酸雨对陆地生态系统影响与防治研究

被生态学家、环境学家称为“空中杀手”的酸雨，以其对地球生态系统的毁灭性破坏而引起世界各国科学家、政要的关注．本文在综述了酸雨对陆地生态系统危害、生态系统对酸雨的敏感性、植物酸致损伤机理的基础上，探讨了我国酸沉降严重危害地区生态系统恢复技术和措施，以及化学控制植物代谢减轻酸雨伤害的生态生理学研究近况．     

大气粉尘和酸雨

酸性大气污染物的排放量已经大大的减少了，为何酸雨危害仍然十分严重？大气粉尘可能是其中的一个原因。在过去的几十年里，科学家不断地研究酸雨及其对环境所造成的影响。随着对酸性大气污染物危害作用的逐渐了解，北美和欧洲一些国家的政府开始控制这些化合物的排放，并建立了一系列的法律来控制二氧化硫和氮氧化物的排放。政府希望酸性化合物排放量的减少能使许多地区的森林、湖泊和河流重新恢复生机。从某些方面来说，这个问题好象已经解决了。但是酸雨问题并没有随之消失。为什么在加强了污染控制后，酸雨仍不断地降落在欧洲和北美的部…     

酸雨及其危害

根据国家环保局前不久公布的"我国大气污染现状"资料,我国酸雨正呈蔓延之势,成为继欧洲、北美之后世界上第三大酸雨区,酸雨面积已占国土面积的30%.监测表明,我国西南地区(如重庆、贵阳、南宁)酸雨较为严重;长江以南的上海、武汉、杭州也经常出现酸雨;北方城市中的西安、铜川、图门和青岛,酸雨的量和酸性都非常突出.     

四川盆地降水过程中水气之间SO_2浓度关系

Drewes在SMICK模式中,已将大气化学动力学和大气输送扩散过程联合起来,提出了在降水过程中污染物液相和气相浓度的两类控制方程,在实际应用中获得了好的结果,并指出液相浓度受气体浓度的影响。Pena研究过降水中SO_2含量与大气中浓度之间关系,并分析了SO_2与降水中pH的关系。Hales利用SO_2液相和气相浓度平衡关系,由已知气体浓度计算水中SO_2含量,并和实际作了比较。     

中国酸雨模式研究回顾与所面临的挑战

本文阐述了我国开展酸雨研究以来所取得的关于酸雨形成原因、化学特征以及时空分布特征等方面的研究成果,重点介绍了目前我国主要的酸雨数值模式研究的现状,指出了我国酸雨未来的变化趋势和模式研究面临的新挑战。     

四川省大气稳定度频率的分布

一、引言大气环境监测和环境保护的一个中心课题是污染物的浓度分布。大气的基本状态主导了污染物的输送、扩散和浓度分布,反映大气热力性质的大气稳定度、是影响污染物扩散的主要气象因素之一。当大气处于稳定状态时,污染物在大气中扩散速率小,范围狭窄;当大气处于不稳定状态时,情况恰恰相反。换言之,不同的稳定度,定性地决定了大气湍流状态和平均风速的大小。正确地确定稳定度类别是计算污染浓度分布的关键。正因为如此,扩散理论     

东亚夏季降水和高空急流关系的未来变化预估

利用CMIP5(Coupled Model Intercomparison Projectphase5)中的17个模式,基于历史试验、RCP4.5以及RCP8.5排放情景下的模拟结果,分析了东亚夏季降水及东亚高空急流的时空分布特征.分析结果发现:模式结果能较好模拟出东亚和西北太平洋地区降水和高空纬向风较强的年际变率,以及东亚雨带降水异常和东亚高空急流南北偏移之间的相关关系.此外,预估结果表明在RCP4.5和RCP8.5两种排放情景下,21世纪东亚雨带降水以及高空急流的年际变率增强,这与以往的研究结果吻合.同时也发现,虽然模式之间尚存在较明显的差异,但是总体来说,在全球变暖背景下,东亚夏季雨带降水异常和东亚高空急流南北偏移之间的关系将变得更加密切.     

全球变暖背景下中国旱涝气候灾害的演变特征及趋势*

旱涝气候灾害是中国最严重的自然灾害之一,它不仅分布广、发生频率高,而且造成巨大的经济损失。研究表明：随着全球变暖中国旱涝气候灾害的年际和年代际变化更加明显,这是由于包括海陆气各圈层相互作用的东亚季风气候系统的变异所造成。笔者利用IPCC AR4 22个海陆气耦合气候数值模式的计算结果对在A1B排放情景下21世纪各时期东亚夏季风降水的变化趋势进行预估,结果表明：在全球变暖背景下东亚夏季风降水在21世纪不仅年际变率增强,而且从21世纪中期亚洲夏季风增强,它将引起中国华北和华南地区夏季降水明显变强,洪涝灾害增多。     

与动力场相耦合的区域沙尘分档模式及个例模拟

综合考虑沙尘的起沙、扬沙、输送、干沉降、湿沉降等物理过程, 建立了一个比较完善的综合沙尘过程模式, 并与MM5中尺度动力模式相耦合, 构成区域沙尘模式. 模式中利用摩擦速度和地表信息资料, 对起沙通量作了订正; 扬沙过程, 根据流场、不同的边界层和不同的积云对流参数化方案, 分别处理; 模式中沙尘的沉降分为干沉降和湿沉降, 对沙尘粒子作了按尺度的分档处理, 对于显式或隐式降水都作了比较精细的考虑. 该模式对2002年3月20日和2002年4月7日影响我国北方大部分地区的强沙尘天气的形成和输送过程进行了模拟试验, 结果表明, 模式能较好地模拟沙尘过程的形成和传输扩散特征.     

编者按

<正>环境污染问题已成为人类社会发展所面临的最严重的挑战之一.控制和减少污染物排放、保护和改善赖以生存的生态环境、实现社会与经济可持续发展,是人类面临的重要而紧迫的任务.目前我国处在污染物集中爆发阶段,各类污染物治理迫在眉睫.环境催化就是一种将环境工程与催化技术相结合的污染物控制科学与技术.环境催化是环境科学与催化科学交叉的新兴学科     

利用MOPITT卫星资料计算CO源排放的新方法

利用MOPITT卫星资料和MOZART模式, 提出一种新的计算CO源排放的方法. 大气中CO浓度的变化由排放、传输、化学转化及沉降等物理化学过程决定, 这些过程的相互关系可从CO的收支平衡方程分析得到. 利用Horowitz源排放清单和MOZART模式模拟这些物理化学过程, 分析各个格点上CO浓度与各物理化学过程的相互关系, 利用这个变化关系, 结合2004年MOPITT观测的月平均CO浓度, 即可建立2004年各月CO的收支平衡方程, 计算出2004年各月各格点上CO的排放量. 该方法直接明了, 易于更新, 可以得到特定时间分辨率的源排放, 因此更接近实际源排放的情况. 利用该方法得到的CO新排放分布特征与Horowitz源排放大体一致, 但强度明显大于后者, 约为后者的1～2倍, 新源更能代表21世纪初CO源的月排放情况, 在人类活动影响较大的东亚和美国东部地区, Horowitz源显著低估了实际的CO源排放.     

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.     

基于临界负荷择选硫和氮沉降控制

为了科学地制定酸沉降控制政策, 基于稳定状态质量平衡法(SMB)建立了临界负荷函数, 绘制出二维临界负荷函数曲线图, 提出可将该曲线图定义出五种不同的控制区域, 即临界负荷区(无需控制区)、S沉降控制区、N沉降控制区、S和N沉降选择控制区以及S和N沉降同时控制区, 根据沉降状态点落在不同的控制区域内选择相应的控制途径. 考虑到中国盐基阳离子沉降(BC_dep)高的特点, 将BC_dep作为变量, 得到三维的临界负荷函数曲面与硫和氮沉降控制区. 以广州地区的赤红壤为例, 根据当前沉降数据和植被数据, 结合采样实测的土壤数据, 计算得到当前状态下的沉降点位于临界负荷区, 但若BC_dep下降75%, 则位于S沉降控制区, 表明应进行硫沉降的控制; 若进一步考虑营养氮的临界负荷值, 则当前的沉降状态处于N沉降控制区内, 随着BC_dep值的下降, 逐步转变为S和N沉降同时控制区, 表明应同时控制硫沉降和氮沉降.     

华北大气污染物沉降量已成为全球最高区域之一

[本刊讯]中国科学院大气物理研究所大气分中心研究员王跃思课题组的潘月鹏、唐贵谦和吴丹全面评估了华北区域硫、氮和重金属等污染物的干湿沉降通量,并对它们的生态风险进行了评价,一系列的研究显示:我国华北区域大气硫、氮和重金属沉降量已成为全球最高区域之一。首批数据集成结果在Atmospheric Chemistry and Physics等国际刊物陆续发表。干湿沉降是大气自然净化的重要途径,如果这一过程将大量人为     

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.     

大都市的现代农业（上）——巴黎大区农业的演变

如今,城市化进程和农业区域的可持续性等问题引发了社会的担忧,改变农业从业人员与环境之间的关系,既有技术革新,也有社会经济变革。本文的作者是一位留学中国的法国学生,他试图以法国巴黎为例,探讨现代都市的农业发展模式。文章分成两个主题,分别是＂巴黎大区农业的演变＂和＂可持续农业的实践＂。本期先行刊登＂巴黎大区农业的演变＂主题。     

区域输送对北京夏季臭氧浓度影响的数值模拟研究

奥运期间北京需要良好的空气质量,北京周边地区的大气污染物排放对北京夏季的空气质量有重要影响。利用嵌套网格空气质量预报模式系统(NAQPMS)模拟了2006年8月份北京及周边地区臭氧的污染情况,并采用质量追踪法分别计算了周边各地区的臭氧污染对北京的贡献率。结果表明,模式系统可合理再现北京及周边地区臭氧的浓度变化情况和输送过程;周边地区的污染输送对北京的臭氧浓度有不同程度的影响,影响较大的地区是天津、张家口、保定和廊坊,其中影响最大的来源是保定,其对北京市区和远郊最大落区的最大贡献率分别达到了28.1%和59.5%;风场是影响周边地区污染输送的主要气象因素。     

长江以南高流燃煤的环境效应与控制

研究表明：小型高硫煤矿生产的燃料煤已成为长江以南酸雨的主要来源。S、C在自然界面上的循环可以通过酸雨作用于碳酸盐岩石来实现。在酸雨影响下,目前,我国南方每年由于石灰岩的溶蚀使大气中的CO_2增加数量为(6.48~6.73)X10~(10)mol,这是温室气体CO_2的一个未曾重视的新来源。长江以南中小城市及邻近小型煤矿的开采硫品位应控制在1.32%以下,从而使该地区大气环境质量控制在国家二级标准以内。     

由粒子引起的大气污染

在世界的很多地方,古典建筑物的表面正在受到侵蚀;土壤和湖泊正变得异常地酸性,从而导致植物和鱼群的减少或消失。现在,大部分的破坏是起因于酸雨:雨或雪所携带的、被溶解了的酸。然而,湿的沉淀不是污染物从大气到达地球的唯一方式;即使在干燥的条件下,扩散和其它过程能够使得酸性气体和粒子设法到达地面。很多环境科学家推测:干的沉积物对物质和环境的破坏力同受到污染的雨或雪的一样,并且他们建议:经过改进的“酸雨”将包括湿和干两种污染。     

穿透水方法估算主要可溶性无机组分的干沉降通量

选择重庆市铁山坪小流域背景点开展酸沉降的观测研究, 采用穿透水方法估算了硫、钙和氮的干沉降通量. 结果显示铁山坪监测点硫、钙的干沉降通量远高于国外类似森林背景地区的观测结果, 氮的干沉降通量则与这些地区的结果处于同一数量级内; 硫、钙和氮的干沉降通量均超过湿沉降通量. 此外, 通过冠层收支模型的计算, 证实常规的穿透水计算方法会在一定程度上低估含氮组分的干沉降通量.