安顺大气降水中低分子有机酸的季节变化及其来源

低分子有机酸是对流层大气的重要组成成分, 对大气降水的酸度有重要的贡献. 2007 年6月~2008 年6 月共采集贵州省安顺大气降水118 次, 采用离子色谱法测定了样品中主要的低分子有机酸成分. 结果表明, 安顺大气降水总体呈酸性, pH 均值为4.89. 大气降水中最主要的有机酸成分为甲酸、乙酸和草酸, 它们的雨量平均浓度依次为8.77, 6.90 和2.84 μmol L?1. 有机酸含量和沉降通量的季节变化规律显示植物生长释放作用是有机酸的主要来源, 冬季有机酸的浓度高值可能与相对较低的降雨量以及其他大气污染输入途径有关. 甲酸与乙酸具有极显著的相关性(P<0.01), 相关系数为0.80, 表明甲酸与乙酸具有相似的来源或者不同来源的相似源强. (F/A)T 有机酸来源判定曲线显示安顺大气降水中有机酸的主要来源为直接来源, 如植物生长释放、生物质燃烧和汽车尾气排放等. 贵州4 种不同类型地区的对比结果显示, 在污染较大的大中城市, 无机离子是大气降水致酸的重要因素; 然而在清洁城市或偏僻地区, 低分子有机酸对大气降水的阴离子和总自由酸的贡献较大. 因此, 控制此类地区有机酸的排放对于酸雨的防治工作显得尤为重要.     

大气降水中低分子有机酸的季节变化及对酸雨形成的贡献(以贵阳市和尚重镇为例)

低分子有机酸是大气中普遍存在的一种化学成分, 对酸雨的形成有重要的贡献. 西南地区是酸雨污染重灾区, 2006年4月到2007年4月用离子色谱法测定了贵阳市和尚重镇大气降水中的7种低分子有机酸. 实验结果表明: 两地大气降水中, 甲酸、乙酸和草酸是最主要的有机酸, 贵阳市其雨量加权平均值分别为14.24, 9.35和2.79 μmol/L, 而尚重镇则分别为4.95, 1.35和2.31 μmol/L. 尚重镇大气降水中低分子有机酸生长季节浓度高于非生长季节浓度, 说明植物或土壤的释放可能是尚重镇大气有机酸的主要来源; 与之相反, 贵阳市大气降水中有机酸非生长季节浓度高于生长季节浓度, 可能与该地区冬季降水次数少, 每次雨量小以及降水同时易伴随颗粒物沉降有关. 贵阳市有机酸对自由酸贡献分别为: 甲酸?7.9%, 乙酸?4.7%, 草酸?6.1%, 3种主要有机酸贡献了18.7%的自由酸; 尚重镇分别为: 甲酸?25.1%, 乙酸?7.5%, 草酸?25.5%, 有机酸对自由酸贡献为58.1%. 贵阳市降水中有机酸根占阴离子总和的1.7%~19.2%, 平均值为6.6%. 尚重镇降水中有机酸根对总阴离子的贡献为0.5%~92.2%, 平均贡献为13.2%. 由此可见, 低分子有机酸, 尤其是边远地区, 对大气降水酸化的影响不可忽视.     

天山乌鲁木齐河源一号冰川冰芯中生物有机酸记录及其与南北极地区的差异

天山乌鲁木齐河源一号冰川为一中纬度山谷冰川, 其冰芯中所记录的生物有机酸计有甲酸、乙酸、草酸和丙酮酸, 最近40年其平均含量分别为(102.8±147.3), (392.3±390.8), (6.9±14.8)和(4.2±8.3) ng/g. 甲酸/乙酸平均值为0.34±0.43. 这些生物有机酸源于乌鲁木齐河源周边城市工业生产和人类生活对大气的污染. 与极地地区相比, 该地区的有机酸远远高于格陵兰和南极洲相应组成的含量,且未经远距离传输和复杂的大气化学反应.     

慕士塔格冰芯中的甲酸、乙酸记录及其变化特征

慕士塔格位于青藏高原西北部, 其22.56 m长的冰芯中所记录的甲酸、乙酸平均含量分别为186.6±160.1和136.4±133.9 ng/g. 冰芯上部的甲酸、乙酸和硝酸根离子的含量都比较高, 并且甲酸和硝酸根离子之间有很好的正相关关系, 可能与这两种离子都是来自于内陆有关. 甲酸、乙酸含量随深度呈现周期性变化, 它们之间却没有明显的相关关系. 慕士塔格冰芯中这两种酸的含量都高于南极洲和格陵兰, 可能与慕士塔格是中低纬山地冰川及其周边地区人类活动有关. 初步推测慕士塔格冰芯中较高的甲酸记录可能与近些年我国建筑装修、装饰业的兴起大量使用甲醛有关.     

天山乌鲁木齐河源一号冰川冰芯中生物有机酸记录及其与南北极地区的差异

天山乌鲁木齐河源一号冰川为一中纬度山谷冰川,其冰芯中所记录的生物有机酸计有甲酸、乙酸、草酸和丙酮酸,最近 ４０年其平均含量分别为（１０２．８± １４７．３）,（３９２．３± ３９０．８）,（６．９± １４．８）和（４．２±８．３） ｎｇ／ｇ．甲酸／乙酸平均值为 ０．３４±０．４３．这些生物有机酸源于乌鲁木齐河源周边城市工业生产和人类生活对大气的污染．与极地地区相比,该地区的有机酸远远高于格陵兰和南极洲相应组成的含量,且未经远距离传输和复杂的大气化学反应．     

有机胺对我国典型城市大气中的大气新粒子形成的重要作用

正大气新粒子形成事件对大气中颗粒物的数浓度有着显著贡献~([1]),对人体健康、云和降水特性、区域乃至全球气候变化有着重要影响~([2,3]).明确大气中新粒子形成机制有助于更为合理地量化评估大气粒子的环境和气候效应及污染物排放变化的影响.近年来,在实验室内开展的相对洁净大气状态下的新粒子形成机制有很大研究进展~([4~6]).然而,我国复合污染大气尤其是人口密集城市中大气新粒     

喜马拉雅山中段达索普最新粒雪芯高分辨率化学记录

分析了2006年8月钻取的16.8 m达索普粒雪芯δ¹⁸O和主要离子浓度记录的季节变化与年际变化. 分析发现, 达索普粒雪芯中δ¹⁸O和地壳源离子组分(Ca²⁺和Mg²⁺)浓度的显著季节变化为粒雪芯定年和季风、非季风层位的划分提供了依据. 该粒雪芯高分辨、多参数化学数据详细记录了1991年以来喜马拉雅山中段高海拔地区降雪化学特征, 该地降水化学主要受地壳源组分和人类污染源组分的影响, 海盐组分贡献相对较小. 研究表明达索普粒雪芯主要离子浓度的季节差异主要受盛行气团性质、区域大气环流形式及降水的季节变换所控制, 同时粒雪芯年积累量是控制离子沉积通量变化的重要因子.     

古里雅冰芯中钙离子与大气粉尘变化关系

通过青藏高原古里雅冰芯的研究, 发现陆源的Ca²⁺离子是可溶气溶胶中的主要阳离子, 可以作为中、低纬干旱区周边山地冰芯中反映大气成分和环境变化的指标. 在古里雅冰芯中, 末次间冰期以来Ca²⁺离子浓度存在明显的变化, 有两个较强的增高时期和两个较弱的增高时期, 这些变化总体与气候变化相关. 即气候变冷时, Ca²⁺离子浓度升高; 气候变暖时, Ca²⁺离子浓度降低. 但Ca²⁺离子浓度变化并非总是在气候变暖时降低和在气候变冷时升高, 与温度记录在变化相位和幅度上也不完全一致. 大气环流、高原下垫面以及大气湿度的变化可能是除温度以外的重要影响因素.     

南极中山站大气六氟化硫浓度本底特征

六氟化硫(SF_6)是一种增温潜能极高、主要来自人为排放的温室气体,对其大气背景浓度进行长期监测,对于研究全球变化具有重要意义.利用南极中山站区2008年2月~2013年1月近5年SF_6浓度的观测资料,对SF_6本底浓度和变化趋势进行了研究,结果表明:中山站风向为偏东风时大气中SF_6浓度较低,风向为偏西风时浓度较高,这主要是受海陆气团差异引起,而局地源和风速的影响可忽略不计.大气SF_6浓度的变化范围为6.01~7.80 pptv,(1 pptv=1×10~(-12)L/L,下同),平均浓度为6.90±0.40 pptv.SF_6浓度呈明显稳定的年增长趋势,年平均增长速率为0.28 pptv a~(-1),其变化趋势与全球其他观测点较接近,中山站的观测结果可代表南极地区SF_6的本底浓度.通过与全球其他观测点大气SF_6浓度数据对比,结果显示:南半球大气SF_6平均浓度明显低干北半球,北半球是SF_6排放的主要源区;而南半球SF_6主要来源干北半球大气传输和南北半球间大气高度混合,能较好地反映全球大气SF_6本底浓度。南极受人类活动影响很小,是研究全球SF_6浓度变化趋势的理想区域。     

1992~2006年中国降水酸度的变化趋势

分析了全国74个酸雨观测站1992~2006年的降水pH资料. 结果显示, 15 a间中国酸雨区的整体分布格局没有重大改变, 长江以南仍是最大的连续酸雨区和重酸雨区, 北方地区尚未形成大范围的连续酸雨区. 1999年前的8 a间全国酸雨污染呈现减缓趋势, 2000年后, 华北、华中、华东及华南地区出现连续大范围的酸雨污染加重趋势, 其综合结果使得中国酸雨区的酸雨污染程度发生区域性变化. 15 a间, 华北、华中、华南呈现连续大范围的酸雨污染加重现象, 其中华北和华中的长江以北地区较明显; 中国重酸雨区之一的西南地区的降水酸度减弱, 酸雨污染程度呈现缓解趋势; 相应地, 长江以南的重酸雨区中心有向东发展的趋势. 对同期的降水电导率资料的分析显示, 15 a间中国降水中可溶性离子成分含量呈现整体增加的趋势, 其中1999年前为快速增加期, 2000年后基本稳定或呈下降趋势. 2000年后部分观测站的降水pH年变率与非氢电导率年变率正相关的事实显示, 颗粒物排放和其浓度水平下降导致降水酸性增强有可能是影响中国一些地区降水酸度变化的一个重要因素.     

计算模拟研究挥发性有机胺的大气转化机制与动力学

对流层大气包含大量的挥发性有机化合物(volatile organic compounds, VOCs),种类可高达10万种.研究表明, VOCs的大气转化对于O_3和二次有机气溶胶的形成起着重要作用.因此,获取VOCs的大气转化机制与动力学是量化VOCs区域或全球大气质量影响所需的重要信息.有机胺是一类重要的VOCs,其来源包括天然源和人为源.特别是,随着基于胺溶液的燃烧后CO_2捕捉技术的大规模应用,将会排放大量的挥发性有机胺,进而增加大气中有机胺的种类和浓度.近年来,越来越多的科学家开始关注基于胺溶液的CO_2捕捉单元释放的有机胺的大气转化机制与动力学.本文在早期关于有机胺的大气转化综述的基础上,重点介绍2012年以来,国内外学者采用计算模拟方法研究CO_2捕捉单元释放的有机胺的大气转化机制与动力学的最新进展,展望有机胺大气转化的未来研究方向.     

生活垃圾填埋场是大气汞的重要来源

生活垃圾中含有汞的废弃物、垃圾焚烧已成为西方发达国家最主要的人为大气排放汞源. 在中 国垃圾填埋是处理城市生活垃圾的最主要方式. 利用高时间分辨率大气自动测汞仪对贵阳市郊区高雁垃圾卫生填埋场排气筒气态总汞进行了测定; 利用气相色谱与冷原子荧光联用技术测定了排气筒中的单甲基汞和二甲基汞的含量. 同时运用大气自动测汞仪与低空白石英玻璃通量箱结合技术高时间分辨率测定了裸露垃圾及填埋场土壤与大气间气态总汞的交换通量. 垃圾填埋半年区的排气筒气态总平均浓度为(665.52±291.25)ng/m³, 与贵阳市某小型燃煤锅炉排放烟气的总汞含量相当, 排气筒气体中的单甲基汞(MMHg)浓度平均值为(2.06±1.82)ng/m³, 二甲基汞的平均含量为(9.50±5.18)ng/m³. 不论是裸露的垃圾还是覆土填埋后的垃圾场, 地表与大气间气态总汞的交换通量表现向大气排放是占主导地位. 垃圾填埋场不仅是大气气态总汞的释放源, 同时还是大气中甲基汞的重要排放源. 垃圾填埋场向大气排汞通过两种途径进行, 一是从垃圾填埋场的排气筒与垃圾废气同时排放到大气, 另外还通过垃圾填埋场的上覆土向大气排放. 垃圾填埋场向大气排汞的过程明显受气象条件的控制.     

人为排放所引起大气CO_2浓度变化的卫星遥感观测评估

人为排放是引起大气CO_2浓度升高的主要原因,由大气CO_2卫星遥感观测获取全球和区域大气CO_2浓度的变化已被认为是评估区域人为排放的有效手段之一.为了深入定量分析区域人为碳排放对大气CO_2浓度变化的贡献,本研究利用由温室气体观测卫星(GOSAT)获取的近5年(2010~2014年)大气CO_2柱浓度数据,以同纬度带高人为排放区域的中国京津冀和美国东部城市密集区为研究对象区,结合位温气象数据和人为碳排放清单数据圈定出对比背景区,通过分析比较人为排放区与背景区的CO_2浓度差值,评估人为排放对大气CO_2浓度增量变化的影响.分析结果显示,近5年中国京津冀和美国东部城市密集区的大气CO_2浓度比背景区分别显示平均1.8和2.0 ppm的升高;且冬季均高于其他季节,分别为2.4±0.6和2.8±0.8 ppm.进一步分析月变化特征时发现中国京津冀地区2014年11月亚太经合组织会议(APEC)期间大气CO_2浓度异常低于前期3.2 ppm,反映了会议期间政府实施的减排控制效果.论文研究结果表明CO_2卫星观测能够从区域大气CO_2浓度的变化定量评估人为排放的影响,作为有效手段之一辅助于区域人为排放控制效果的评估.     

植物气孔计算生物学模型及其应用

气孔作为植物与外界进行碳、水交换的重要器官,将光合作用所需要的二氧化碳导入植物体内,并且通过蒸腾作用将水分散失到大气中.因此,深入了解气孔行为、有效调控气孔开度,对于提高植物的光合作用和水分利用效率具有深远的意义.气孔运动是由离子的运输、积累和释放所驱动的保卫细胞体积变化所引起的.然而,复杂的离子交换机制阻碍了人们对气孔运作机制的深入了解.定量系统的计算生物学分析方法为探索微观离子运输与宏观气孔生理活动之间的联系提供了一种有效的研究手段.通过系统整合保卫细胞离子运输、信号传导和离子稳态平衡等相关信息建立定量动态保卫细胞模型,可以为研究者在细胞和分子层面上对保卫细胞离子运输和气孔行为的研究工作提供有效的指导.本文通过回顾气孔建模工作的发展历程和研究现状,比较了传统经验、半经验的气孔模型和新式计算生物学模型,提出进一步发展气孔计算生物学促进计算生物学在我国农业领域的发展.     

二氧化碳的好归宿

CO2化腐朽为神奇 二氧化碳是一种常见的温室气体,和众多气体一起构成了人们赖以生存的大气层.它在强烈吸收地面长波辐射后,能向地面释放出波长更长的辐射,形成天然的温室效应,对地面起到保温作用.二氧化碳的存在,将地表温度维持在15℃左右.其浓度一旦低于150ppm(1ppm为百万分之一),植物的光合作用就会停止,全世界的植物都会死亡.没有了植物,动物和人类也会随之消亡了.自工业革命以来,由于人类活动排放了大量的二氧化碳等温室气体,使得大气中温室气体的浓度急剧升高,结果造成增强的温室效应.据统计,工业化以前全球年均大气二氧化碳浓度为278ppm ,2012年增至393.1ppm ,到2014年4月,北半球大气中月均二氧化碳浓度首次超过400ppm.2019年5月,地球大气中二氧化碳浓度又创新高,达到415ppm ,引起了社会各界的广泛关注.     

用一年生植物研究大气△~(14)C分布与化石源CO_2排放

利用加速器质谱(AMS)技术,通过测量北京地区一年生植物放射性碳同位素(14C),系统分析了2009年5～9月北京地区大气△14C水平和化石源CO2浓度分布.研究结果表明,北京地区大气△14C最高值为29.6‰±2.2‰,最低值为-28.2‰±2.5‰,表现出远郊-近郊-市区依次递减趋势,这与由人类活动(人口密度、交通流量等)引起的化石源CO2排放增加呈相反的变化趋势,即人类活动频繁地区大气△14C值较低.2009年5～9月北京地区大气化石源CO2浓度变化范围为(3.9±1.0)～(25.4±1.0)ppm,每排放1ppm化石源CO2可使大气△14C水平下降～2.70‰.用AMS测量一年生植物14C这一方法,为快速示踪大气化石源CO2浓度提供了有效手段.     

末次冰期以来全球陆地植被中C3/C4植物相对丰度时空变化基本特征及其可能的驱动机制

末次冰期以来的陆地植被中C3/C4植物相对丰度变化的主要驱动因素曾被广泛的争论,尽管越来越多的研究者认同气候因素,而不是大气CO2浓度,是最主要的驱动因素.但对于某一具体的研究区域而言,温度还是降水是最主要的驱动因素,仍存在不同的认识.由于具体的研究区域,温度和降水的变幅相对有限,且经常协同变化,因此从更广阔的空间尺度来对有关研究结果进行总结,或许可获得更清晰的认识.对全球末次冰期以来的C3/C4植物相对丰度变化记录进行梳理,发现其存在明显的规律性,即:除地中海式气候地区外;在高纬度地区,末次冰期以来,均以C3植物占绝对优势;在中纬度地区,末次冰期至全新世,C4植物相对丰度上升;而低纬度地区,末次冰期至全新世,C4植物相对丰度下降.结合现代过程研究结果,探讨了末次冰期以来陆地植被C3/C4植物相对丰度变化的驱动机制,认为在末次冰期以来的大气CO2浓度背景下,温度是C3/C4植物相对丰度的首要控制因素,温度条件满足之后,则水分条件成为主要控制因素.这些认识对于将来获得的更高分辨率的过去C3/C4植物相对丰度记录的气候环境信息解译,以及在可靠的温度和大气CO2浓度背景条件下,理解更长时间尺度的C3/C4植物相对丰度变化的驱动机制,均具有一定的意义.     

基于伴随方法的大气污染溯源

大气污染防治的核心是找准污染源头,厘清污染成因,实现靶向治理,提高控制效率.本文建立了全国空气质量高分辨率预报与污染控制决策支持系统(NARS,呐思系统),实现了气象与大气化学的监测、同化、预报、溯源、排放源反演和动态优化控制等大气污染闭环防控,可为大气污染防控提供一整套解决方案,其中所建立的CAMx伴随溯源模式,实现了排放源动态反演和网格化定量溯源,可快速定量追溯导致目标区域未来7天大气污染的排放源及其贡献率时空分布.针对2016年9月~2017年3月北京主城区PM_(2.5)集中污染时间段进行了排放源反演、气象场预报、空气质量预报和网格化溯源.与京津冀地区国控点监测结果进行了对比分析,结果表明污染过程、污染等级和污染物浓度预报的准确率分别为100%、88.8%和84.7%,预报值和监测值之间的相关系数为0.81.网格化溯源结果表明导致北京主城区PM_(2.5)污染的排放源基本来自于北京西南方向这一条大气污染物传输通道,北京本地、河北、天津及周边地区排放源对北京主城区PM_(2.5)浓度分别贡献了66%、29%、5%.就重污染过程而言,京津冀排放总量的19%导致了北京主城区80%的PM_(2.5)重度及以上污染,其中北京本地占京津冀排放总量的9%贡献63%、河北占京津冀排放总量的10%贡献17%.就整体污染天气而言,京津冀排放的26%导致了北京主城区80%的PM_(2.5)轻度以上污染,其中北京本地占京津冀排放总量的9%贡献61%、河北占排放总量的15%贡献18%,天津占排放总量的2%贡献1%.导致北京主城区PM_(2.5)污染的排放源主要分布在北京城区和南部区域、保定和石家庄所辖的部分区县,贡献排名前6位的区县均为北京辖区,贡献率合计为48%,前20个区县的总体贡献为73%.将动态反演排放源方法与调查排放清单相结合,应用伴随溯源模式对预报结果进行同步大气污染溯源,可为大气重污染应急控制找准控制对象,并进行损益评估,运用自然控制论,实现大气污染应急优化控制.     

大气CO2浓度升高对全球CH4排放的影响

论述了全球变化中２个重要温室气体ＣＯ２和ＣＨ４的关系,指出在未来ＣＯ２浓度升高的条件下,全球ＣＨ４的排放将受到较大影响,有可能导致未来大气ＣＨ４浓度有较大的增长。ＣＯ２浓度升高的这种作用可能通过两条途径影响全球ＣＨ４排放,首先通过提高ＣＨ４主要排放源稻田和自然湿地植物的光合作用,使植物生物量,根系分泌物,土壤有机物等的积累增加,从而使排放源的ＣＨ４排放速度增加;其次结合其他全球变化驱动力,ＣＯ２浓     

苯并苊类化合物在气溶胶中的检出及其环境地球化学意义

在燃煤源气溶胶中检测出2个相对分子质量为202的芳烃化合物, 通过加氢色谱-质谱分析, 结合文献数据确定为苯并苊类. 对不同来源气溶胶组成研究表明, 苯并苊广泛存在于城市大气气溶胶中, 在桔杆、木碳及煤的燃烧产物中浓度很高, 而在汽车排放气体颗粒物、降尘、环境污水、土壤及河道沉积物中含量较低或无法检出. 分析了苯并苊类的可能来源其环境意义, 认为苯并苊类的浓度有可能成为污染源识别及贡献率评价的重要指标.