对流层顶变化对上对流层/下平流层臭氧分布的影响

上对流层和下平流层(UT/LS),位于8—25km高度之间,是大气中一个很特殊的区域。大部分的臭氧分布在下平流层,在下平流层臭氧的含量发生一个很小的变化,就会对气候和地面的紫外辐射产生很大的影响。而作为气象参数的对流层顶,是充分混合、缺乏臭氧的上对流层和层结稳定、臭氧丰富的下平流层之间的边界或过渡层,其变化对臭氧总量和分布有直接和明显的影响。本文使用二维模式模拟研究对流层顶变化对臭氧在UT/LS分布的影响。模拟结果表明对流层顶的季节变化对UT/LS的臭氧分布有明显的影响,臭氧的局地变化可以超过10％。在冬季北半球中纬度对流层顶高度升高1km时,模式结果表明对臭氧分布的影响比较显著,局地变化可超过6％,但是对臭氧总量的影响较小,变化不超过5DU,小于观测资料统计分析的结果。

地表紫外辐射的变化

近年来紫外(UV)辐射测量的质量和数量已大大提高。不同仪器测量值之间的差异工减少到5%的量级。但长期变化的探测仍是一个问题,几乎没有历史数据可用来作本底的估计。所增加的UV辐射明显与南极春季臭氧减少相关。测量表明南极UV辐射极大值正好出现在夏至之前,南极洲Palmer站(64°S)春季臭氧耗损期间危害DNA的辐射可超过美国圣迭戈站(32°N)的夏季最高值。中纬度地区UV辐射增加较小。但对特定波长进行检查可发现,与1992/1993年北半球低柱臭氧量记录相联系的UV辐射增加是很明显的。阿根廷、智利、新西兰和澳大利亚的观测表明,这些地区的UV辐射水平比北半球相应纬度地区要高,平流层臭氧以及对流层污染的差别可能对此起了作用。对流层臭氧和气溶胶对UV-B总辐照度的减少作用是明显的。在一些地方,对流层污染自工业化前以来已有明显增加,这导致了地表UV辐射的减少。然而现在对流层污染变化对UV辐射变化的影响相对平流层臭氧减少的影响来说可能仅是一个小量。卫星测得的1979～1993年全球臭氧资料表明,在南北半球的中高纬度地区都有显著的UV-B辐射增加,而热带地区的变化小。然而这个估计的前提是在这段时期云和对流层污染保持不变。按照现在的氯氟烃(CFC)逐步禁止计划,全球UV辐射水平预计在本世纪末将达列峰值,这是与平流层氯含量出现峰值以及相应的臭氧耗损相联系的。可望在今后50年中逐步恢复到臭氧耗损之前的水平。

太阳紫外线幅射增加对对流层组成与空气质量的影响

平流层臭氧减少导致穿透到大气下层的UV-B辐射增加。其结果使控制对流层化学反应的关键痕量气体的光解率提高。这足以使对流层的臭氧(O_3)和有关的氧化剂诸如过氧化氢(H_2O_2)的生成和破坏都增加。而已知它们对人类健康、陆生植物,与户外材料有不利影响。大气中羟基(OH)浓度的变化可能改变气候上重要的气体诸如甲烷(CH_4)与CFC置换物的大气寿命。根据 1979到1992年间卫星对臭氧柱的测量,估算了对流层O_3的光解率系数的变化趋势。北半球大约为每年+0.32±0.04%;南半球大约为每年+0.40±0.05%。相应模式计算表明对流层化学组成的变化是非线性的并且对盛行的氮氧化物(NO_x)水平是灵敏的。在污染地区(高NO_x),预期对流层O_3会增加,在日间早些时候达到潜在有害的浓度并导致城市地区空气氧化剂超标的频率升高。因为那里O_3水平接近空气质量临界值已成惯例。在轻污染地区(低NO_x),O_3增加可能少些甚或降低。预期其他氧化剂,诸如 H_2O_2和 HO的浓度在污染和轻污染地区都会增加。H_2O_2浓度的变化可能影响酸雨的地理分布。农村地区可能变得更像城市同,时具有边远对流层状况的区域可能减少。OH浓度增加几乎成比例地降低 CH_4和CFC置换物诸如HCFCs与 HFCs在对流层处于平衡状态的浓度。由此看来,测量到的臭氧柱的缩减(TOMS,1979～1992)似乎使CH_4在过去十年有中度增长,而且全球 CH_4的下滑趋势约 1/3可能归因于此。人为与自然来源的硫(例如硫化羰和二甲硫)经氧化作用和随后的成核作用形成诸如云凝聚核这样的颗粒物质。这个形成过程也可能由于对流层活泼性增强而变化。这些过程仍未完全弄明白,然而它们不失为平流层臭氧减少,对流层化学与气候变化之间复杂反馈的可能性的例证。

典型夏季珠江三角洲地区植被的异戊二烯排放

利用中巴卫星影像采用监督分类的方法对影像进行解译,并反演珠江三角洲4种主要的植被类型(PFT).利用自然排放气体和气溶胶模式——MEGAN(Model of Emissions of Gases and Aerosols from Nature),对典型夏季日珠江三角洲地区植被异戊二烯的排放进行了初步研究.结果显示:估算日珠江三角洲植被异戊二烯总的排放量为1.73×106kg(以C计,下同).异戊二烯的排放有明显的日变化特征,最大排放量出现在14:00,为2.39×105kg.广州、江门和惠州的异戊二烯平均排放速率最大,分别为4580g·km-·2h-1、4250g·km-·2h-1和4130g·km-·2h-1;同时江门和惠州也为异戊二烯日排放量的高值区,其日排放总量分别为4.60×105kg和4.29×105kg,排放贡献率分别为26.6%和24.8%.

上海地区臭氧周末效应研究

分析了2006年上海5个臭氧监测站（徐家汇、崇明、宝山、浦东和金山）周末与工作日臭氧浓度的变化规律，发现上海徐家汇与国外许多城市中心一样，存在周末臭氧浓度比工作日高，而臭氧前体物NO，NO2，CO和VOCs的浓度却是周末要比工作日低的“臭氧周末效应”．一方面，上海徐汇区NO2／NO在周末比工作日要高25．61％，NO排放的减少是造成上海臭氧周末效应可能的化学原因；另一方面，上海徐家汇由于周末NOx（NO＋NO2）比工作日在清晨（05：00-09：00）平均减少近12．13％，使清晨NO抑制臭氧生成的持续时间比工作日少近半个小时，周末臭氧积累持续时间更长，臭氧平均生成速率更大．臭氧的产生率是关于环境中VOCs与NOx混合比率的函数．上海徐家汇VOCs与NOx比率周末为4．55，工作日为4．37，位于VOC敏感区．由于周末NOx和VOCs减少，VOCs／NOx比率增加，使臭氧从73mL/L增加到80nL/L，这与上海徐家汇的“周末效应”基本一致．利用MICAPS云量资料做进一步分析．周末、工作日臭氧值都随云量增加而降低，并且明显发现徐家汇臭氧“周末效应”随云量增加而逐渐减弱．云量的增加最终结果使臭氧“周末效应”几乎消失，说明徐家汇臭氧“周末效应”是由于臭氧光化学生成引起的．