半干旱地区近地面臭氧特性的观测研究

摘要

O3是大气中极其重要的温室气体，对紫外辐射UV-AB波段具有很强的吸收作用，同时O3又具有很强的氧化性，参与大气中大部分化学和光化学反应。在全球变暖的大背景下O3对气候与环境的影响已经是人类关注的一个焦点。本文首次利用半干旱地区一个观测站点(SACOL)将近一年的O3观测资料，以及相关的其它资料对地面O3变化特征及影响因素进行分析研究，对该地区的近地面O3浓度进行模拟计算，以期系统地了解半干旱地区O3的基本特征。主要研究结果如下： 在不同的天气情况之下，地面O3浓度的日变化特征是：晴天、多云和沙尘天气的日变化曲线只有一个较大峰值区出现，而阴天、雨天和雪天的日变化曲线会有多个较大的峰值区域出现。在晴天O3浓度变化幅度最大，平均值也是最大，其次依次是多云天、阴天、降水天。 O3浓度的季节变化是白天平均O3浓度在夏季最大，然后依次是秋季、春季、冬季；夜间最大浓度也出现在夏季，春季次之，最小的是冬季。 SACOL站的全年O3浓度观测值均达到国家规定的一级环境质量标准。 在影响臭氧的气象要素中，温度与地面O3浓度之间日变化趋势相近，臭氧峰(谷)值比温度峰(谷)值出现的时间大约早(晚)1-2小时；降水对O3具有湿清除作用；冷锋过境会引起O3浓度的降低。 O3与前体物NO、NO2和CO之间的浓度呈负相关变化，日变化趋势相反。O3浓度升高有利于NO、NO2转化为其他形式的氮氧化物，导致NO、NO2的下降。O3浓度与NO2/NO的比值之间也有很强的对应关系，NO2/NO值的增大对应O3浓度的减小。 地面O3浓度和紫外辐射的年变化趋势相似，两者同在一年中的6-8月份达到最大值，最小值在11月到1月期间。在白天，地面紫外辐射强度晴天的要明显高于多云天和阴天，多云天的又要高于阴天，对应的O3浓度也有相似的特征。O3浓度的日变化峰(谷)值要迟于紫外辐射UV-AB峰(谷)值出现的时间。 分析了影响O3浓度的主要因子，其包括太阳辐射、化学和光化学过程和气溶胶。根据紫外辐射能量转化和守恒定律建立计算地面臭氧浓度的模型，并利用SACOL站2007年8-10三个月的相关资料进行逐步回归分析，得出计算地面O3浓度的回归方程。在晴天和实际天气状况下得到模式计算结果的相关性R都在0.9以上，光化学项、NO2项、紫外辐射项、气溶胶项对O3项都有显著性影响。而在阴雨天气紫外辐射项对O3的变化没有显著性影响，R值为0.881。在晴天的情况下影响O3项的因素排序依次是光化学项、NO2项、紫外辐射项、气溶胶项：在实际天气下依次是光化学项、气溶胶项、紫外辐射项、NO2项；在阴雨天气依次是光化学项、气溶胶项、NO2项。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1大气中的O3

1.2 O3的研究现状

1.3本文主要工作及研究特色

第二章站点及仪器介绍

2.1 站点介绍

2.2观测仪器介绍

2.2.1 ML/EC9810B型O3分析仪介绍

2.2.2 ML/EC9841 B型氮氧化物分析仪介绍

2.2.3 ML/EC9830B型一氧化碳分析仪介绍

2.2.4辐射和气象要素传感器介绍

2.3小结

第三章资料介绍及其质量控制

3.1资料介绍

3.2资料质量控制

3.3小结

第四章SACOL站O3特征分析

4.1O3在不同天气状况下的日变化特征分析

4.2 O3季节变化特征分析

4.2.1季节日变化特征分析

4.2.2日均值年变化特征分析

4.3气象要素对O3浓度变化的影响分析

4.3.1温度与O3浓度

4.3.2降水与O3浓度变化之间的关系

4.3.4一次冷锋过境O3浓度变化分析

4.4 SACOL站O3环境质量现状

4.5本章小结

第五章O3与前体物NOx和CO的关系分析

5.1 O3的在大气中生成的基本反应

5.1.1 NOx与O3之间的基本光化学循环

5.1.2 NO和CO在对O3的形成中的作用

5.2 NO、NO2、CO与O3浓度之间关系

5.2.1 NO、NO2、CO与O3浓度日变化分析

5.2.2 NO2/NO与O3之间关系分析

5.3小结

第六章太阳辐射对O3变化的影响分析

6.1太阳辐射

6.2紫外波段辐射与O3之间的关系

6.3小结

第七章地面O3计算模型的初步研究

7.1影响O3生消的因素

7.2地面O3浓度的计算模型的建立

7.3地面O3总量的计算

7.4小结

第八章总结与讨论

8.1 总结

8.2讨论

参考文献

附表1：本文中所用到的资料详情

在学期间研究成果

在学期间参与科研工作及项目

致谢