1994-2009年华南对流层臭氧年际和长期变化特征及其成因

本项目基于1994年至2009年期间华南沿海地区的各类对流层大气臭氧监测数据（包括香港鹤嘴本底站、臭氧垂直探空和商用飞机观测计划MOZAIC航测数据等）以及各类气象资料和卫星反演数据，通过尺度分离等的统计方法和大气化学输送模型（MOZART4）模拟，综合研究华南地区对流层本底大气臭氧年际及长期变化特征，揭示控制华南本底臭氧年际变化以及长期趋势的关键气象要素及其与东亚季风指数之间的联系，认识东亚季风及其伴随的气温、辐射和环流等因素变化对臭氧年际变化的定量贡献，并掌握华南对流层低层大气臭氧浓度变化趋势与我国东部沿海地区人为源排放增加之间的定量关系。本项目对于认识和理解人类活动对大气环境的影响以及区域气候变化与大气环境的相互关系具有重要的科学意义。

本项目计划基于1994-2009年期间华南沿海地区各类对流层大气臭氧数据及各类气象资料和卫星资料，通过统计和传输模拟综合研究华南地区对流层本底臭氧年际及长期变化特征，揭示控制华南本底臭氧年际变化以及长期趋势的关键气象要素及其与东亚季风指数之间的联系，认识相关气象要素对于臭氧年际变化的定量贡献，并掌握对流层低层大气臭氧浓度变化趋势与我国东部沿海地区人为源排放增加之间的定量关系。项目实施过程中立足于既定核心科学问题和研究目标，在研究资料对象上重点针对1994-2010年香港鹤嘴站的臭氧和一氧化碳观测资料、多个空气质量监测点资料、臭氧探空资料等开展分析；在研究手段上除了常规统计外引入了客观天气分型方法、拉格朗日后向扩散模拟等方法弥补大尺度化学传输模型的不足。通过采用经验Kirchhofer客观天气分型方法，将香港的历史天气形势进行客观分型并统计了不同天气条件下各站点的臭氧变化特征，并根据典型天气过程的发生频率、天气过程的强度以及不同天气类型和强度对应的气候态平均臭氧浓度，重建了仅受天气变化所导致的臭氧时间序列，发现季风环流和天气型的变化对臭氧年际变化乃至趋势扮演着重要角色。项目进一步发展了基于拉格朗日扩散模拟的定量诊断模型，并将其应用于鹤嘴观测的臭氧和一氧化碳资料的模拟中，据此认识季风环流输送对于臭氧及其前体物的季节变化的影响和区域定量贡献。基于香港天文台2000-2010年臭氧探空资料。统计了对流层臭氧的气候态垂直分布特征，与MOPITT卫星观测的CO垂直分布、HYSPLIT拉格朗日扩散模式计算的人为排放和生物质燃烧排放CO垂直分布进行了对比，发现对流层低层的臭氧由于东亚季风环流的影响表现出非常突出的季节变化，东亚季风是影响对流层低层臭氧年际变化的关键因素。基于对香港鹤嘴站1994-2010年的臭氧观测资料的系统分析，发现东亚季风环流的年际及年代际变化影响着臭氧的年际乃至长期趋势，1994-2010年期间所观测到的正的臭氧增加趋势有40%左右是由季风环流的变化所造成的。基于上述工作，项目成功发表SCI论文5篇（项目资助），另有2篇SCI论文待投稿，获得了1项省部级奖励，先后参加了多次一系列国内外学术研讨，培养了一批本科和研究生。