青藏高原快速臭氧沉降及参数化评估、改进
编号:3674
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更新:2023-04-16 19:30:55 浏览:445次
快闪报告
摘要
对流层臭氧是一种重要的大气污染物,具有显著的环境、生态、气候及健康效应。化学传输模式(CTMs)是获取臭氧时空分布的重要工具,其准确性取决于对流层臭氧各源汇项的表征。干沉降是对流层臭氧的重要汇,很大程度上决定臭氧模拟的准确性,尤其影响近地面臭氧浓度。土壤沉降是臭氧沉降的重要途径,在农田、草地等下垫面对总沉降的贡献可达50%以上(Clifton et al., 2020; Silva et al., 2019; Stella et al., 2012)。观测发现CTMs对土壤沉降存在显著低估,且无法再现其变化趋势,指示CTMs的土壤沉降参数化方案存在结构性问题。Stella等(2019)基于观测,提出了利用土壤粘土含量和表面相对湿度参数化土壤沉降阻力的方案(Stella方案),有潜力描述土壤沉降阻力的时空变化。但由于观测数量极其有限,Stella方案仍具有相当大的不确定性,需要更多可靠的、有代表性的观测加以验证并修正。植被冠层的存在、NOx及挥发性有机物(VOCs)与臭氧的反应是土壤沉降测量的主要干扰因素(Vuolo et al., 2017)。青藏高原具有广泛分布的裸土、低NOx及VOCs环境,是良好的实验场所。同时,对青藏高原臭氧沉降的实测也能更好地约束CTMs的模拟。
基于此,本研究依托@Tibet2019综合观测,于2019年5-7月在西藏纳木错地区利用梯度法开展了青藏高原首次臭氧沉降观测。观测结果发现,当地存在快速的臭氧沉降,臭氧沉降速率日均值为0.49±0.11(1σ) cm s-1,是CTMs模拟值的3.1倍。当地快速的臭氧沉降主要归因于极低的土壤沉降阻力。进一步分析表明,表面温度、湿度是当地土壤沉降阻力的控制因素。高温有利于加快臭氧在土壤表面的反应速率。而水汽则递过竞争反应位点、阻碍臭氧在土壤中的传质等方式抑制表面摄取,因此土壤沉降阻力与表面相对湿度呈正相关关系。青藏高原干燥、强辐射的气候特点使得土壤表面高温、低湿,有利于降低土壤沉降阻力,进而导致臭氧快速沉降。
Stella方案基本再现了纳木错土壤沉降阻力的变化,这一异地验证证明了Stella方案的有效性。但同时,与观测值相比约30%的低估也反映了Stella方案存在较大的不确定性。将纳木错的观测纳入Stella方案后,得到的Stella更新方案将预测误差降低至10%。因此,为了Stella方案的持续改进,我们建议开展并纳入更多的现场观测。不同于此前CTMs对土壤沉降的模拟,本研究基于Stella更新方案发现快速的臭氧土壤沉降普遍存在。鉴于此,将Stella方案纳入CTMs中,进一步评估其对全球臭氧沉降和臭氧时空分布的影响将是十分必要的。
稿件作者
张冲
北京大学
叶春翔
北京大学
王渐舒
北京大学
张英杰
北京林业大学
徐婉筠
中国气象科学研究院大气成分研究所
张根
中国气象科学研究院大气成分研究所
缪国芳
福建师范大学
周家成
中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所
俞辉
中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所
赵卫雄
中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所
林伟立
中央民族大学
康凌
北京大学
蔡旭晖
北京大学
张宏昇
北京大学物理学院大气与海洋科学系
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