南极中山站地面臭氧的监测和本底特征

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1、2011年第56卷第11期：848~857《中国科学》杂志社论文www.scichina.comcsb.scichina.comSCIENCECHINAPRESS南极中山站地面臭氧的监测和本底特征①①*①②①①①王玉婷,卞林根,马永锋,汤洁,张东启,郑向东①中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室,北京100081;②中国科学院研究生院,北京100049*联系人,E-mail:blg@cams.cma.gov.cn2010-11-04收稿,2011-01-05接受国家自然科学基金(41076132)和国家科技支撑计划(200

2、6BAB18B05)资助摘要利用南极中山站大气监测站2008年全年地面臭氧连续观测资料,分析了地面臭氧的季节关键词变化特征和本底浓度与风的关系.结果显示,来自于站区方向的风向频率很低,仅占数据样本的南极2%,盛行风(偏东风)频率为79.2%,表明中山站地面臭氧浓度监测数据基本未受站区污染影响;中山站监测数据具有东南极大陆沿岸的本底特征.中山站地面臭氧浓度季节变化的显著特征是冬季高地面臭氧11本底特征夏季低,年平均浓度为25.0nmolmol;峰值出现在7月,月平均浓度为34.4nmolmol;谷值在ODE112月,月平

3、均浓度为12.3nmolmol;此结果与南极大陆其他沿海站点观测相似.地面臭氧浓度与紫外辐射(UVB)呈显著的负相关,且极夜期间地面臭氧浓度比极昼期间高1~2倍,说明在南极光化学作用对臭氧的破坏占主导地位.对中山站臭氧损耗事件的个例分析表明,臭氧损耗事件的发生与低温和站区北部海冰上的溴化物浓度高值区有密切相关,结合气流后向轨迹分析表明臭氧损耗事件是由BrO的影响所致.臭氧是大气化学中的核心成分之一.尽管臭氧为活动的影响程度,以及为政府部门制订减排政策[8]在大气中的含量很少,但它对人类和地表生物的生提供本底信息都是非常重要的

4、.受到人为影响之前,[1]1存及地球气候系统的形成都有重要影响.大气中自然大气中臭氧浓度的评估值为10~15nmolmol,90%的臭氧分布在平流层中,仅10%的臭氧存在于对近年来许多本底站观测的地面臭氧浓度在30~60流层[2].IPCC报告[3]中指出,平流层臭氧和对流层臭1nmolmol之间,其增长很大程度上归因于人类活动氧在气候变化的辐射强迫系统中的贡献分别为[7]造成臭氧光化学前体物排放的增加.20.05±0.10和0.35±0.15Wm.低层大气中的臭氧南极地区是受人类活动影响和环境污染极少的与OH自由基

5、和氮氧化物的生成有关,其本身也是一地区,被视为全球大气的本底.该地区对流层臭氧的种重要氧化剂,可以清除很多天然和人为释放的污源汇很少,其浓度主要由光化学反应过程、远距离输染物[4].由于臭氧对太阳辐射有很强的吸收作用,地[7]送以及平流层臭氧的向下传输所决定.因此,在南[5~7]面臭氧也是影响近地层气温的温室气体.另外,极地区进行地面臭氧监测对全球地面臭氧的浓度变高浓度臭氧会对大气环境造成严重污染,对人类、动化和趋势有很好的指示作用.南极地区地面臭氧的植物和生态环境具有极大危害.因此,对流层臭氧的观测始于20世纪50年代,但

6、到目前为止全球大气监监测与研究已受到了广泛的重视.测网(GAW)在南极地区仅有2个全球站开展地面臭观测发现对流层臭氧浓度有逐年增长的趋势.氧的长期观测(http://www.wmo.int/pages/prog/arep/自从工业革命以来,对流层臭氧浓度至少增加了1倍.gaw/gaw_homeen.html).另外,有少数区域站也进行定量得到地面臭氧的本底浓度及变化趋势对评估人地面臭氧观测,但相对于其他地区南极臭氧观测资英文版见:WangYT,BianLG,MaYF,etal.Surfaceozonemonitoringan

7、dbackgroundcharacteristicsatZhongshanStationoverAntarctica.ChineseSciBull,2011,56,doi:10.1007/s11434-011-4406-2论文[22]料仍然十分稀少.面臭氧的日变化特征.谢周清等人分析了北极对南极地面臭氧季节变化具有明显的冬季高夏季流层臭氧与大气中汞亏损及海冰演变的关系.[9]低的特征,季节变化振幅约为年平均浓度的在第四次国际极地年(2008/2009)中国行动计划[10][11]50%.20世纪80年代,Oltmans发现了

8、北极地面的支持下,我国第24次南极科学考察队在南极建立臭氧在冬末春初会出现剧烈损耗的事件(ODE),引起了第一个大气本底监测站,首次实现对中山站地区了广泛的关注.20世纪90年代末,南极地区也发现大气本底的连续监测.本文利用中山站2008年全年[12]了地面臭氧损耗事件.研究发现极地臭氧损