留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

华北平原夜间对流性天气对地面O3混合比的抬升效应

贾诗卉 徐晓斌 林伟立 王瑛 何心河 张华龙

贾诗卉, 徐晓斌, 林伟立, 等. 华北平原夜间对流性天气对地面O3混合比的抬升效应. 应用气象学报, 2015, 26(3): 280-290. DOI: 10.11898/1001-7313.20150303..
引用本文: 贾诗卉, 徐晓斌, 林伟立, 等. 华北平原夜间对流性天气对地面O3混合比的抬升效应. 应用气象学报, 2015, 26(3): 280-290. DOI: 10.11898/1001-7313.20150303.
Xu Shihui, Xu Xiaobin, Lin Weili, et al. Increased mixing ratio of surface ozone by nighttime convection process over the North China Plain. J Appl Meteor Sci, 2015, 26(3): 280-290. DOI:  10.11898/1001-7313.20150303.
Citation: Xu Shihui, Xu Xiaobin, Lin Weili, et al. Increased mixing ratio of surface ozone by nighttime convection process over the North China Plain. J Appl Meteor Sci, 2015, 26(3): 280-290. DOI:  10.11898/1001-7313.20150303.

华北平原夜间对流性天气对地面O3混合比的抬升效应

DOI: 10.11898/1001-7313.20150303
资助项目: 

中国气象科学研究院基本科研业务费 2011Z003

国家自然科学基金项目 41175114

国家自然科学基金项目 41330422

公益性行业 (气象) 科研专项 GYHY201206015

详细信息
    通信作者:

    徐晓斌, email: xuxb@cams.cma.gov.cn

Increased Mixing Ratio of Surface Ozone by Nighttime Convection Process over the North China Plain

  • 摘要: 2013年6—9月在河北省固城站观测到多次夜间对流性天气伴随地面O3混合比快速抬升的过程,并引起次日清晨到中午O3混合比升高。大多数对流过程中,O3混合比在半小时内升高至60×10-9~80×10-9,同时NOx等反应性气体混合比下降,θse值降低,说明下沉气流将高空气团带到地面,造成了O3混合比的升高。通过再分析资料得到下沉气团基本来源于对流层中下层,这一结论与当地进行的一次飞机观测结果吻合。多数对流过程中固城站和北京城区地面O3混合比和θse值有相同的变化趋势和程度。根据观测结果,推测华北地区在夏季和初秋时,对流层中下层存在O3高值区,混合比约为60×10-9~80×10-9。对流性天气对地面O3抬升的影响区域与对流系统的影响范围有关,可达到中尺度范围。华北地区光化学污染严重,对流性天气引起的地面O3混合比抬升程度比较强,对环境的影响值得关注。
  • 图  1  2013年6—9月固城站平常日O3混合比平均日变化 (虚线) 及部分对流过程发生日O3,NOx和CO小时均值变化

    (图中灰色阴影为每个对流过程的大致时段)

    Fig. 1  Average diurnal variation of O3(dashed line) at Gucheng for normal days during Jun-Sep in 2013, and diurnal variations of O3, NOx and CO on the days with nighttime convection process

    (the grey indicates the period with convection process)

    图  2  2013年6月25日 (a)、7月2日 (b)、8月4日 (c) 与9月12日 (d) 固城站对流过程中O3θse和风速时间变化

    Fig. 2  Variations of O3, θse and wind speed before, during and after convection processes on 25 Jun (a), 2 Jul (b), 4 Aug (c) and 12 Sep (d) in 2013

    图  3  2013年8月4日20:00北京大兴雷达PPI回波图 (仰角:1.5°,距离:240 km)(a) 以及ω沿115.5°E垂直剖面图 (单位:Pa·s-1)(b)

    Fig. 3  Radar echoes received at Daxing, Beijing at 2000 BT 4 Aug 2013(elevation:1.5°, range:240 km)(a) and vertical profile of ω along 115.5°E (unit:Pa·s-1)(b)

    图  4  2013年8月4日20:00地面 (a) 和850 hPa (b) 高度θse(填色) 和风场 (矢量) 分布

    (圆圈为雷达回波大致范围,三角形为固城站位置)

    Fig. 4  θse(the shaded) and wind (vector) at surface (a) and 850 hPa (b) at 2000 BT 4 Aug 2013

    (the circle indicates the range of radar echo, the filled triangle indicates the location of Gucheng)

    图  5  2013年6—9月固城站不同对流过程附近时刻θse垂直剖面图

    (圆圈表示该对流过程后地面θse对应的高度)

    Fig. 5  Vertical profile of θse over Gucheng at times around four different convection processes during Jun-Sep in 2013

    (circles indicate the corresponding θse observed on the ground in processes)

    图  6  2013年9月16日飞机观测到的O3混合比垂直廓线

    Fig. 6  O3 profiles observed at Gucheng at dusk on 16 Jun 2013

    图  7  2013年8月4日、8月15日与9月12日固城站与北京城区O3混合比和θse变化图

    Fig. 7  Maxing ratios of O3 and θse observed at Gucheng and in Beijing urban when convection processes occurred on 4 Aug, 15 Aug and 12 Sep in 2013

    表  1  2013年6—9月固城站对流过程中O3混合比抬升时段与变化特征

    Table  1  List of convection processes over Gucheng during Jun-Sep in 2013 and respective changes of O3 level

    日期 O3迅速
    升高时段
    抬升前1 h
    最小值/10-9
    抬升后1 h
    最大值/10-9
    O3混合比
    变化/10-9
    最大瞬时
    风速/(m·s-1)
    06-25 18:10—18:20 16.5 72.4 55.9 16.4
    07-02 01:50—02:10 2.9 44.3 41.4 12.8
    07-31 00:50—01:20 0.6 64.1 63.5 9.8
    08-03 00:30—01:30 15.2 68.3 53.1 12.2
    08-04 20:00—20:40 29.7 77.1 47.4 20.0
    08-07 02:50—03:30 2.6 66.7 64.1 14.7
    08-14 00:00—00:10 10.1 67.3 57.2 14.0
    08-15 00:00—00:20 2.6 72.6 70.0 14.3
    09-12 22:00—22:20 3.0 53.0 50.0 17.9
    09-13 21:20—22:10 2.2 47.2 45.0 13.0
    下载: 导出CSV

    表  2  2013年6—9月固城站对流过程中下沉气流的特征和来源高度

    Table  2  Some features of airmasses from high altitudes descending to Gucheng during June-September in 2013

    日期 O3抬升后1 h
    最大值/10-9
    前1 h
    平均θse/K
    后1 h
    平均θse/K
    Δθse/K 下沉气流
    来源高度/hPa
    06-25 72.4 345.3 330.2 -15.1 600~700
    07-02 44.3 351.2 340.6 -11.2 500以上
    07-31 64.1 355.4 336.3 -19.1 700~800
    08-03 68.3 348.4 332.6 -15.8 700~800
    08-04 77.1 372.2 333.4 -38.8 600~700
    08-07 66.7 368.7 347.1 -21.6 700~800
    08-14 67.3 361.9 340.5 -21.4 700~800
    08-15 72.6 363.2 345.8 -17.4 700~800
    09-12 53.0 334.1 321.3 -12.8 600~700
    09-13 47.2 336.2 323.8 -12.4 500~600
    下载: 导出CSV
  • [1] Thompson A M, Tao W K, Pickering K E, et al.Tropical deep convection and ozone formation.Bull Amer Meteor Soc, 1997, 78(6):1043-1054. doi:  10.1175/1520-0477(1997)078<1043:TDCAOF>2.0.CO;2
    [2] Apel E C, Olson J R, Crawford J H, et al.Impact of the deep convection of isoprene and other reactive trace species on radicals and ozone in the upper troposphere.Atmos Chem Phys, 2012, 12:27243-27284. http://www.oalib.com/paper/2697731#.WQwjLvl6-0I
    [3] 李冰, 刘小红, 洪钟祥, 等.深对流云输送对于对流层O3、NOx再分布的作用.气候与环境研究, 1999, 4(3):291-296. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-QHYH199903009.htm
    [4] 银燕, 曲平, 金莲姬, 等.热带深对流云对CO、NO、NOx和O3的垂直输送作用.大气科学, 2010, 34(5):925-936. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQXK201005007.htm
    [5] Ding A, Wang T, Xue L, et al.Transport of north China air pollution by midlatitude cyclones:Case study of aircraft measurements in summer 2007.J Geophys Res, 2009, 114(D08304):1-16. doi:  10.1029/2008JD011023/full
    [6] Kunz H, Speth P.Variability of near-ground ozone concentrations during cold front passages-a possible effect of tropopause folding events.J Atmos Chem, 1997, 28(1-3):77-95. doi:  10.1023/A:1005867229466
    [7] Betts A K, Gatti L V, Cordova A M, et al.Transport of ozone to the surface by convective downdrafts at night.J Geophys Res, 2002, 107(D20):8046. doi:  10.1029/2000JD000158
    [8] Sahu L K, Lal S.Changes in surface ozone levels due to convective downdrafts over the Bay of Bengal.Geophys Res Lett, 2006, 33(10):L10807. doi:  10.1029/2006GL025994/references
    [9] Grant D D, Fuentes J D, DeLonge M S, et al.Ozone transport by mesoscale convective storms in western Senegal.Atmos Environ, 2008, 42(30):7104-7114. doi:  10.1016/j.atmosenv.2008.05.044
    [10] Weber R O, Prévt A S H.Climatology of ozone transport from the free troposphere into the boundary layer south of the Alps during North Foehn.J Geophy Res, 2002, 107(D3):ACH 4-1-ACH 4-6. doi:  10.1029/2001JD000987/full
    [11] Lelieveld J, Crutzen P J.Role of deep cloud convection in the ozone budget of the troposphere.Science, 1994, 264(5166):1759-1761. doi:  10.1126/science.264.5166.1759
    [12] 刘小红, 洪钟祥, 李家伦, 等.北京气象塔秋季大气O3, NOx及CO浓度变化的观测实验.自然科学进展, 2000, 10(4):52-56. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFD2000-ZKJZ200004007.htm
    [13] Lin W, Xu X, Ge B, et, al.Gaseous pollutants in Beijing urban area during the heating period 2007-2008:Variability, sources, meteorological, and chemical impacts.Atmos Chem Phys, 2011, 11(15):8157-8170. doi:  10.5194/acp-11-8157-2011
    [14] Zhu T, Lin W, Song Y, et al.Downward transport of ozone-rich air near Mt Everest.Geophys Res Lett, 2006, 33(23):L23809. doi:  10.1029/2006GL027726
    [15] 杨柳, 王体健, 吴蔚, 等.热带气旋对香港地区臭氧污染影响的初步研究.热带气象学报, 2011, 27(1):109-117. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-RDQX201101012.htm
    [16] 高会旺, 黄美元, 余方群.大气污染物对流垂直输送作用的探讨.环境科学, 1998, 19(4):3-6. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-HJKZ804.000.htm
    [17] 王晓云, 潘莉卿, 吕伟林, 等.北京城区冬季空气污染物垂直分布与气象状况的观测分析.应用气象学报, 2001, 12(3):279-286. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20010339&flag=1
    [18] 丁国安, 孟昭阳, 于海青, 等.北京城区大气边界层空气污染特征观测研究.应用气象学报, 2002, 13(特刊Ⅰ):82-91. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-YYQX2002S1008.htm
    [19] Lin W, Xu X, Ge B, et al.Characteristics of gaseous pollutants at Gucheng, a rural site southwest of Beijing.J Geophys Res, 2009, 114(D2):D00G14. doi:  10.1029/2008JD010339/full#footer-citing
    [20] 刘希文, 徐晓斌, 林伟立.北京及周边地区典型站点近地面O3的变化特征.中国环境科学, 2010, 30(7):946-953. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-ZGHJ201007017.htm
    [21] Zipser E J.Mesoscale and convective-scale downdrafts as distinct components of squall-line structure.Mon Wea Rev, 1977, 105(12):1568-1589. doi:  10.1175/1520-0493(1977)105<1568:MACDAD>2.0.CO;2
    [22] Zipser E J.The Role of organized unsaturated convective downdrafts in the structure and rapid decay of an equatorial disturbance.J Appl Meteorol, 1969, 8(5):799-814. doi:  10.1175/1520-0450(1969)008<0799:TROOUC>2.0.CO;2
    [23] Betts A K.The Thermodynamic transformation of the tropical subcloud layer by precipitation and downdrafts.J Atmos Sci, 1976, 33(6):1008-1020. doi:  10.1175/1520-0469(1976)033<1008:TTTOTT>2.0.CO;2
    [24] 盛裴轩, 毛节泰, 李建国, 等. 大气物理学. 北京: 北京大学出版社, 2003. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SYQY201603027.htm
    [25] 慕熙昱, 党人庆, 陈秋萍, 等.一次飑线过程的雷达回波分析与数值模拟.应用气象学报, 2007, 18(1):42-49. doi:  10.11898/1001-7313.20070108
    [26] 葛润生, 姜海燕.北京地区雹暴气流结构的研究.应用气象学报, 1998, 9(1):1-7. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=19980101&flag=1
    [27] Ding A J, Wang T, Thouret V, et al.Tropospheric ozone climatology over Beijing:Analysis of aircraft data from the MOZAIC program.Atmos Chem Phys, 2008, 8(1):1-13. doi:  10.5194/acp-8-1-2008
    [28] 徐晓斌, 林伟立.卫星观测的中国地区1979-2005年对流层臭氧变化趋势.气候变化研究进展, 2010, 6(2):100-105. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-QHBH201002007.htm
    [29] Mckee D.Tropospheric Ozone:Human Health and Agricultural Impacts.New York:Lewis Publishers, 1994.
    [30] 王春乙, 关福来.O3浓度变化对我国主要农作物产量的可能影响.应用气象学报, 1995, 6(增刊Ⅰ):69-74. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-YYQX5S1.009.htm
    [31] 彭丽, 林云萍, 周广强, 等.我国北方地区对流层中下层臭氧收支.应用气象学报, 2009, 20(6):665-672. doi:  10.11898/1001-7313.20090603
  • 加载中
图(7) / 表(2)
计量
  • 摘要浏览量:  3843
  • HTML全文浏览量:  1218
  • PDF下载量:  1042
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2014-09-30
  • 修回日期:  2015-02-10
  • 刊出日期:  2015-05-31

目录

    /

    返回文章
    返回