中国区域近地面臭氧时空分布变化及远距离输送影响研究

论文摘要

鉴于对流层臭氧（O3）对健康、生态、甚至气候变化的重要影响,国内外学者和决策制定者为其减控付出了巨大努力,但由于全球尺度上背景O3浓度的增加,目前在某一国家范围内的O3减控效果并不显著,应该将城市-区域-半球-全球尺度联合考虑,以跨尺度协同方式加以治理。作为近几十年来全球O3污染状况最为严重的地区之一,中国区域的O3研究已得到了广泛关注并取得了很多有意义的成果。然而,中国区域对流层O3的季节变化特征及影响因子,尤其是亚洲季风输送的影响,需要进一步深入研究;中国区域O3本底浓度的大小及影响因子,也是需要进一步探讨的科学问题;大气本底站的区域代表性和代表范围,是具有特色和创新性的科学问题。因此,在近年来中国区域O3污染日益严重的背景下,开展中国区域近地面O3时空分布变化及远距离输送影响研究,通过分析研究中国区域对流层（特别是近地面）O3及其前体物的时空变化特征,掌握其输送过程与化学转化机理,对于中国区域O3污染治理和有关青藏高原对我国及北半球环境和气候变化影响的研究都具有重要意义。本论文以2010-2012年为研究时段,采用平流层-对流层耦合的高分辨率全球大气化学-环流模式（EMAC）,结合中国区域6个大气本底观测站（瓦里关站、香格里拉站、阿克达拉站、临安站、上甸子站、龙凤山站）地面观测数据和卫星遥感观测数据,研究了中国区域对流层O3及其前体物浓度的时空分布特征,评估了6个大气本底观测站的O3季节变化特征及其区域代表性。通过对O3来源示踪模拟的方法,分析了14个不同纬度带上生成的O3对中国区域对流层O3时空分布变化及大气本底站近地面O3季节变化的贡献。通过全球不同地区CO污染排放源示踪模拟方法,研究了不同大陆地区污染气团远距离输送对中国不同地区O3变化的影响。中国区域NO2与CO的对流层柱浓度均表现为冬季高、夏季低的时空变化形式,O3对流层柱浓度夏季达到峰值,冬季为谷值。夏季中国区域大部分地区NOx的光化学循环反应对O3生成有积极的促进作用,冬季大部分地区O3的光化学循环生成受到抑制,重污染气团向下风方的输送有利于O3的光化学生成。中国西部边远地区与东部发达地区之间、西部（瓦里关站、香格里拉站、阿克达拉站）和东部（临安站、上甸子站、龙凤山站）各自的3个大气本底站之间都存在着不同程度的时空变化差异。夏季风将东南部和东中部地区污染向北部及东北部地区输送,造成中国地区由南向北O3背景浓度不断增加。中国区域对流层O3最大值在30oN以南多数出现在春季,30oN以北多数出现在夏季,各个大气本底站对流层O3与其周围一定范围区域在相同月份达到最大值,瓦里关站、香格里拉站、阿克达拉站、临安站、上甸子站、龙凤山站分别在6月、5月、4月、5月、6月、7月达到最大值,各大气本底站O3季节变化的区域代表性具有典型性。EMAC模式较好地再现了中国不同地区近地面O3浓度和变化趋势,反映出了中国区域大气O3具有东部高、西部低、夏季高、冬季低的时空分布特征,并较好地再现了不同区域O3高、低值中心的分布范围,准确刻画出了中国东部的O3高值中心和青藏高原的O3低值。中国区域近地面O3主要贡献源来自NHTS（北半球中高纬度对流层）,在春、夏季表现得尤为显著,对中国东部北方地区的对流层O3柱浓度贡献最大（夏季高达30-35 DU）。来自TRTS（热带对流层）的O3对中国华南地区对流层O3柱浓度贡献最大（各季节均在27 DU以上）,季节变化不显著。来自其他区域O3对中国区域影响相对较小。全球不同大陆地区污染源排放的CO对中国区域对流层CO和O3的影响具有较大的时空分布差异。来自东亚的CO对东北地区夏季有0-8 DU的贡献,与Ox的相关性只在夏季和冬季的中国东部北方地区为显著正相关区,表明东亚地区污染气团输送造成当地O3浓度升高;夏季青藏高原地区为显著负相关区,反映出平流层气团输送对高原地区的O3影响;华南、西南的显著负相关区主要与重污染气团对O3的滴定消耗有关。来自南亚的CO对西南地区春季有10-40 DU的贡献,与Ox的显著正相关区主要位于青藏高原南部的小范围地区。来自东南亚的CO对华南地区冬、春季有10-40 DU的贡献,与Ox的显著正相关区为春季南方部分地区。来自中东的CO对新疆地区全年有4-8 DU的贡献,与Ox的相关性在中国仅体现在新疆地区,且全年都表现为显著的负相关,主要由平流层输送导致。来自欧洲的CO对东北地区秋季有3 DU以上的贡献,与Ox的相关性在中国区域基本没有体现。总体来看,在中纬度西风环流和亚洲夏季风的影响下,来自全球不同大陆地区污染气团的远距离输送对中国区域Ox分布变化的影响并不体现在CO浓度的主要升高地区,而是在其下风方。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 引言
•   1.1 研究意义
•   1.2 研究进展
• 3研究进展'>    1.2.1 城市O₃研究进展
• 3研究进展'>    1.2.2 区域O₃研究进展
• 3研究进展'>    1.2.3 全球O₃研究进展
•   1.3 值得深入研究的科学问题
•   1.4 论文组成结构和研究内容
• 第2章 数据与方法
•   2.1 中国大气本底站观测数据
•     2.1.1 观测站点
•     2.1.2 观测仪器
•     2.1.3 处理方法
•   2.2 卫星遥感观测数据
• 3柱浓度'>    2.2.1 对流层O₃柱浓度
• 2、CO和 HCHO柱浓度'>    2.2.2 对流层NO₂、CO和 HCHO柱浓度
•     2.2.3 处理方法
•   2.3 全球大气化学-环流模式
•     2.3.1 EMAC概况
•     2.3.2 模式运行方案
•     2.3.3 模式示踪模拟
•   2.4 本章小结
• 3及其前体物对亚洲夏季风响应的卫星遥感数据分析'>第3章 中国区域O₃及其前体物对亚洲夏季风响应的卫星遥感数据分析
•   3.1 亚洲季风的季节变化
•     3.1.1 风场与水汽场
•     3.1.2 总云量
• 3前体物的分布'>  3.2 O₃前体物的分布
• 2'>    3.2.1 NO₂
•     3.2.2 CO
•     3.2.3 HCHO
• 3 的分布'>  3.3 O₃的分布
•     3.3.1 年平均分布
•     3.3.2 季节分布
•   3.4 纬向平均的逐月变化
• 2'>    3.4.1 NO₂
•     3.4.2 CO
• 3'>    3.4.3 O₃
• 3 与其前体物的相关性'>  3.5 O₃与其前体物的相关性
• 3与NO₂'>    3.5.1 O₃与NO₂
• 3与CO'>    3.5.2 O₃与CO
• 3 与水汽'>    3.5.3 O₃与水汽
•     3.5.4 不同污染状况下的相关性分析
•   3.6 本章小结
• 3季节变化及其区域特征研究'>第4章 中国区域大气本底站地面O₃季节变化及其区域特征研究
• 3及其前体物变化'>  4.1 中国区域大气本底站地面O₃及其前体物变化
•     4.1.1 逐日变化
•     4.1.2 逐月变化
•     4.1.3 季节变化
•     4.1.4 年平均日变化
• 3季节变化的区域特征'>  4.2 中国区域大气本底站O₃季节变化的区域特征
•     4.2.1 站点观测结果与卫星数据的对比
• 3季节变化的区域代表性'>    4.2.2 各大气本底站O₃季节变化的区域代表性
•   4.3 本章小结
• 第5章 EMAC模式的模拟效果评估
•   5.1 全球平流层温度
•   5.2 中国区域大气本底站逐月地面CO浓度
• 3浓度'>  5.3 中国区域大气本底站逐月地面O₃浓度
• 3柱浓度'>  5.4 中国区域对流层O₃柱浓度
•   5.5 本章小结
• 第6章 EMAC模式模拟结果分析
• 3季节变化的区域代表性'>  6.1 中国区域大气本底站O₃季节变化的区域代表性
• 3的来源'>  6.2 中国区域大气本底站近地面O₃的来源
• 3的来源'>  6.3 中国区域对流层O₃的来源
•   6.4 全球远距离输送对中国区域对流层CO柱浓度的影响
•   6.5 来自不同源区的近地面CO与 Ox的相关性
•   6.6 本章小结
• 第7章 总结与展望
•   7.1 主要研究结论
•   7.2 创新点
•   7.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果

文章来源

类型: 博士论文

作者: 刘宁微

导师: 马建中

关键词: 近地面,远距离输送,污染源示踪,亚洲夏季风,本底站区域代表性

来源: 中国气象科学研究院

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学

单位: 中国气象科学研究院

分类号: P467

总页数: 142

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