气候与环境研究2024,Vol.29Issue(4) :465-477.DOI:10.3878/j.issn.1006-9585.2024.24047

北京夏季一次深对流过程对不同溶解度气体垂直输送的模拟

Modeling of Vertical Transport of Gases with Different Solubilities by a Deep Convective Process during Summer in Beijing

吴敏凡 卞建春 雒佳丽 王辉 李丹 王澜 白志宣
气候与环境研究2024,Vol.29Issue(4) :465-477.DOI:10.3878/j.issn.1006-9585.2024.24047

北京夏季一次深对流过程对不同溶解度气体垂直输送的模拟

Modeling of Vertical Transport of Gases with Different Solubilities by a Deep Convective Process during Summer in Beijing

吴敏凡 1卞建春 2雒佳丽 3王辉 4李丹 5王澜 5白志宣5
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作者信息

  • 1. 兰州大学大气科学学院,兰州 730000;中国科学院大气物理研究所中层大气和全球环境探测重点实验室,北京 100029
  • 2. 兰州大学大气科学学院,兰州 730000;中国科学院大气物理研究所中层大气和全球环境探测重点实验室,北京 100029;中国科学院大学地球与行星科学学院,北京 100049
  • 3. 兰州大学大气科学学院,兰州 730000
  • 4. 北京市气象探测中心,北京 100089
  • 5. 中国科学院大气物理研究所中层大气和全球环境探测重点实验室,北京 100029
  • 折叠

摘要

利用中尺度大气化学模式WRF-Chem,对 2012年 7月 21日北京及其周边地区一次深对流过程中大气成分垂直输送过程进行了模拟,量化深对流系统对大气中不同溶解度气体成分再分布的贡献.将本次模拟个例与微波临边观测仪(Microwave Limb Sounder,MLS)卫星数据的对比发现,数值模拟可以较好地再现深对流天气过程中大气成分CO和O3 的分布特征.在本次模拟个例中,从CO、O3、SO2 和NH3 等不同溶解度气体体积浓度随时间和高度的变化特征发现:深对流可以将不同溶解度的气体输送到对流层上层,甚至进入到平流层下层;在对流层上层,不易溶的CO(O3),其体体积浓度由对流发生前期的 70 ppb(1 ppb=10-9)(220 ppb)增加(降低)到对流最强盛期的 111 ppb(102 ppb),增加(降低)的百分比为 58.6%(53.6%);而易溶的SO2 和NH3,在对流层上层,其体积浓度分别由对流前期的 0.036 ppb和 0.011 ppb增加到对流最强盛期的 0.4 ppb和 0.15 ppb,增加的百分比为1011.1%和1263.6%.

Abstract

The WRF-Chem model was used to simulate the vertical transport of atmospheric composition during deep convection over Beijing and its surrounding areas on 21 Jul 2012.The study quantified the contribution of the deep convective system to the redistribution of atmospheric composition with different solubilities.Comparison with Microwave Limb Sounder(MLS)measurements showed that the model simulation accurately reproduced the distribution of CO and O3 during deep convection.The time and altitude cross-section of CO,O3,SO2,and NH3 demonstrated that deep convection could transport gases with different solubilities to the upper troposphere and even into the lower stratosphere.In the upper troposphere,the volume concentration of low-solubility gas CO increased from 70 ppb(1 ppb=10-9)to 111 ppb during the convection,representing a 58.6%increase.Conversely,O3 decreased from 220 ppb to 102 ppb,showing a 53.6%decrease.For high-solubility gases,SO2 and NH3 concentrations increased from 0.036 ppb and 0.011 ppb in the preconvection to 0.4 ppb and 0.15 ppb by volume during the convection,with percentage increases of 1011.1%and 1263.6%,respectively.

关键词

大气成分/气体溶解度/深对流/垂直输送

Key words

Atmospheric composition/Gas solubility/Deep convection/Vertical transport

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基金项目

第二次青藏高原综合科学考察研究项目(2019QZKK0604)

国家自然科学基金项目(42394121)

出版年

2024
气候与环境研究
中国科学院大气物理研究所

气候与环境研究

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子:1.691
ISSN:1006-9585
参考文献量46
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