闪是产生NO_x的地面观测及数值模拟研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 周筠珺 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2005 |
| 授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 郄秀书 |
| 关键词 | 闪电产生的NO_x 地面观测 数值模拟 |
| 中文摘要 | 在自由对流层和行星边界层大气化学和与气候相关的研究中，闪电产生的NO_x都起着不容忽视的作用。本文旨在初步揭示大气电学一大气化学一气候之间的关系，这不仅对于完善大气电学、大气化学和气候的研究十分重要，而且对于深价入理解全球氮循环规律也具有重要的科学意义。本文通过雷暴天气条件下近地面大气中NO_x浓度的实际观测、闪电与大气中NO_x浓度增加的事实分析、闪电产生NO_x的区域分布及其传输的数值模拟，研究了近地面闪电产生NO_x的规律及其对对流层化学场的影响。本文共分三个部分，第一部分为闪电产生NO_x向地面输送的地面观测及相：关事实分析，第二部分为全球和东亚闪电产生NO_x的时空分布，第三部分为闪电产生的NO_x对于东亚对流层化学场影响的数值模拟。全文共分七章。第一章对闪电产生NO_x的研究意义、研究的历史现状及本文要做的工作进行了概述；第二章对法国观测到的大气中NO_x浓度增加与地闪之间的关系进行了分析；第三章在中国内陆地区三个观测点对闪电产生的NO_x进行了地面观测，并估算了单次云、地闪产生的NO_x量；第四章对闪电产生的NO_x在全球的时空分布特征进行了分析；第五章进一步对闪电产生NO_x在东亚的时空分布特征进行了具体的分析；第六章利用大气质量模式模拟研究了闪电产生的NO_x对于东亚化学场的影响；第七章对全文进行了总结，并对今后的工作做了展望。研究得到的主要结论如下：（1）利用由法国的闪电定位系统得到的地闪资料和高山化学观测站（Puyde．Dome）的NO_x观测资料，对多个雷暴过程大气中NO_x浓度变化进行了分析，发现了地闪引起近地面大气中NO_x浓度增加的事实，特别是当雷暴发生在测站附近、雷暴中闪电产生的NO_x烟羽经过测站时，大气中NO_x浓度增加十分明显。(2)在中国内陆地区三个观测点（青海大通、西藏那曲和甘肃中川），利用闪电多参量观测仪和NO_x分析仪对雷暴天气中闪电产生的NO_x进行了地面观测。在雷暴天气过程中，近地面大气中NO_x的浓度会有明显的增加，在个别雷暴中发现下，大气中NO_x浓度的每次增加都与较高的闪电频数有很好的对应关系。在三极性雷暴电荷结构及闪电垂直通道的假定下，估算了单次云、地闪产生的NO平均分子数及其变化范围，分别为3.97*10~(24)(1.47*10~(23)-1.22*10~(25)和3.97*10~(25)*(1.47*10~(24)-1.22*10~(26)）。通过地面观测进一步明确了闪电产生的NO_x向地面传输的事实。闪电引起的地面NO_x浓度的增加量瞬间可达0.2432PPmv，但是观测到的地面NO_x浓度变化与雷暴的位置、风向、降强等因素有较大关系，而且在三个不同的区域这一值有较大的不同。（3）根据Price等通过理论分析得到的单次云（地）闪产生的NO分子数6.70*10~(25)(6.70*10~(26)），利用NASA全球水文资源中心提供的搭载在低轨道卫星上的光学瞬变探测器（OTD，4/95-3/00）与闪电成像探测器（LIS，1/98-12/02）所获取的闪电合成平均资料对全球闪电产生NO_x的分布特征进行了分析，得到了全球闪电产生的NO_x的年平均产量为13.72*10~(12)g，春、夏、秋、冬4季的全球闪电产生的NO_x的平均产量占全年产量的百分比分别为24％、34％、24％和18%。东亚闪电产生的NO_x在45°N以南的区域存在7个极值中心。与NO_x的非闪电排放源在东亚的分布相比较，闪电产生NO_x的分布范围大，年产量约为非闪电源排放量的23％。闪电产生NO_x的量总体上随纬度的增加而减小，但在一些有特殊地貌特征的中纬度局部地区闪电对NO_x的贡献很大，特别是在中国西藏西南部和印度板块接壤的区域。强雷暴活动年闪电产生NO_x最大增幅的位置偏北与特殊的天气事件密切相关。闪电产生NO_x月产量以年为周期，且为双峰结构。（4）利用一个包含有详细的大气化学过程的区域大气质量欧拉模式及美国'NASA的GHRC提供的LIS/OTD闪电卫星资料，模拟了闪电产生的NO_x对于东亚NO和NO_2场的影响。发现闪电产生的NO_x在一年四季对于这些化学物质在对流层内各个高度上浓度的影响都是十分明显的。尤其是在夏季闪电产生的NO_x在东亚1.5km高度上的贡献，使NO的浓度在一些区域有明显的增加，主要是在13°E以西，35°N以南的区域，增加的幅度普遍在30％以上，增幅中心主要位于（79°E，30°N）附近，且其增幅均在140％以上。在夏季6.5km的高度上，对于东亚NO浓度场的贡献比其对1.5km高度上NO浓度场的贡献更加显著，但NO浓度增加的范围比1.5km高度上的小，其主要分布在105°E以西，35°N以南的陆地区域，增加的幅度均在500％以上。在中国西藏、孟加拉及缅甸的接壤处的增幅最大，增幅高达5500％以上，NO向高纬度地区也明显产生了一定量的输送。夏季闪电产生的NO_x在各高度上对于东亚NO_2场的贡献略小于对于NO场的贡献。在模式中利用不同的参数化方式模拟闪电产生的NO_x对于东亚NO场的影响的结果有一定的差别，这种差别在模式的低层（0.3km的高度上）并不是很大，而在较高的层中则差别十分明显。这也说明模式对于参数化的敏感性主要出现在模式高层的模拟中。模拟结果与地面实际观测值有较好的一致性。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 126 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/22042]  |
| 专题 | 寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 周筠珺. 闪是产生NO_x的地面观测及数值模拟研究[D]. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2005. |
入库方式： OAI收割
来源：寒区旱区环境与工程研究所
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