海洋大气边界层中大气气溶胶产生和发展数值模拟

建立了一个包含凝结过程、核化过程、凝并过程并可以描述粒子尺度变化的大气气溶胶模式,模拟了遥远海洋大气边界层中背景大气气溶胶的发展演变过程,计算结果表明气溶胶数浓度和ＳＯ２的大气浓度之间不是线性关系。新粒子的产生能力决定于已经存在的粒子分布和ＳＯ２浓度,已经存在的粒子减弱了新粒子的产生能力,而ＳＯ２浓度则明显地对粒子的产生有加强作用。     

北冰洋春夏季海洋大气边界层特征的初步研究

采用 1998年北冰洋表面热量平衡 (SHEBA)试验的飞机探测资料 ,分析北冰洋春、夏季海洋大气边界层 (MABL)的特征。结果表明 :春季北冰洋MABL基本为近中性层结 ,夏季为弱稳定层结 ;春季边界层高度高于夏季。MABL垂直结构可分为近地层、云下混合层、云层和逆温层 ;MABL顶的层积云呈块状分布 ,云层内湍流输送活跃 ;通量输送水平不均匀 ,动量、感热通量多向下输送、潜热通量向上输送 ;春季湍流强度随高度呈现双峰型分布     

上海-南极海洋边界层大气CH4浓度及其δ13C空间分布特征

在中国第22次南极科学考察期间,用Tedlar气袋采集了"雪龙号"考察船航线上海洋边界层大气样品,在室内分析了样品中CH4浓度及其分子的δ13C值,结果表明:在28.5°N~40°S区域,海洋边界层大气CH4浓度波动较大,峰值较多,平均值为(2.97±1.51)×10-6,明显高于全球大气CH4的平均浓度(约1.8×10-6),这主要与该区域的航迹靠近陆地,受人为源的影响有关;在40°S~69.17°S航迹,远离人类活动区,洋面大气CH4的浓度较稳定,平均浓度值为(1.92±0.14)×10-6,接近于目前全球大气CH4平均浓度.航线上CH4分子的δ13C的变化范围为:-37.49‰~-24.87‰,平均为-34.5±3.0‰.在28.5°N~40°S区域,边界层大气中CH4分子的δ13C值较高且波动较大,表明洋面大气的CH4浓度受到来自富13C的化石燃料、生物质燃烧等人为源的强烈影响;在40°S~69.17°S区域,δ13C值较稳定.海洋边界层大气的CH4浓度分布与大气温度也存在相关性.     

多尺度大气边界层与陆面物理过程模式的研究进展

本文以大气边界层物理、大气动力学、土壤物理、水文学和生物物理等理论为基础,研发了一系列适用于不同时空尺度的大气边界层与陆面物理过程模式：（1）基于地表能量和水分平衡方程,构建了新一代北京大学陆面物理过程模式（Land Surface Physics Process Model of Peking University,LSMPKU）;（2）基于城市街谷冠层结构以及相应物理过程,构建了北京大学单层城市冠层模式（Modified SingleLayer Urban Canopy Model of Peking University,UCMPKU）;（3）基于计算流体力学理论,构建了北京大学街区尺度模式（Block Scale Model of Peking University,BSMPKU）．通过模拟研究表明：上述模式在各自的时空适用尺度上均能很好地模拟出相应尺度上的主要大气物理过程,在与其他同类模式的对比实验中表现出明显的改进和提高．     

城市及乡村大气边界层结构的数值模拟

建立了一个研究城乡非均匀下垫面陆面物理过程与大气边界层相互作用的模式。模拟了城市及郊区、乡村下垫面的地面热量通量、地表温度、混合层高度及大气边界层结构等特征。对城乡之间的差别进行了对比。模式主要依赖于以下参数和物理量：地面反照率、下垫面粗糙度、土壤的可含水量、下垫面的热容量和热扩散系数、云量等参数。结果表明,本模式能合理地模拟不同地表热量平衡、地表气温、混合层高度、湍流交换系数、湍流动能、位温廓线等,以及它们的日变化。该模式所取参数主要针对北京市,时间为九月初,对于其他城市,参数应作相应的调整。本模式还可以用于其他均匀或非均匀下垫面的模拟。     

青藏高原中部地区不稳定大气边界层高度的确定与分析

利用1998年第2次青藏高原大气科学实验（Tibet Plateau Experiment, TIPEX）当雄大气边界层加强观测站的湍流观测资料,计算了青藏高原中部地区不稳定大气边界层的高度;结合低空探空获取的温度随高度的探测资料,对比分析了高原边界层演变规律,以及实验站干季、雨季不同时期的高原边界层发展规律异同;讨论了高原边界层厚度受高原地形的影响。得到高原边界层演变规律及高原边界层发展迅速,持续时间长等特点。     

黄海海洋大气中邻苯二甲酸酯类塑化剂的测定与分析

应用气相色谱-质谱联用技术,测定了黄海海洋大气中六种主要邻苯二甲酸酯的浓度。利用加标回收实验、空白实验、穿透性实验以及检出限等措施,保证实验结果的可靠性。对黄海海洋大气中PAEs的污染状况进行了分析。研究结果表明:黄海海洋大气中PAEs总浓度范围为75~311 ng/m3,平均浓度为190 ng/m3。Di BP为主要污染物,平均浓度达161 ng/m3。黄海周边地区释放的污染物对黄海大气中邻苯二甲酸酯的浓度有较大影响。     

大气中飘尘的SEM与EDS研究

利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)对在城市采集的大气中的飘尘进行了形态观察和X射线微区分析.通过对保定市不同地点采集到的大量飘尘颗粒进行X射线微区元素分析,得到冬季末期城市大气飘尘所含主要元素,从而对飘尘的形成原因及来源有了基本了解.对采集到的气溶胶颗粒的微区分析,发现含有比较明显的硫,氯成分,而且主要分布在颗粒外层.这表明冬季采暖烟尘排放是造成这类气溶胶颗粒形成的主要原因.研究证明,X射线微区分析对气溶胶的形成机理研究是一种有效的方法.     

大气与海洋角动量对地极运动季节性变化的激发

给出了大气角动量(AAM)和海洋角动量(OAM)对地极运动(极移)季节性变化激发的定量研究结果.对于周年极移的顺向分量和逆向分量,OAM的激发量约为AAM的42%和48%,对于半年极移的顺向分量和逆向分量,OAM的激发量约为AAM的84%和49%.无论是对于周年极移或半年极移,顺向分量或逆向分量,AAM与OAM激发的和,比起只考虑AAM,更接近于观测到的激发.这反映了OAM对季节性极移激发的显著贡献.AAM与OAM对季节性极移激发的和,跟观测到的激发仍存在一定的差异,这说明还存在其他的激发源需要进一步加以考虑.     

原油与柴油泄露影响海洋飞沫气溶胶中重金属与多环芳烃分布的实验室模拟研究

海洋泄漏原油中的重金属和多环芳烃等污染物会因为破碎波进入到海洋飞沫气溶胶中,造成更大范围的环境生态风险,而目前其具体机制和影响因素尚未充分探究。本研究以从长庆油田、新疆油田和渤海油田采集的原油以及中国石化的成品油为研究对象,设计了一套模拟产生海洋飞沫气溶胶的实验室装置,模拟了海洋表面浪花裹挟原油后再释放到大气的过程,并进行海洋飞沫气溶胶的粒径分布、多环芳烃和重金属的浓度及富集因子(EF)分析。研究发现,轻质油中的部分低分子量多环芳烃更易于从覆油海面迁移到海洋飞沫气溶胶中并发生富集(EF≥10);尽管油品本底值中的重金属浓度很低,但无论是柴油泄漏还是原油泄漏,重金属均会富集到在海洋飞沫气溶胶中,且浓度水平与多环芳烃相差较小,在300～1 800μg/m³;油膜厚度对海洋飞沫气溶胶中的重金属有十分显著的影响,随着油膜厚度的降低,海洋飞沫气溶胶中的重金属呈现“减少-增多-减少”的变化趋势。     

大气臭氧层动力学系统中化学与动力扩散耦合过程的研究

对平流层复杂过程控制的臭氧层系统,从支配耦合的动力学方程中解出臭氧宏观数密度行为定态解析解,并判别其稳定性.结果表明臭氧层动力学系统出现m=±Jo3/H的耦合时存在临界结构不稳定.通过对控制参数功能结构和时空结构的关系分析,发现了一些非常[O2]=6.75rk3,且对应重要的动态平衡耦合形式.主要包含有:(1)光化与催化的互耦平衡JO2的转折为Jo3/2;(2)化学排斥子和动力排斥子的分界分歧点(Jo3/2,±Jo3);(3)动力扩散与光化学作用控制的动态平衡射线m=±Jo3等.它们不同的组合结构提供了支配臭氧层系统演化过程的重要控制信息,从而揭示了臭氧层宏观行为的动力学特征.与此同时,还结合南极地区上空特征的大气环境条件,讨论了那里冬春季臭氧层演变的可能解释.