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《中国气象科学研究院》 2012年
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南北极大气成分本底特征的分析

赖鑫  
【摘要】:全球大气中的温室气体、反应性气体以及大气气溶胶不断攀升,已成为影响气候变化的重要因子。由于极地受污染影响极小,因此包括我国在内的一些国家在两极地区都加强了对温室气体等的本底浓度监测和研究。在第四次国际极地年期间,我国南极中山站建立大气本底监测站,并获得了连续资料。利用2008~2010年南极中山站黑碳(BC)、二氧化碳(CO_2)、甲烷(CH_4)、一氧化碳(CO)等在线观测数据和Flask采样分析数据及相关气象资料,对这些要素的本底浓度、季节变化特征及其来源等进行了研究。另外,对2010年7月1日至9月20日,中国第四次北极科考队走航观测的BC、气溶胶散射系数(SC)、臭氧(O_3)和紫外辐射(UVB)数据进行了分析。本文所得结果对提高极地温室气体的测量水平和研究极地温室气体本底特征及其气候效应具有重要参考作用。主要结果如下: 中山站气象资料显示,冬季较长,夏季较短;地面气压以4月最大,10月最小;水汽压全年都较小,且变化不大;全年盛行偏东风(NE~ENE~E~ESE),平均风速大于7m·s~(-1);影响站区的气流主要来自南极大陆沿岸及北部大洋。 在南到东偏南风的影响下,BC浓度偏高,其原因是受中山站的发电栋和垃圾焚烧炉排放的影响;当风速小于3m·s~(-1)时,BC浓度偏高且不稳定。中山站BC浓度年变化特征为:极夜期间(5~7月)最小,春、夏季较大;其中,5月BC为3.3ng·m~(-3),是全年的最低值,2月和10月BC分别为10.0ng·m~(-3)和8.7ng·m~(-3),达极夜期间的2~3倍。其季节变化的特点与其它南极站基本相似,但BC背景浓度值偏大,需加以证实。 中山站CO_2受风向影响较小,东南风(SE)条件下的平均浓度略大;静风(风速≤0.5m·s~(-1))时对应的CO_2较大。CO_2季节变化的特点是夏末最小,秋、冬季呈缓慢上升,春季达到最大。其变化原因可能是受陆地生态系统的季节变化、南大洋海冰面积变化和大气环流的季节调整的影响。中山站近三年CO_2的变化范围和增长趋势与其它南极站点较为一致,变化范围均在381~388ppm之间,浓度逐年增加,2008~2010年的CO_2年平均增长率为0.44%,基本代表了南极大陆CO_2的增长趋势。 CH_4受风向和风速的影响较小。Flask分析数据与在线资料基本相同,全年峰值出现在9月,平均浓度约为1768.2ppb,显示出CH_4明显的季节变化,即夏、秋季小,春季大。中山站2008~2010年CH_4平均浓度和增长率呈逐年增加,且略高于其它南极站的观测值,仍具有一定代表性。 不同风向对应的CO浓度相差不大;当静风或风速大于21m·s~(-1)时,CO浓度偏大。中山站CO浓度有较明显的季节变化,谷值出现在1~3月,9~10月为全年浓度最高。Flask分析的CO资料与其它南极站相比,年际趋势不明显。需要说明的是中山站2008和2009年CO分析资料与东南极测站是可比的,但2010年显示偏低,其原因可能是实验室的检测问题,需要进一步检测。 对中国第四次北极科学考察走航观测获取的BC、SC、O_3、UVB在线资料进行了分析。空间分布特征为:这些要素随纬度增加而递减,最大值都出现在我国东部海域,最低值在北冰洋。北冰洋的BC浓度约为10.5ng·m~(-3);白令海和北冰洋的SC平均值分别为4.3Mm-1和1.7Mm-1,SC在76°N以北变化较稳定;白令海的平均O_3含量比北冰洋(15.7ppb)高,但在75oN以北海区O_3有所升高,这一现象可能与海冰密集度和冰上光化学过程有关;UVB辐照度在中低纬地区有显著的日变化,在北冰洋航行期间处于极昼期,其变化幅度较小。
【学位授予单位】:中国气象科学研究院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:P402

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【参考文献】
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