到臭氧洞水平, 比通常水平低100~200 DU. 此次北极臭氧低值事件开始于3 月1日, 结束于4 月5 日, 期间经历扩展-消亡、围绕极地自西向东方向旋转、由极区沿经线向中纬度扩散等多个发展变化过程. 这次非常罕见的北极地区臭氧低值事件影响范围除极区外,还波及从欧洲到俄罗斯中部的广大人口密集地区, 导致这些地区地表紫外线强度的急剧增强, 对人类身体健康和环境造成重要影响, 应该引起高度关注.     

稻田和沼气池甲烷排放通量的测量

最近几年的观测表明,大气中的甲烷(CH_4)正以大约每年1％的速率增长。大气CH_4的增长将会在很大程度上影响大气碳循环及其它大气化学过程,并可能影响平流层臭氧,大气CH_4增加还将因温室效应而影响我们的气候。所以,观测到的大气CH_4增加引起了各界的普遍关注。     

利用INTERNET网络进行天文远程遥在观测

INTERNET国际互联网给当今社会提供了广阔的信息资源和应用空间,在天文领域也不例外。随着INTERNET在世界各地的不断延伸和这项技术的日趋成熟,以及相关计算机技术、通信技术、数据压缩技术的飞速发展,我们提出了“天文远程遥在观测”概念。它是观测者利用自己本地的计算机,通过INTERNET网络等通讯媒介,向观测地计算机发送指令以实施观测的一种新型的观测方式。目前,欧洲南方天文台通过卫星信道建成了世界上第一个远程观测站,使异地观测成为可能。德国Heidelberg天文台也在积极进行这方面的尝试。在国内,云南天文台探测器实验室一直从事这方面的探索,并于1995年12月25,26日首次进行了北京—昆明之间的两点远程遥在观测实验。在此基础上,于1997年3月6日,7日,进行了昆明—北京—佛罗里达—犹他—弗吉尼亚—多伦多—南安普敦等多点跨洲际的联合天文远程遥在观测。