（大气物理学与大气环境专业论文）东亚对流层o3对夏季气温影响的数值模拟研究.pdf

南京信息工程大学硕士学位论文 摘要 本文利用w e a t h e rr e s e a r c ha n df o r e c a s t i n gm o d e l 的化学版本( w r f - c h e m ) 模拟了东亚地区2 0 0 9 年6 月2 3 一- - 2 4 日、2 0 0 8 年6 月4 5 日、2 0 0 9 年6 月1 0 , - 一 1 1 日的天气形势，并在线模拟了对流层0 。的时空分布，利用1 个控制试验和3 个对比试验分析了o 。辐射效应对对流层o 。浓度、辐射强迫和气温的影响，重点 讨论了0 。辐射效应对地面气温的影响。 通过对2 0 0 9 年6 月2 3 一- - 2 4 日模式结果分析发现： 对流层0 3 辐射效应使地面浓度平均增加了0 4 3 p p b v ，且在上午最明显，达 到0 7 1 p p b v ，这主要是由对长波辐射的吸收使光化学反应速率提高引起：0 3 辐射 效应使0 。浓度增加的同时，使地面辐射强增加了5 6 5w d ，日出后辐射强迫增 加最明显，而中午增加最弱；0 。通过对地面辐射强迫的影响来影响地面气温，由 此在白天造成了0 0 8 k 的增温，夜间则达到了o 2 3 k ，午后增温最弱只有0 0 3 k ， 日出前后达到最高为0 3 2 k 。 为了尽量减小天气过程的偶然性对结果的影响，将2 0 0 9 年6 月2 3 2 4 目的 结果与2 0 0 8 年0 6 月0 4 - 0 5 日、2 0 0 9 年0 6 月1 0 1 1 曰的模拟结果做对比，发 现：0 。辐射效应普遍使地面气温升高，在夜间的增温效果比白天更明显，且从 早晨开始减弱，下午达到最低，之后开始增加，日出前后达到最高，对地面气温 的日平均增幅为0 1 3 4 5 k 0 1 0 3 7 ，0 1 5 2 8 ，其中白天为0 0 5 9 5 k 0 2 2 3 ，0 0 7 9 ， 夜间为0 1 9 2 9 k 0 1 6 7 2 ，0 2 2 6 5 ，日出前后平均达到0 2 9 3 k 0 2 4 5 8 ，0 3 1 7 8 ， 午后则只有0 0 6 5 k - o 3 3 5 ，0 0 3 0 7 。 关键词臭氧气温对流层 东亚对流层0 3 对夏季气温影响的数值模拟研究 a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , w r f - c h e m ，t h ec h e m i c a lv e r s i o no fw e a t h e rr e s e a r c ha n d f o r e c a s t i n gm o d e l ，w a su s e dt os i m u l a t ew e a t h e rs i t u a t i o no ft h ee a s ta s i a nr c g i o l l f r o mt h e4 t ht o5 t hi nj u n e2 0 0 8 f r o mt h el o t ht o11 ma n dt h e2 3 t ht o2 4 t hi nj u n e 2 0 0 9 ，a n ds i m u l a t eo n l i n et h et e m p o r a la n ds p a t i a ld i s t r i b u t i o no f0 3o nt h e t r o p o s p h e r e i ta n a l y s e dt h ei m p a c to fr a d i a t i o ne f f e c t so f0 3o nt r o p o s p h e r i c0 3 c o n c e n t r a t i o n ，r a d i a t i v ef o r c i n ga n dt e m p e r a t u r ee f f e c t sa n df o c u s e do nt h ei m p a c t0 1 1 t h es u r f a c et e m p e r a t u r eb yu s i n gac o n t r o l l e dt r i a la n dt h r e ec o m p a r a t i v et e s t s t h er e s u l t so fs i m u l a d o nf i o mt h e2 3 也t 02 4 t 1 1i nj u n e2 0 0 9s h o w e dt h a t ：0 3 c o n c e n t r a t i o na b o v et h eg r o u n dg o ta na v e r a g ei n c r e a s eo f0 4 3 p p b vu n d e rt h e r a d i a t i o ne f f e c t so f0 3o i lt h et r o p o s p h e r i c ，a n dt h em o s ti n c r e a s ei nt h em o r n i n g , r e a c h i n g0 71p p b v t h i si sm a i n l yb e c a u s et h a tt h ep h o t o c h e m i c a lr e a c t i o nr a t e i n c r e a s e so nt h eb a s i so ft h ea b s o r p t i o no f0 3o nl o n g w a v er a d i a t i o n a tt h e $ a i l l e t i m e ，s u r f a c er a d i a t i o ni n t e n s i t yl e dt oa ni n c r e a s eo f5 6 5w m 2 ，a n dr a d i a t i v ef o r c i n g h a dt h em o s ts i g n i f i c a n ti n c r e a s ea f l ：e rs u n r i s ew h i l et h ew e a k e s ti n c r e a s e1 1 0 0 1 1 t h a t , 0 3h a dt h ei m p a c to i lt h es u r f a c et e m p e r a t u r eb yi t si m p a c to l ls u r f a c er a d i a t i v ef o r c i n g , c a u s e da l li n c r e a s i n gt e m p e r a t u r eo f0 0 8 ki nt h ed a y , 0 2 3 ka t1 3 0 0 1 1 ，o n l y0 0 3 k a f t e r n o o na n d0 3 2 k ，t h em o s t ， b e f o r ea n da f t e rs u n r i s e i no r d e rt om i n i m i z et h ei n f l u e n c eo ft h ec h a n c eo fw e a t h e rp r o c e s s e so nt h e r e s u l t s ，t h ee o m p a r i s i o nh a db e e nm a k e da m o n gt h e s es i m u l a t i o n sf r o mt h r e ed a t e s m e n t i o n e da b o v ea n dt h er e s u l t ss h o w e dt h a t ：0 3r a d i a t i o ne f f e c t sg e n e r a l l yc a u s e d t h er i s eo fs u r f a c et e m p e r a t u r e t h e r ew a s g r e a t e rw a r m i n ge f f e c ta tn i g h tt h a nt h a ti n t h ed a ya n di td e c r e a s e df r o me a r l yi nt h em o r n i n g ，g o tam i n i m u ma t t e r n o o na n dt h e n b e g a nt oi n c r e a s ea f t e r s u l l r i s ea n dr e a c h e dt h eh i g h e s t t h ea v e r a g ed a i l ys u r f a c e t e m p e r a t u r ei n c r e a s e di n0 13 4 5 k 0 10 37 ，0 15 2 8 b e c a u s eo f0 3r a d i a t i o ne f f e c t s ， w h i c hi n c r e a s e di n0 0 5 9 5 k 0 2 2 3 ，0 0 7 9 d u r i n gt h ed a y , o 19 2 9 k 0 16 7 2 ，0 2 2 6 5 a t n i g h t ，0 2 9 3 k 0 2 4 5 8 ，0 31 7 8 】a v e r a g e l yb e f o r ea n da f t e rs u n r i s ea n do n l yo 0 6 5 k h 南京信息工程大学硕士学位论文 - 0 3 3 5 ，0 0 3 0 7 】a f t e r n o o n k e yw o r d s ：0 3 ，t e m p e r a t u r e ，t r o p o s p h e r e i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。本论文除了文中特别加以标注和致谢的内容外，不包含其他人或其他机 构已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京信息工程大学或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中 作了声明并表示谢意。 学位论文作者签名：虬 签字日期： 关于论文使用授权的说明 南京信息工程大学、国家图书馆、中国学术期刊( 光盘版) 杂志社、中国科 学技术信息研究所的中国学位论文全文数据库有权保留本人所送交学位论文 的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，并通过网 络向社会提供信息服务。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保 密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全 部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权南京信息工程大学研究生部办理。 口公开 口保密( 年月) ( 保密的学位沦为在解密后应遵守此协议) 篡嚣芋罐哥 指导教师签名： 缝! ! ： 签字日期：2 型生雌 签字日期： 南京信息工程大学硕士学位论文 1 1 研究背景和意义 第一章绪论 臭氧( 0 3 ) 是地球大气中的微量气体，平均含量为0 0 1 0 i p p m ，大部分集中在l o , 3 0 1 m 的平流层m ，其浓度最大值在平流层2 0 2 5 k m 附近。对流层臭氧约占臭氧总量的1 0 9 6 ，对地 球生态环境、大气环流系统、气候变化以及人类的生活有着极其重要的影响。 0 s 是一种强氧化剂，它在许多大气污染物的化学转化过程中起着重要作用。对流层0 。光 解导致的o h 自由基的产生是对流层光化学的重要触发机制，其在大气中的含量直接影响其它 化学物种和自由基的浓度和分布，决定了大气成分的化学循环位1 。0 。还易与烃类发生反应而 产生含氢的自由基和大分子的碳氢氧自由基，这些物质又可能与复杂的有机化合物发生更为 复杂的反应，造成环境污染碡1 。 对流层o 。浓度的增加会对人体健康h 1 及动植物的生长嵋阳系列的负面影响，甚至严重威胁 生态系统的平衡。观测表明，由于人类活动的影响，使平流层0 3 呈减少趋势，同时由于空气 污染等原因，对流层0 3 反而增加h 1 一一地面观测显示，北半球对流层中0 3 的平均浓度一直在 升高，特别是近年来的观测数据与巴黎m o n t s o u r i s 实验室测定的1 8 7 6 1 9 1 0 年的数据相比较 说明，地球中高纬度地区近地面大气中的0 3 浓度在过去1 0 0 年问增加了两倍多；根据推测， 对流层大气中o 。浓度将会以比过去1 0 0 年更快的速度增长哺1 。近地面0 。浓度的上升趋势不仅在 夏季的工业区附近非常明显，而且已经影响到人类活动较少的无污染地区哼3 。东亚地区经济 发展迅速，对流层0 s 增加趋势明显。至2 0 世纪末，我国京津唐地区、珠江三角洲和长江三角 洲出现了比较严重的区域性光化学烟雾，一些特大城市( 如北京、上海、广州等) 0 。超标很 严重，而且趋势在加剧n 仉1 1 1 。 作为一种重要的温室气体，0 3 能吸收紫外辐射，单位质量0 3 的热辐射吸收能力约为c 0 2 的2 0 0 0 倍 1 2 , 1 3 1 。0 3 浓度和分布变化直接影响大气的辐射平衡，进而影响局地和全球气候变化 1 4 , 1 5 】。h a n s e n 等使用云反馈模式的研究结果发现，对流层中0 3 浓度的增加能够导致地面气温 升高，并且对流层中层的0 3 浓度变化对气候的强迫更加敏感16 1 ，如果对流层中0 3 浓度升高 则会引起全球变暖。 1 东亚对流层0 3 对夏季气温影响的数值模拟研究 1 2 对流层0 3 研究进展 1 2 1o 。形成机理 对流层0 3 是与人类生存环境关系最为密切的物种之一，但是人类活动并不能直接向大 气注入0 3 ，其形成机理引起了广泛关注。对流层0 3 的来源主要有两种：平流层的向下输送和 对流层光化学过程产生 1 7 , i s 。在冬季和春季的中高纬度地区会出现短暂的温度连续性的破 坏，即“对流层顶折叠”，导致平流层挟带0 3 的空气进入对流层，引起局部地区0 3 浓度升高 1 9 , 2 0 。光化学反应产生的0 3 有可能超过平流层的0 3 输入量，根据相关光化学模式计算的结果 表明，夏季对流层0 3 的光化学产量要比平流层输入量大很多；冬季则与平流层输入量相当或 略大一些【j 1 。 1 ) 平流层向对流层输入0 3 继1 9 3 0 年查普曼( c h a p m a n ) 建立了有关平流层0 3 形成与消亡的“经典”光化学平衡理论之 后，j u n g e 于1 9 6 2 年提出了一套对流层0 3 产生的经典理论，认为平流层分子氧吸收波长小于 0 2 4 t t m 的太阳紫外辐射离解形成原子氧，原子氧与分子氧结合成0 3 。在平流层形成的0 3 向 下输送，成为对流层0 3 的来源。j u n g c 的理论强调的是平流层动力下传以及平流层和对流层 之间的相互交换口2 1 1 。平流层0 3 向对流层的输送与大气动力学过程以及特殊的气象条件有 关，常常发生在对流层上部气旋发生地区，靠近急流、槽和切断低压附近】，并且有很大的 空间变化率和明显的季节变化。许多科学家在此方面做了大量研究，得出了很多重要结论。 中纬度地区高空中尺度气旋生成过程使得对流层顶不连续，触发平流层0 3 向下输送【2 3 1 。高 空切断低压及其伴随的高空急流等典型天气系统可以使对流层0 3 在短期内迅速增加【2 4 】。低 纬度地区由于副热带急流的作用也有类似极锋急流的平流层向对流层输送0 3 的动力机制 【2 5 1 。地面锋生过程造成平流层低层0 3 进入对流层中高层，然后通过反气旋中的下沉运动0 3 被输送到低纬度近地面【2 6 】。热带发生深对流的地区平流层0 3 可注入到对流层叨。 2 ) 对流层中光化学反应产生0 3 氮氧化物( n o 。= n o + n 0 2 ) 和可挥发性有机化合物( v o c s ) 是生成0 3 的首要前体物，n 0 2 具 有光解特性，是对流层0 3 在大气中唯一的化学反应源： 2 南京信息工程大学硕士学位论文 n 0 2 + h v _ n o + 0 o + o z 七m _ 0 3 七m 0 3 最主要的去除反应为： n o + d 3 专d 2 + 0 2 ( 1 1 ) ( 1 2 ) ( 1 3 ) 如果只有这三个反应，0 3 只能维持在一个很低的稳态浓度( 通常远低于实测0 3 浓度水 平) ，无法进一步累积。【崩护8 1 最先提出了对流层o h 和h 0 2 自由基产生机理的假说，s e i n f e l d 等的研究发现自由基h o x ( o h 、h 0 2 、r o 、r 0 2 ) 的加入对光化学烟雾的产生起着非常重要的 作用【1 8 】。v o c s t 圣0 3 、o h 、0 等氧化可产生活性自由基h 0 2 、r 0 2 ，这些自由基参与反应： r d 2 + n o 专n 0 2 + r o ( 1 4 ) h 0 2 + n o 一d 2 + o h ( 1 5 ) 不断将n o 氧化为n 0 2 ，与1 3 式的反应竞争，取代n o 对0 3 的消耗，使0 3 逐渐积累。总之， 对流层中产生0 3 的关键性反应类别是：n 0 2 的光解导致了0 3 的生成：v o c s 的氧化生成了活 性自由基，尤其是h 0 2 、r 0 2 等；过氧自由基h 0 2 、r 0 2 引起t n o 向n 0 2 转化，进一步提供 了生成0 3 的n 0 2 源【2 0 1 。 另一方面，c m t z e i l 1 在k v y 假说基础上的研究表明，清洁大气环境下光化学过程在决 定0 3 分布过程中起着重要作用。h s 1 m m 和s e i l e r 发现0 浓度与c o 浓度的垂直分布廓线具有正 相关性，它们浓度廓线的主要变化具有相似性，高0 3 伴随着高c 0 。l u o 等通过数值模拟 发现0 3 浓度和c o 浓度几乎呈线性正相关3 。这些说明对流层0 3 来自光化学过程，c o c 0 3 的一个前体物。由c o 产生过氧自由基的反应如下： c o + o h c 0 2 + h ( 1 6 ) h + 0 2 + mjh 0 2 ( 1 7 ) h 0 2 + n o - 9 q + o h ( 1 8 ) 天然c h 4 也可能是0 3 的前体物【2 8 1 ，c i - h 训o h 氧化最终形成0 3 ，还可以通过反应转 化成c o ，c o 的氧化进一步形成0 3 ： 3 东亚对流层0 3 对夏季气温影响的数值模拟研究 c h 4 + o h c h 3 + h 2 0 ( 1 9 ) 1 l 一系列中间反应 c o l | v 0 3 综上，n o ，、v o c s 、c o 、c 也等物质都是对流层0 3 生成的前体物，它们对近地 面和对流层0 。的光化学过程有着重要作用眙2 3 羽。 1 2 20 3 消亡机理 对流层0 3 的汇有：沉降过程和化学反应去除。 0 3 可以通过重力作用或者在对流层大气的垂直运动中与植物、建筑物或地面( 土壤) 相碰 撞而被捕获( 被表面吸附或吸收) ，这一过程称为干沉降。干沉降是0 3 的一个很重要的去除途 径，其量级大概与平流层0 3 的输入量相当f 3 】。通常用干沉降速度描述这个过程。干沉降速度 受气象、季节、表面特性等许多因子制约，有较大的空间变化 3 4 1 。0 3 在水中的溶解度很低， 因此其在表面的去除主要是通过于沉降完成的，由湿沉降过程清除很少【硼。 对流层大气中的0 3 由光化学反应产生，同时又主要通过均相( 气相) 或非均相的光化学及 热化学反应去除。1 9 7 4 年c m z e n 提出了对流层0 3 的主要消亡机制。 1 ) 气相反应 d 3 + 磊乙o ( g ) + h v 0 2 + 2 0 h( 1 1 0 ) d 3 + o h h 0 2 + 0 2 d 3 + 肋i o h + 2 0 2 0 3 + n o o n 0 2 + 0 2 q + n 0 2 _ n 0 3 + 0 2 2 ) 非均相反应 4 ( 1 1 1 ) ( 1 1 2 ) ( 1 1 3 ) ( 1 1 4 ) 南京信息工程大学硕士学位论文 1 9 7 2 - - 一1 9 7 4 年间，研究人员发现在水中0 3 可将s 0 2 、n 0 2 氧化成为s 0 4 2 和n 0 3 ，其氧化 速率与大气中0 3 浓度成正比，并估计0 3 经非均相反应去除的量约为0 3 总汇强的1 3 【2 0 1 。 3 ) 液相反应 l e l i e v e l d 和c r u t z e n 将整个对流层作为一个整体，详细探讨了多种污染条件下云中臭氧减 少的机制，并指出云中发生的液相化学是对流层0 3 的一个重要汇。肖辉等的研究表明， 吸收进入云中的物质发生液相化学反应是影响0 3 浓度的主要原因之一姗。 1 2 3 影响对流层0 。的因素 对流层大气中0 3 的背景浓度一般不至l j 5 0 p p b v ，由于人为排触o x 和v o c s 数量的增加， 使城市及附近地区大气中0 3 浓度普遍升高，可达1 0 0 p p b v ，当发生光化学烟雾污染时，大气 0 3 浓度可高达2 0 0 4 0 0 p p b v 。外场观测和数值模拟研究工作均表明，对流层0 3 的生成不 仅与日照、垂直混合、温度和风等气象条件有关，还与前体物n o 。和v o c s 呈高度非线性关 系【3 8 j 9 1 。 1 ) 气象条件的影响 强太阳辐射、高温、稳定的边界层、下沉气流、小风等气象条件在0 3 形威的过程中起着 及其重要的作用。日照时间、总云量、低云量以及气温垂直递减率是影响0 3 浓度的主要因素。 云量少、日照长有利于光化学反应的进行；稳定的大气层结构阻碍了局地0 3 的扩散，使其浓 度逐渐累积。小风速通常利于局地0 3 浓度的累积。近年来的报道指出，0 3 浓度的升高与风向 的相关性也很大4 0 伽。逆温层高度和混合层厚度是热力学和动力学的综合参数，二者越小， 近地面0 3 越难向上扩散。综合来讲，高压天气系统通常引起有利于生成或增加地面0 3 浓度， 是发生高浓度0 3 污染的一项最显著的指标3 。 2 ) 前体物的影响 在2 0 世纪4 0 年代，洛杉矶光化学烟雾出现后，相继在许多城市都有这样的现象发生，人 们开始认识到污染大气中的碳氢化合物在n o 。的参与下，通过光化学反应可以产生0 3 ，也是 对流层0 3 的重要来源。进一步研究显示即使在非污染地区，自然排放的碳氢化合物也可以经 光化反应产生0 3 ，从而导致光化学烟雾产生。近几十年的观测研究表明，由于对流层强辐射 5 东亚对流层0 3 对夏季气温影响的数值模拟研究 的增加以及人类活动的影响，对流层0 3 有持续增加的趋势嵋副，尤其在污染严重地区，对流 层0 3 大幅度增加，加剧了区域污染。人类活动造成的大气污染不仅使郊区地表附近0 3 浓度大 幅度增加，而且还能通过远距离输送使下风向较清洁地区0 3 浓度有普遍增加的趋势h 引。0 3 增长的主要原因就是人为排放的大量前体物的增加。在有足够n o 。存在的条件下，c o 、c i - h 、 非甲烷碳氢化合物0 心m c ) 在太阳光的作用下生成0 3 m 叫引。 随着研究的深入，人们认识到挥发性有机化合物( v o c s ) 在大气光化学0 3 生成过程中的 重要作用。v o c s 是光化学反应中的重要“燃料”，随着人们对有机物认识的增加，0 3 生成 的化学机制中考虑的有机物种也越来越多。而通常说的n v m c 是指除c h 4 以外，由碳和氢组 成且碳数分布范围为c 2 c 1 2 的烷烃、烯烃和芳香烃。v o c s 的组成则非常复杂，对流层大气 中v o c s 可分为以下六大类型：烷烃和卤代烷烃：烯烃和卤代烯烃；芳香烃；含氧有机化合 物；含氮有机化合物；含硫有机化合物踟。对于大气有机气体来讲，v o c s 比n m i - i c 更具有 普遍性，但一些学者也交替使用这两种术语唧。 1 2 4 对流层0 3 的辐射效应 臭氧能够吸收太阳辐射：最强的0 3 吸收带是哈特莱带( h a r t l e yb a n d ) ，它的范围在o 2 o 3i im 波段，这一臭氧带对太阳辐射通量的吸收主要发生在平流层上部和中间层，使得到达 地面的太阳紫外辐射强度大大降低；0 3 在0 3 - 0 3 6um 之间有一弱吸收带：哈金斯带 ( h u g g i n sb a n d ) ：在约4 4 1 1 8um 的可见光和近红外区，臭氧也有弱吸收带一一查普斯带 ( c h a p p u i sb a n d ) ，特别是在大气窗区( 9 6um 左右) ，0 3 在这一带中的吸收多少有些依赖 于温度m ，这使得对流层0 3 成为一种能使低层大气增温的重要温室气体p , 4 钔。i p c c 报告认为 对流层0 3 变化对全球变暖的的贡献为+ o 3 5 【_ 卜o 2 5 ，+ 0 6 5 】w m 2 4 8 】。 国际上已有不少研究全球0 3 传输和气候效应的工作。g a u s s 等模拟估计的全球年平均对 流层0 3 从工业革命前至今的变化量为1 1 4 2 0 5 d u ，并由辐射传输模式模拟出相应的全球年 平均对流层顶辐射强迫变化在0 4 0 - - 0 7 8 w m ：2 之间【4 9 】；l i a o 等利用大气环流模式计算得出， 人为源排放产生的0 3 在对流层顶引起的全球年平均辐射强迫为0 5 3 w m ：，在地面则为 0 0 7 w m 2 【5 0 1 。 6 南京信息工程大学硕士学位论文 中国区域关于0 3 传输和气候效应的研究相对较少。吴涧等利用耦合的区域气候模式和大 气化学模式模拟了我国对流层0 3 的产生、分布及其对辐射传输、地表温度、气温的影响，研 究表明夏季对流层0 3 导致的地表辐射强迫为【2 5 ，+ 3 0 w m 2 ，而对气温的影响为【- 0 8 ， + o 5 k t 5 1 】：王卫国等利用双向耦合的区域气候和大气化学模式，研究了中国与邻近地区人为 污染排放引起的对流层0 3 变化和产生的辐射强迫，在臭氧和气候同步变化的情形下，0 3 从工 业化以来的变化导致的年平均短波和长波辐射强迫分别是0 2 4 9w 廿及0 4 8 2w l n 2 ，对流层 0 3 增加引起的年平均地表温度变化在卜0 8 0 ，+ o 8 0 k 之间，并且多数地区地表升温，在中 南半岛和华南大部分地区的升温较大5 2 1 。 1 3 本研究的主要内容 目前关于对流层0 。辐射效应开展的研究，主要是利用数值模拟和观测资料分析，研究工 业时期( 1 8 6 0 年) 以来在全球范围尺度上对流层0 s 变化量引起的气候效应，而对于天气时间尺 度0 3 对气温的影响则研究甚少5 2 】。本文利用中尺度模式w r f - c h e m ( t h ew e a t h e rr e s e a r c h f o r e c a s t i n gm o d e lo fc h e m i s t r y ) ，在天气尺度范围内对东亚夏季0 3 的时空分布进行模拟，并 研究其通过辐射强迫对气温模拟的影响。主要内容如下： ( 1 ) 在模式中加入人为排放源； ( 2 ) 对中国地区地面气温及对流层0 s 时空分布进行模拟验证； ( 3 ) 对臭氧辐射效应做敏感性试验，分析天气尺度范围内臭氧对短波辐射与长波辐射的 影响及其对臭氧浓度、辐射和气温的影响。 7 东亚对流层0 3 对夏季气温影响的数值模拟研究 参考文献： 【l 】盛裴轩，毛节泰，李建国等，大气物理学 m 】北京：北京大学出版社，2 0 0 5 ，第一版 【2 】纪飞，秦瑜对流层臭氧研究进展 j 气象科技，1 9 9 8 a ，1 7 - 2 4 3 】王明星，大气化学【m 】北京：气象出版社，1 9 9 9 ，第二版 【4 】l i p p m a r mm h e a l t he f f e c t so ft r o p o s p h e r i co z o n e 阴e n v i r o n m e n ts c i e n c e & t e c h n o l o g y , 1 9 9 1 ，2 5 ，1 9 5 4 1 9 6 2 5 m c l a n g h l i nsb ，d o w n i n gd j i n t e r a c t i v ee f f e c t so fa m b i e n to z o n ea n dc l i m a t em e a s u r e do n g r o w t ho f m a t u r ef o r e s tt r e e s 叨n a t u r e ，1 9 9 5 ，3 7 4 ，2 5 2 - 2 5 4 【6 】h e c kww , a d a m srm ，c u r ew w ，e ta 1 ar e a s s e s s m e n to fc r o pl o s sf r o mo z o n e j j e n v i r o n s e i & r e e h ，1 9 8 3 ，1 7 ，5 7 2 a - 5 8 1 a 7 】吴涧，蒋维楣，刘红年，汤剑平等我国对流层臭氧增加对气温的影响田高原气象，2 0 0 3 ， 2 2 ( 2 ) ，13 2 - - - - 1 4 2 【8 a d r i a n , r i c h a r d c h a n g e si nt h eg l o b a lc o n c e n t r a t i o no ft r o p o s p h e r i co z o n ed u et oh u m a n a c t i v i t i e s j n a t u r e ，1 9 9 0 ，3 4 4 ，6 4 5 - 6 4 8 9 】b o j k o vrd ，f i o l e t o vve e s t i m a t i n gt h eg l o b a lo z o n ec h a r a c t e r i s t i c sd u r i n gt h el a s t3 0 y e a r s 阴j g e o p h y r e s ，1 9 9 5 ，1 0 0 ，1 6 5 3 7 1 6 5 5 1 【1 0 】张远航，邵可声，唐孝炎等中国城市光化学烟雾污染研究阴北京大学学报( 自然科学 版) ，19 9 8 ，3 4 ( 2 3 ) ：3 9 2 - 4 0 0 1 l 】谢绍东，张远航，唐孝炎我国城市地区机动车污染现状与趋势【j 】环境科学研究， 2 0 0 0 ，1 3 ( 4 ) ：2 2 - - , 2 5 ，3 8 1 2 】r a m a n a t h a nv , c a l l l i slb ，b o u g t m e rrw s e m i t i v i t yo fs u r f a c et e m p e r a t u r et op e r t u r b a t i o n s i nt h e s t r a t o s p h e r i c c o n c e n t r a t i o n so fo z o n ea n d n i t r o g e n d i o x i d e j a t m o s s e i ，1 9 7 6 ，3 3 ，1 0 9 2 , 1 1 1 2 【1 3 】w a n gwc ，p i n t ojp , y u n gyl c l i m a t i ce f f e c t sd u et oh a l o g e n a t e dc o m p o u n d si nt h ee a r t h s a l m o s p h e r e j a t o m ss c i ，1 9 8 0 ，3 7 ：3 3 3 3 3 8 【1 4 r a m a n a t h a nv , d i c k i n s o nre t h er o l eo fs t r a t o s p h e r i co z o n ei nt h ez o n a la n ds e a s o n a l r a d i a t i v ee n e r g yb l a n c eo f t h ee a r t h - t r o p o s p h e r i cs y s t e m j a t m o ss c i ，1 9 7 9 ，3 6 ，1 0 8 4 - 11 0 4 8 南京信息工程大学硕士学位论文 1 5 】h a r m e e ds , c e s srd ，h o g a njs r e s p o n s eo ft h eg l o b a lc l i m a t et oc h a n g e si na t m o s p h e r i c c h e m i c a lc o m p o s i t i o nd u et of o s s i lf u e lb u r n i n g j jg e o p h y sr e s ，1 9 8 0 ，8 5 ：7 5 3 7 7 5 4 3 1 6 】h a n s e nj , s a t om ，r u e d y r r a d i a t i v ef o r c i n ga n dc l i m a t er e s p o n s e y jg e o p h y s r c s ，1 9 9 7 ，1 0 2 ：6 8 3 1 6 8 6 4 1 7 】c r u t z e npj ，o z o n ei nt h et r o s p o s p h e r e ，i nc o m p o s i t o n ，c h e m i s t r ya n dc l i m a t eo ft h e a t o m o s p h e r e m h b s i n g h , e d i t o r , 19 9 5 ，3 4 9 3 9 3 ，v a nn o s t r a n d 1 8 】s e i n f c l djh ，p a n d i s sn a t m o s p h e r i c c h e m i s t r ya n dp h y s i c s 嗍2 n d e d j o h n w i l e y ：a w i l e y - i n t e r s c i e n c ep u b l i c a t i o np r e s s ，2 0 0 6 【1 9 d a n i e l s e nef ，s t r s t o s p h e r i c - t r o p o s p h e r i ce x c h a n g eb a s e do nr a d i o a c t i v i t y , o z o n ea n d p o t e n t i a lv o r t i c i t y 【j 】a t m o s s c i ，1 9 6 8 ，2 5 ：5 0 2 - 5 1 8 2 0 】唐孝炎，张远航，邵敏，大气环境化学，第二版，北京：高等教育出版社，2 0 0 6 【2 1 】j u n g ece g l o b a lo z o n eb u d g e ta n de x c h a n g eb e t w e e ns t r a t o s p h e r ea n dt r o p o s p h e r e j 】t e l l u s ，1 9 6 2 ，1 4 ，3 6 4 - 3 7 7 【2 2 】w o r l dm e t e o r o l o g i c a lo r g a n i z a t i o n ，s c i e n t i f i ca s s e s s m e n to fo z o n ed e p l e t i o n ，w o r l d m e t e o r o l o g yo r g a n i z a t i o ng l o b a lo z o n er e s e a r c ha n dm o n i t o r i n gp r o j e c t ，r e p o r tn o 3 7 ， 【2 3 】d a n i e l s e nef ，s t r s t o s p h e r i c - t r o p o s p h e r i ce x c h a n g eb a s e do nr a d i o a c t i v i t y ，o z o n ea n d p o t e n t i a lv o r t i c i t y j a t m o s s e i ，1 9 6 8 ，2 5 ：5 0 2 5 1 8 【2 4 a u s t i nj f ，a n dp r m i d g l e y ，t h ec l i m a t o l o g yo ft h ej e ts t r e a ma n ds t r a t o s p h e r i ci n t r u s i o n s o f o z o n eo v e rj a p a n j a t m o s e n v ，1 9 9 4 ，2 8 ，3 9 5 2 2 5 】g o u g e t ，h ，j p c a m m a s ，a m a r c n c o ，r o s s e ta n di j o n q u i e r e s ，o z o n ep e a k sa s s o c i a t e da s u b t r o p i c a lt r o p o p a u s ef o l da n dw i t ht h et r a d ew i n di n v e r s i o n ：ac a s es t u d yf r o mt h ea i r b o r n e c a m p a i g nt r o p o z ho v e rt h ec a r i b b e a ni nw i n t e r j j g e o p h y r e s ，1 9 9 6 ，1 0 1 ( d 2 0 ) ，2 5 9 7 9 2 59 9 3 2 6 】m o o d yj ，so l h n a n s ，hk v y e ta 1 ，t r a n s p o r tc l i m a t o l o g yo ft r o p o s p h e r i co z o n e ：b e r m u d a , 1 9 8 8 1 9 9 1 1 j j g e o p h y s r e s ，1 9 9 5 ，1 0 0 ：7 1 7 9 7 1 9 4 2 7 s u b _ r ek c a m m a sjp n e d e l e cp , e ta 1 o z o n e - r i c ht m u s i e n t si nt h eu p p e re q u a t o r i a la t l a n t i c 9 东亚对流层0 3 对夏季气温影响的数值模拟研究 t r o p o s p h e r e j n a t u r e ，1 9 9 7 ，3 8 8 ，6 6 1 。6 6 3 2 8 】k v yh ，n o r m a la t m o s p h e r e ：l a r g er a d i c a la n df o r m a l d e h y d ec o n c e n t r a t i o n sp r e d i c t e d j s c i e n c e , 1 9 7 1 ，1 7 3 ：1 4 1 - 1 4 3 【2 9 】c r u t z e npj ，p h o t o c h e m i c a lr e a c t i o n si n i t i a t e db ya n di m q u e n c i n go z o n ei nu n p o l l u t e d t r o p o s p h e r i ca i r 。川t e l l u s ，19 7 4 ，2 6 ：4 7 5 7 3 0 】f i s h m a nj ，s e i l e rw ，c o r r e l a t i v en a t u r eo fo z o n ea n dc a r b o nm o n o x i d ei nt h et r o p o s p