矿质和黑碳颗粒物表面大气非均相反应研究进展

灰霾是由于高浓度大气颗粒物消光导致能见度下降的污染现象,而颗粒物的消光性质与其参与的大气物理化学过程密切相关.因此,认识颗粒物参与的大气非均相反应对于揭示灰霾成因具有重要意义.我们通过多种手段研究了在矿质颗粒物、黑碳颗粒物表面以及吸湿过程中的大气非均相反应过程.通过系统研究大气非均相过程对常见污染气体的源汇平衡、颗粒物二次组分形成、老化过程对颗粒物吸湿性的影响,发现了多污染物共存气体在非均相反应中的复合效应,揭示了O2在界面反应中的关键作用,阐明了有机碳在黑碳老化过程中的作用.在吸湿性研究中,发现了混合颗粒物在吸湿过程中的化学反应,揭示了弱酸置换强酸的反应机理,解释了二次组分对矿质颗粒物吸湿性的促进机理.这些研究成果不仅促进了对大气非均相反应的深入认识,也有助于揭示我国的灰霾成因.     

影响我国霾天气的多尺度过程

频发的霾天气是我国现阶段面临的最主要大气环境问题之一.霾期间高浓度大气细颗粒物(PM_(2.5))是多种物理化学过程综合影响的结果,包括排放、气-粒转化、大气边界层、局地环流、天气与气候等过程.上述过程的时空尺度跨越了几个数量级,在空间尺度上涵盖了纳米尺度至上千千米尺度.多尺度过程本身的复杂性以及不同过程之间的相互影响是目前大气环境领域面临的最严峻挑战,直接影响到对于霾天气形成机制的科学认识、预报技术与数值模式研发,以及相应的大气污染治理.文章综述了在影响我国霾天气的多尺度过程及其与气溶胶的相互作用领域取得的研究进展.研究表明:二次气溶胶已经成为我国大气气溶胶的主要部分,在霾过程后期,液相非均相过程对气-粒转化有重要贡献; PM_(2.5)呈现多时间尺度周期性振荡,包括1, 4～7以及40～60 d等,边界层、天气和气候等多尺度过程是造成上述周期性变化的主因;已有证据表明,我国高气溶胶已经影响到该区域大气光化学、大气边界层,甚至天气和气候过程.气溶胶与上述过程的相互作用进一步影响了气溶胶浓度及其空间分布,但是此问题极为复杂,尚存在很大不确定性.为此,今后需重点加强以下研究:加强包含气溶胶理化性质、大气光化学、气象要素在内的多要素协同观测,重点开展对流层内多要素协同垂直探测;增强跨学科领域研究,尤其是大气物理-大气化学-天气/气候等多学科间的交叉性研究;加强气溶胶与大气化学、边界层、天气气候等过程相互作用的数值模拟研究.     

大气中红外辐射传输的参数化模式

一、引言 在利用大气环流模式进行长期数值天气预报和气候模拟的研究中,需要很好地考虑辐射在大气中传输的问题。目前,已经有很多精确的方法可以计算现实的模式大气中的辐射传输,但它们都需要大量的计算机时间,因而,应用这些方法到大气环流模式中是不现实的。这就需要建立简化的辐射传输计算方案,它们要有足够的精度,但只需很少的机时。Stephens对这     

控制地球大气升温新论

长期以来，科学家一直认为减少大气中的二氧化碳气体是使大气升温速度放慢的最好方法。但是新的研究认为，减少其他气体可能是使气候变化放慢更为有效的方法。这一研究是由美国航空航天局的一个科学家小组进行的。 在过去２５年中，二氧化碳含量大致保持相等，但是地球表面的平均温度却已经上升。他们发现，被称为温室气体的其他气体加在一起滞留在大气中的热量比过去想象的要多得多。这些气体包括沼气、含氯氟烃和臭氧。因此既限制二氧化碳又限制其他气体才是防止地球变暖的最好方法。 美国航空航天局的科学家认为，其他温室气体滞留在大气…     

霾污染天气大气微生物气溶胶特性的研究进展

自从2013年以来,中国霾事件频发,霾污染已经成为全国人民广泛关注的环境问题之一.霾污染的本质是大气细颗粒物污染.大气颗粒物的生物成分(即生物气溶胶)与其化学成分一样,不仅对空气质量和人群健康具有潜在威胁,而且对全球气候变化以及大气物理化学过程也具有间接影响.然而,目前学术界对大气颗粒物的生物成分及其性质的研究相对滞后,尤其是对霾污染天气大气颗粒物中微生物的多样性、丰度及其时空变异特性等基本科学问题认识不足.因此,本文综述了目前霾污染天气大气微生物气溶胶的研究现状,结合我们的研究着重阐述了在不同霾污染程度下生物气溶胶的浓度、粒径分布与群落结构特性,以及空气污染和环境因子对生物气溶胶分布的影响机理等方面存在的问题.最后,给出了未来霾污染过程生物气溶胶研究应主要开展的5个方面的工作展望,以期为深入理解霾天生物气溶胶的来源、变化机理以及评估不同空气质量的健康影响提供参考.     

大气中惯性重力波的非线性结构

近年来,大气中各种波的非线性发展问题的研究受到了普遍的关注.因为大气中非线性过程的研究对于解释观测到的大气中的稳态的槽脊结构、大气阻塞等现象具有现实意义.     

火星全大气模式与沙尘活动模拟研究:回顾与展望

基于火星全大气模式的数值模拟研究有助于深入理解火星陆面-大气-空间环境多圈层相互耦合过程,是当今国际研究热点.模式对整个火星大气区域气象要素的描述亦可作为保障火星探测活动顺利开展的重要参考依据.沙尘活动显著影响着火星气候与天气变化,也对火星表面探测器可造成巨大安全威胁.对沙尘活动及其影响完善的模拟是目前全大气模式开发与研究工作中的重点之一.本文回顾了火星全大气模式的发展历程,概述了其构建方法,总结了相关科研成果,多角度论述了自主发展火星全大气模式的重要科研与工程价值,建议以火星沙尘活动为重点研究方向,牵引我国火星全大气模式的自主研发.模式的开发与应用涉及行星科学、空间科学、大气科学、计算机科学多领域协同合作.其开发过程势必带动我国行星科学全面发展,为相关研究领域积累经验、储备人才.     

海洋与台风相互作用研究进展

台风灾害是全球最主要的气象灾害之一.到目前为止,人们已经从大气科学的角度对台风进行了长期系统并且卓有成效的研究.但人们对台风过程中海洋的剧烈变化及其对台风的反馈仍然缺乏足够的认识,这也成为限制台风研究和预报水平的一个瓶颈问题.因此,海洋与台风在各种时空尺度上的相互作用机理及其对台风预报和短期气候趋势预测的贡献是当前国际海洋与大气科学研究的重大前沿课题.本文基于国家重点基础研究发展计划,总结了海洋与台风相互作用的最新研究成果,重点梳理了海洋中尺度过程对台风的影响与反馈、海洋与台风的低频相互作用及其对短期气候变化趋势的影响、台风过程中的海洋多源资料同化及利用海气耦合模式进行台风预报等若干方面的研究进展.最后,提出了今后在海洋与台风相互作用研究中需要关注和重点解决的若干关键科学问题.     

高层大气建模:从地球到行星

地球和行星的高层大气作为大气圈与空间环境的过渡区,是大气科学和空间科学的交叉研究领域.高层大气理论模式及其数值模拟可以突破实验观测的限制,又能够比理论分析更为全面细致地重现高层大气的各种物理和化学过程,在高层大气的研究中表现出独特的优势,也一直是国际高层大气研究热点之一.虽然地球高层大气和其他行星高层大气存在差异,但它们之间有着密切的联系,因此大多数的行星高层大气理论模式都是以地球高层大气理论模式为基础开发的.本文聚焦于地球和行星高层大气理论模式,对目前国内外主流的地球和行星高层大气理论模式的发展历史及其性能进行了系统介绍.     

首次观测到的一种大气微量成分

人们已经知道下流层大气中有几种微量成分可以影响大气臭氧的分布。它们是HNO_3、HCl、N_2O_5等,寿命较长,不大容易起反应,对平流层中那些含有氮、氯和氢的微量成分起一种蓄存的作用,而这些含氮、氯和氢的微量成分却具有破坏大气臭氧的作用。人类活动排放出的甲烷、氧化氮(NO_2)和氯烃(特别是CFCl_3和CF_2Cl_2),寿命较长,可以被大气输送到平流层,在臭氧反应中起催化剂的作用。反应后,它们变成上述起蓄存作用的微量成分。其转换速度决定了它们对平流层臭氧的影响,而转换后产物的浓度对大气化学反应速度很敏感,所以测定它们在平流层中的浓度是很重要的。以前,只对平流层中的HNO_3和HCl做了广泛的测定。最近,美国科学研究人员用红外遥测方法测定了平流层中的N_2O_5,获得了一批测量数据。     

从植物化石叶片中获取古大气CO2浓度的信息

近几十年来,由于全球变暖,人们越来越关注气候变化。科学研究显示,大气中不断上升的CO2浓度是导致变暖的主要因素,于是认识大气的CO2浓度变化已经成为了当今科学界的热点。古生物学家对植物化石叶片的研究被证明是了解地质历史时期古大气CO2浓度信息的重要途径。本文对这方面的研究状况做简略介绍。     

重力波对中层顶区O_3及OH分布的影响

利用考虑了光化-动力耦合的重力波模式就重力波对大气化学成分分布的影响进行了计算, 着重研究了重力波通过非线性化学反应对大气化学成分分布的影响这一新的机制, 以O3和OH为例进行了计算. 研究表明, 重力波在传播过程中主要通过非线性化学反应引起中层顶区大气化学成分分布的变化, 其贡献可以超过湍流扩散和重力波引起的非线性输运.     

夜间辐射逆温过程中的波动性质

一、引言在夜间,稳定大气边界层是很难维持定常的,其中气象要素经常随时间发生变化.因此研究夜间大气边界层特征,尤其是辐射逆温过程的特征和演变规律,对大气边界层物理的基本理论研究和大气污染物的输送、扩散等实际问题都有重要意义.     

重力波对中层顶区O3及OH分布的影响

利用考虑了光化-动力耦合的重力波模式就重力波对大气化学成分分布的影响进行了计算，着重研究了重力波通过非性性化学反应对大气化学成分分布的影响这一新的机制，以O3和OH为例进行了计算。研究表明，重力波在传播过程中主要通过非线性化学反应引起中层顶区大气化学成分分布的变化，其贡献可能超过湍流扩散和重力波引起的非线性输运。     

东亚夏季大气环流

引言解放以后,新中国的气象事业有了迅速发展。台站网不断加密,天气预报业务日益扩大,这促使我国气象工作者对东亚大气环流和中国的天气、气候,进行大量的研究工作。通过这些研究,人们对东亚大气环流的特点有了认识,对于影响中国天气的一些系统活动情况有所了解,摸索出一些预报这些系统活动的方法,对于西藏高原在东亚大气环流以至在北牛球大气环流中的作用进行了探索,对高原上的环流特点也有很多发现。     

北京地区尘暴过程的气溶胶特征

近代的气溶胶成分观测表明,气溶胶在大气中可以进行长距离输送。靠近地面1—2公里的大气边界层对大气污染物的输送起着重要作用。这种输送过程与气象条件有密切关系。来源不同的气溶胶具有不同的物理、化学性质,因此我们把气溶胶的化学成分和颗粒度分布与气象条件联系起来分析就可以讨论不同性质气溶胶的来源和它在大气中的输送规律。     

我国燃煤电厂砷的大气排放量初步估算

研究了不同燃烧条件下我国燃煤电厂砷的大气排放量, 采集和分析了高温和中、低温燃煤电厂的原煤、底灰、飞灰的砷含量, 对我国每年动力煤砷的排放量和排放率进行了初步分析和估算. 结果表明: 高温燃煤电厂燃烧1 t含砷5 mg/kg左右的烟煤, 排放到大气中的砷为0.40 g左右, 其排放率为7.70%左右; 中、低温燃煤电厂燃烧1t含砷5 mg/kg左右的烟煤, 排放到大气中的砷为0.15 g左右, 其排放率为2.97%左右. 中国火电厂动力用煤每年约6×10⁸ t左右, 主要为华北区和西北区的石炭~二叠纪的动力煤, 以含砷量为5 mg/kg左右计算, 则火电厂动力煤燃烧每年向大气排放砷约195.0 t左右. 煤中的砷在燃烧过程中大部分都可释放出来, 但燃煤释放出来的大多数砷又可被飞灰俘获, 燃煤电厂除尘设备在除尘过程中捕获了飞灰及飞灰俘获的砷, 从而减少了燃煤中砷向大气的排放量; 此外, 在研究燃煤电厂煤中砷的实际排放量和排放规律时, 以干法除尘电厂的飞灰计算更科学些. 湿法除尘过程中, 高温燃煤电厂燃煤飞灰中的砷约20%溶解到沉淀池的水中, 而中、低温燃煤电厂飞灰中的砷约有70%溶解到沉淀池的水中, 因此, 这是另一个不可忽视的环境砷的污染源. 实验室条件下, 煤灰化过程中砷的排放率高于燃煤电厂燃煤砷的实际排放率.     

在各向异性散射大气中用离散坐标法计算辐射传输的新进展

在Chandrasekhar提出离散坐标法之后,已有许多人利用它来进行大气中辐射传输问题的研究,并且,从最初用来描述均匀介质中的辐射传输,扩展到用于非均匀大气中。它是计算散射大气中辐射传输的标准方法之一。     

极地大气科学考察与全球变化研究

南极和北极是地球上的气候敏感地区,也是多个国际计划研究全球气候变化的关键地区。极地包含了大气、海洋、陆地、冰雪和生物等多圈层相互作用的全部过程,在全球气候的形成和变化中有重要的作用。极地大气科学考察与研究是极地科学研究的重要组成部分。到2008年初,我国自主组织了24次南极考察,2次北冰洋考察和4次北极站考察;建成了南极长城站、中山站和北极黄河站,并在南极冰盖设置了5个无人自动气象站;开展了有关极地大气科学与全球变化的研究。在南北极地区,进一步加强国际合作,继续监测包括近地面温度在内的大气要素的变化,提高极地气象业务水平;拓展极地气象业务和大气科学考察研究领域,积极获取气候代用资料;进一步量化和认识极地在全球变化中的作用,及其对我国天气气候和国民经济可持续发展的影响;建立完善极地大气科学研究体系,提高极地大气科学研究水平,仍是我国极地大气科学与全球变化研究的重要内容之一。     

我国岩溶作用与大气温室气体CO2源汇关系的初步估算

IPCC,田中正之以及Tans等人的研究均认为进入大气的CO_2约有10%～20%去向不明,IPCC称之为“遗漏的CO_2汇”(Missing sink).近年来,许多学者对此进行了大量的研究,试图捕捉这10%～20%的CO_2的行踪.虽然其研究取得了一定的进展,但对这一“遗漏的汇”至今仍无令人满意的解释.袁道先提出的碳酸盐岩-水-CO_2三相岩溶动力系统概念模型不但清楚地表明了岩溶作用与大气CO_2之间的密切关系,而且为由此形成的岩溶过程中的碳循环理论开辟了大气CO_2源汇研究的新领域.本文试图运用其理论方法,根据我国典型岩溶区的现场监测和统计资料,对我国的岩溶作用与大气CO_2的源汇关系进行初步的定量评价.