中国地区生物质燃烧源排放的时空分布特征和排放清单比较

生物质燃烧向大气中排放大量痕量气体和颗粒物,源排放清单是深入研究生物质燃烧环境气候效应的重要基础数据。利用全球火排放数据库GFED(Global Fire Emissions Database)、NCAR全球火排放清单FINN(Fire INventory from NCAR)和中国露天生物质燃烧排放清单MEIC(Multi-resolution Emission Inventory for China),对2008~2017年中国地区生物质燃烧源排放的空间分布、季节和年际变化特征以及不同清单间的异同进行分析研究。3个清单都显示生物质燃烧释放的黑碳(BC)、有机碳(OC)、空气动力学粒径小于2.5μm的颗粒物(PM2.5)和一氧化碳(CO)在中国东北、长江和黄河下游之间地区和中国南方的排放量较高,与我国的主要农作物产地和森林地区分布一致。FINN清单排放量在华南地区与西南地区比其他两个清单高,而GFED清单排放量在长三角地区比其他两个清单排放量高。中国地区平均生物质燃烧排放量在春季出现峰值,而在不同的生物质燃烧地区峰值出现的季节不同,与各地农作物播种、收获时节和农耕习惯不同有关。2008~2017年,中国地区年平均生物质燃烧排放量的峰值主要出现在2014年,但各地区峰值出现的年份明显不同,东北、华中/东、华南和西南地区分别在2015年、2013年、2008年和2010年排放量达到最大。对于BC、OC和PM2.5,GFED和MEIC清单中的排放量比较接近,而FINN中的排放量是GFED和MEIC中的2~3倍;3个清单中CO的排放量比较接近。2014年生物质燃烧源排放与人为源排放的对比分析表明,所有物种中,生物质燃烧排放的OC和PM2.5相对于人为源排放量占比最大,3个清单中占比分别为9%~24%和5%~16%,说明生物质燃烧排放的OC和一次PM2.5是中国气溶胶的重要来源。

硫酸盐气溶胶直接和间接辐射气候效应的模拟研究

将大气化学模式引入到区域气候模式中 ,实现同步计算大气化学成分和气象要素 ,以中国地区 1994年 1、4、7、10月为研究对象 ,模拟了 4个月的气候变化 ,通过分析发现 :硫酸盐气溶胶的直接和间接辐射效应都使大气顶产生负的辐射强迫 ,使地面气温下降 ;间接效应的引入加剧了辐射强迫和地面降温 ,是一个不可忽视的重要过程 。

东亚地区矿物尘气溶胶直接辐射强迫的初步模拟研究

为研究东亚地区矿物尘气溶胶的直接辐射效应,在区域气候模式RegCM3中加入起尘方案、建立矿物尘气溶胶输送模式,并将其辐射过程加入区域气候模式的辐射方案.通过对2001年3月～2002年3月的模拟发现:中国西北和蒙古国年平均地表起尘率在1μg/(m2·s)以上,最大达到90μg/(m2·s)是东亚地区最主要的矿物尘气溶胶源地;东亚地区矿物尘气溶胶柱含量最大值达5g/m2,出现在塔克拉玛干沙漠和秦岭地区;气溶胶大气顶直接辐射强迫基本呈现大陆上为正、海洋上正负均有的分布特征,区域平均辐射强迫在春夏秋冬分别为1.08,0.88,0.37,0.40W/m2,短波辐射强迫在陆上为正、海上正负均有,长波辐射强迫均为正值;四季的地表辐射强迫分别为-5.64,-2.25,-1.37,-1.87W/m2;辐射强迫数值对矿物尘气溶胶单次散射反照率的变化较敏感.

生物质燃烧对东南亚及中国南方对流层臭氧含量影响的模拟研究

利用区域气候和大气化学模式系统 ,对 2 0 0 0年春季生物质燃烧排放影响东南亚及中国南部地区对流层臭氧含量进行模拟研究 .结果表明 ,春季东南亚和南亚的生物质燃烧不仅影响源区对流层臭氧含量 ,而且对处于环流下游的中国南部地区也有显著作用 ;燃烧源区主要影响对流层低层 ,下游地区则影响对流层中低层 .在源区引起的对流层臭氧总浓度增加达 2 1×10 -1g/m2 ,对下游的中国南部地区增加量为 9 0～ 12 0× 10 -2 g/m2 ;源区大气低层 10 0 0～ 90 0hPa的臭氧含量可增加 36×10 -9m3 /m3 以上 ,而在中国南部 75 0～ 70 0hPa高度上空的增加达 15× 10 -9m3 /m3 .

我国春季大气沙尘气溶胶分布和短波辐射效应的数值模拟

利用已建立的区域气候模式与大气化学模式耦和的模拟系统 ,在气候模式中引入了起沙机制 ,同时建立了与气候模式连接的沙尘气溶胶输送模式 ,模拟沙尘的输送、扩散、沉降等过程 .通过对 1 998年 4月的模拟 ,分析得到中国地区沙尘气溶胶的主要源区分布情况、沙尘的浓度分布特点和光学厚度特征 ,并且将一次沙尘暴个例与同期卫星观测的气溶胶指数分布做了对比 .进一步模拟了沙尘气溶胶辐射效应 ,发现沙尘气溶胶能减少地面的辐射净收入 ,使南方的大气辐射收入减少 ,使北方的大气辐射收入增加 .

我国对流层臭氧增加对气温的影响

利用耦合的区域气候模式和大气化学模式模拟对流层臭氧的产生、分布和对辐射传输、地表温度、气温等的影响。通过对比模拟发现:对流层中臭氧的增加基本使大气顶晴空辐射强迫为正;对流层中的臭氧含量变化能影响云量且进一步影响温度。由于对流层臭氧增加导致的晴空辐射强迫在4月份最大,1月份最小。

全球变暖背景下东亚对流层顶高度演变特征的研究

研究了1948～2004年东亚增暖背景下对流层顶高度的演变特征,重点分析对流层温度、平流层中下部温度与对流层顶高度变化之间的关系。结果表明:东亚地区对流层顶高度在1970年代后呈现波动上升趋势,其上升趋势不如南半球显著;东亚对流层温度与对流层顶高度呈显著正相关,特别是对流层中上部温度与对流层顶高度的正相关最显著,这说明对流层中上部的增温对对流层顶高度的抬升贡献较大;东亚平流层中下层温度与对流层顶高度基本呈显著负相关,70 hPa层上的负相关最显著;近20年来东亚对流层温度上升了约0.2℃,平流层中下部温度下降了约1.2℃,对流顶高度上升了约86 m,对流层的增暖和平流层的冷却作用共同导致了东亚对流层顶高度的变化。

区域气候模式和大气化学模式对中国地区气候变化和对流层臭氧分布的模拟

在区域气候模式的基础上引入了对流层大气化学模式 ,并实现两者的双向反馈连接 ,利用该模式系统模拟中国地区对流层大气臭氧和区域气候 ,发现东亚季风是影响中国地区对流层大气臭氧分布的重要原因 ,并且对流层臭氧分布局域性较为明显 .模拟也得到了模拟区域气候的四个典型月特征 ,并与分析资料对比验证了所得结果 .此外利用大气化学模式计算的臭氧反馈到区域气候模式中 ,模拟对流层臭氧增加背景下 。

近五年来东亚春季黑炭气溶胶分布输送和辐射效应的模拟研究

通过对 2 0 0 0～ 2 0 0 4年 2～ 4月东亚地区人为和生物质燃烧排放黑炭气溶胶的模拟 ,分析 5年平均的结果 ,发现 :春季 ,东亚地区印度、中南半岛、中国东部存在三个显著的黑炭气溶胶大值区 ,最大柱含量均在 1mg·m- 2 以上 ,印度半岛的排放能影响中国南方 2 5°N～ 30°N之间区域 ,而中南半岛的排放能影响中国 2 5°N以南的大陆地区。85 0～ 70 0hPa是中南半岛排放输送进入中国的主要层次。中国华北和东北的排放向东输送影响朝鲜半岛、日本等地 ,但中国春季的输出量小于境外对中国的输入量 ;境外注入对中国西部和江南地区影响显著 ,对中国北方地区影响较小。黑炭气溶胶引起晴空和云天大气顶净向下辐射通量增大 ,地表净向下辐射通量减小 ,辐射通量变化最显著地区在中国四川、湖北一带 ,大气顶辐射通量增大最大为 4W·m- 2 ,地表通量减小最大约 - 5 5W·m- 2 。

矿尘气溶胶短波辐射效应的初步研究

在辐射传输模式CRM中引入粒径为0.5、1.0、2.0、4.0、8.0 m的5段矿尘气溶胶粒子,模拟计算气溶胶对短波辐射通量的影响。计算结果表明:气溶胶引起晴空短波净辐射通量减少;在分布有气溶胶的层内,粒子半径增大、光学厚度增大都会使短波净辐射通量减少;在气溶胶层以上,辐射通量的变化与具体的粒子半径有关。

山谷地形流场和扩散的数值研究

运用三维非静力E—ε闭合模式 ,模拟了山体和山谷地形下的流场、湍流场和不同位置低矮点源扩散的污染物浓度分布。发现在不稳定时湍能的热力产生率并非在任何位置都是主要的。当风速较大时 ,在山谷底部机械产生率也可能超过热力产生率。对污染扩散的分析表明 :在近地面源条件下 ,稳定层结时如果出现小风 ,无论源在何处 ,都会造成一定范围内的严重污染 ,当污染源位于山前或山顶时 ,谷底的污染不剧烈。当污染源位于谷底时 ,无论何种层结、何种来流风速 ,都会造成山谷地区的严重污染。污染源位于山体沿来流方向的中心线上的谷底时 ,如果风速大 ,污染物沿回流输送 ;如果风速小 。

硫酸盐气溶胶直接辐射效应在线与离线模拟方法的比较

利用区域气候模式RegCM 2与大气化学模式连接的模拟系统 ,比较了硫酸盐气溶胶辐射强迫的在线、离线模拟方法的硫酸盐柱含量、大气顶直接辐射强迫及地表温度响应。发现 :在线与离线模拟方法得到的硫酸盐柱含量、有无反馈大气顶直接辐射强迫和地表温度响应在许多地区有很大差异 ,这种差异在较小区域平均的尺度上更显著 ,在全区域平均尺度上也较为明显 ,是不能被忽略的 ;结果显示从硫酸盐含量到辐射强迫和地表温度响应逐渐加大的差异 ,说明硫酸盐气溶胶的辐射强迫与模拟方法有关 ,显示出较大的不确定性。

对流边界层的大涡模拟研究

本文建立了一个均匀平坦地面上对流边界层的大涡模式，模式考虑了水汽，采用了考虑浮力和固壁影响订正的一阶闭合。并用所建模式进行了由热扰动发展的对流边界层的模拟及其对地表热状况变化响应的初步探讨性模拟工作。通过模拟认为，模式较好地反映了对流边界层的主要结构。

山区盆地大气湍流特征与污染扩散的数值试验

运用三维非静力大气动力学数值模式 ,模拟了稳定、中性和不稳定 3种层结下山区盆地的大气湍流和污染扩散特征 .通过模拟认为 ,在山区复杂地形条件下 ,由风切变引起的机械湍流是湍流运动的主要形式之一 ,它主要受风速的影响 .同时 ,在非中性层结下 ,热力湍流也是湍流运动的主要形式之一 .由于地形复杂和层结变化 ,使得污染扩散与平原地区有较大差异 ,在稳定层结条件下可以产生高浓度的污染 .

三维非静力E-ε闭合模式对山体流场及浓度分布的模拟

本文采用三维非静力E-ε闭合模式，在对流层边界层方程组中，加入湍能和耗散率方程描述边界层中的湍流运动。求解孤立三维山地地形上的流场、湍流场和浓度场，并分析地形对气流的影响及对污染物浓度分布的影响。同时做了不同坡度和不同风速下的孤立三维山体的流场、湍流场和浓度场比较。数值计算结果表明，地形能改变气流运动，气流过山时将出现分支现象，山后背坡有反向回流出现，并且回流区大小随着山体坡度的增大而增大。山体对气流的阻挡作用随山体高度的增加而更明显，随风速的增加而减弱。湍能及耗散率随高度衰减较快。随着山体坡度增加，山前气流的垂直速度也增加，湍流运动更强。风速大时湍流运动越显著。污染物在山前出现辐散，迎风坡是浓度高值区，山后背风坡也是相对高值区。山坡度越大，山前迎风坡污物浓度越高。

复杂地形空气质量模式的分析与实验

通过对理想山体模型在大气环境风洞中作示踪扩散的实验测量，以及利用ＣＴＤＭ扩散模式所作计算，为模式改进及其实际应用作了分析，提供了量化的参考依据．研究表明ＣＴＤＭ模式计算值与风洞测量值相差在两倍之内的点占总测点的百分率最高达１００％，最低为６２．１％，平均为８７．２％．利用所获得实验测量的结果，本文工作还对渡口山区扩散模式做了相应的计算分析。

硫酸盐直接辐射强迫的在线与固定转化率模拟方法的对比研究

以2000年1、4、7、10月为例,利用区域气候模式,比较了模拟硫酸盐气溶胶分布和直接辐射强迫的在线模拟方法与固定SO2到硫酸盐转化率方法,并与全球模式的结果进行了对比检验.结果表明:在线模拟得到的主要结果与全球平均结果符合得很好,但固定转化率方法存在明显偏差;两种方法硫酸盐柱含量的差异在-4～12 mg/m2范围内,占在线模拟柱含量的42%以上,7月份差异最显著,1月份差异最小;大气顶辐射强迫差异在-1.8～0.4 W/m2之间,此差别占在线辐射强迫的26%以上;采用36.7%的固定转化率对冬季过大、夏季偏小,只有春秋季的江南部分地区适合.由于固定转化率方法不能反映温度、辐射、水汽、云水等气象要素的季节性变化对硫酸盐生成率的影响,因而对硫酸盐含量和分布的季节变化模拟存在偏差,这是导致上述差异的重要原因.

近二十年全球变暖背景下东亚地区云量变化特征分析

利用ISCCP的D2云气候资料集,采用趋势分析方法得到了东亚地区1984—2006年各种不同种类云量的变化趋势,并重点分析了全球变暖背景下气温与不同云量变化之间的关系。结果表明:近20年东亚地区总云量和高、低云量呈现波动减少趋势,减少量分别为2.24%、1.65%和1.68%,中云量呈增加趋势,增加量为1.07%;且云量变化存在较大的区域差异。温室效应所导致的东亚地区气温改变和水汽含量变化,是导致云量分布变化的重要原因,在青藏高原、孟加拉湾及热带辐合带区域的气温与高云存在显著负相关,与中、低云存在正相关,而在西太平洋、日本以东以北洋面的气温与低云呈显著负相关,与高云呈正相关。

水雾输送扩散的数值研究

本文利用边界层能量闭合模式，对金沙江上某地水电站泄洪产生的水雾的输送和扩散过程进行了模拟，分析了对下风方向湿度场的影响和水雾存在范围与主要气象条件的关系。模拟表明：水雾分布范围随水雾源强的增大而增大，并且随风速增加而增加，与背景相对湿度关系不大；相对湿度受影响的范围与背景相对湿度几乎无关，但与水雾的源强，风速有关；在较高背景相对湿度的河谷地带，影响水雾分布范围的最主要因素是水雾源强和风速。

城市空气质量数值预报模式系统及其应用

介绍了一种城市空气质量数值预报模式系统 ,该系统由气象模式 (中尺度气象模式MM5及城市大气边界层模式CBLM)和大气污染物输送扩散化学模式组成 .将模式系统应用于南京市 ,试预报结果同监测结果一致 ,表明模式具有较好的模拟性能 .模式系统试运行后的检验改进工作 ,气象资料、污染源及环境参数等质量的提高 ,预报结果检验方法的确定等都是模式系统业务化时应予以充分考虑的 .