高原气象

作者：李春燕,赵舒曼,武淑敏,刘昆,胡波

单位：<sup class=\"mag-xml-aff-label-sup added-by-sys\">1.</sup> 成都信息工程大学电子工程学院，四川 成都 610225","<sup class=\"mag-xml-aff-label-sup added-by-sys\">2.</sup> 中国科学院大气物理研究所 大气环境与极端气象全国重点实验室，北京 100029","<sup class=\"mag-xml-aff-label-sup added-by-sys\">3.</sup> 德州学院化学化工学院，山东 德州 253000","<sup class=\"mag-xml-aff-label-sup added-by-sys\">4.</sup> 东北农业大学资源与环境学院，黑龙江 哈尔滨 150030

关键词：NO2光解速率,长期趋势,TUV,气溶胶

基金：国家自然科学基金面上项目(42075184),山东省自然科学基金青年项目(ZR2022QD140)

为探究北京地区大气光化学基础参数的演变规律及气溶胶的影响机制， 本研究基于2018年9月至2019年8月期间北京地区近地面观测的二氧化氮光解速率J（NO2）和紫外辐射数据， 结合辐射传输模型TUV模拟与气溶胶光学参数分析， 分析了J（NO2）的时空变化特征， 并探讨了气溶胶对J（NO2）的影响。此外， 本研究还重构了2013 -2023年的长期光解速率数据集， 进一步揭示了长期变化趋势与气溶胶特征的相关性。研究结果表明， J（NO2）日变化呈现典型的单峰型分布， 峰值通常出现在正午时段［12:00（地方时， 下同） -13:00］， 受太阳天顶角变化的直接影响。夏季J（NO2）的极值为冬季的1.9倍， 分别为5.65×10-3 s-1和2.95×10-3 s-1， 表明夏季由于太阳辐射强度更高， 光解速率显著增加。季节变化特征表现为夏季（3.77×10-3 s-1）&gt;春季（3.51×10-3 s-1）&gt;秋季（2.97×10-3 s-1）&gt;冬季（2.25×10-3 s-1）， 主要受到太阳辐射强度季节性变化及夏季多雨天气影响的双重作用。此外， 利用紫外辐射晴空指数（KUV）与太阳天顶角余弦值构建的J（NO2）估算模型， 计算值与观测值之间的线性拟合相关系数达0.99， 且平均相对误差为8.8%， 均方根误差为0.00036。结果验证了该模型在复杂大气条件下的较高适用性， 提供了有效的预测手段。通过该模型重构的长期数据集表明， 北京地区J（NO2）2013 -2023年总体呈显著上升趋势， 年均增幅达2.73%。2023年均值为4.20×10?? s??， 比2013年（3.20×10?? s??）增长了31.3%。这一上升趋势与同期PM2.5浓度和气溶胶光学厚度的持续下降密切相关， PM2.5浓度年均降幅为5.51%， AOD年均降幅为5.74%。这些变化表明， 随着大气清洁化措施的推进， 颗粒物的减少降低了对紫外辐射的衰减作用， 间接促进了光解速率的提升。研究发现， 在污染条件下， J（NO2）显著降低。当PM2.5浓度高于75 μg·m-3时， J（NO2）极值比无污染条件下降了22.8%。这一发现表明， PM2.5的浓度变化是影响光解速率的一个重要因素。通过对气溶胶光学特性的分析发现， J（NO2）与AOD及波长指数（AE）呈负相关， 而与单次散射反照率（SSA）呈正相关。敏感性试验表明， 当AOD从0.5增加到2.5时， J（NO2）日极值降低了45.6%。尤其是在AOD为2.5时， 正午时段的衰减率达49.8%。相反， 当SSA从0.2增至1.0时， 气溶胶的散射能力增强， 使得J（NO2）日极值增加了43%。当AE从0.5增加至2.0时， J（NO2）极值仅降低3.0%， 相较AOD和SSA， AE的变化对J（NO2）的影响较小。气溶胶对光化学过程的影响排序为： AOD &gt; SSA &gt; PM2.5 &gt; AE， 其中AOD对J（NO2）变化的影响最为显著， 揭示了气溶胶的消光作用对光化学过程的抑制作用占据主导地位。此外， 本研究还通过对TUV模型的验证， 确认了其在模拟J（NO2）时空变化中的可靠性， 模拟值与观测值的相关性达0.93。该验证结果为量化气溶胶-辐射-光化学耦合机制提供了重要的方法支撑。

来源：2025年第6期

《高原气象》期刊编辑部

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