Page 237 - 《高原气象》2025年第6期

第 44 卷 第 6 期 高 原 气 象 Vol. 44 No. 6
2025 年 12 月 PLATEAU METEOROLOGY December， 2025

李春燕， 赵舒曼， 武淑敏，等， 2025. 基于观测与模拟的北京光解速率长期变化特征研究［J］. 高原气象， 44（6）： 1645-1655.
LI Chunyan， ZHAO Shuman， WU Shumin，et al， 2025. Characterisation of Long-term Changes in Photolysis Rate in Beijing
based on Observation and Simulation［J］. Plateau Meteorology， 44（6）： 1645-1655. DOI： 10. 7522/j. issn. 1000-0534. 2025.
00037. CSTR: 32265.14.gyqx.CN62-1061/P.2025. 00037.

基于观测与模拟的北京光解速率长期变化特征研究

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李春燕 1， 2 ， 赵舒曼 ， 武淑敏 2， 4 ， 刘 昆 ， 胡 波 2
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（1. 成都信息工程大学电子工程学院， 四川 成都 610225；
2. 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；
3. 德州学院化学化工学院， 山东 德州 253000；
4. 东北农业大学资源与环境学院， 黑龙江 哈尔滨 150030）

摘要： 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（NO）和紫外辐射数据， 结合辐射传输模型
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TUV 模拟与气溶胶光学参数分析， 分析了 J（NO）的时空变化特征， 并探讨了气溶胶对 J（NO）的影响。
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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（NO）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
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方时， 下同） -13:00］， 受太阳天顶角变化的直接影响。夏季 J（NO）的极值为冬季的 1. 9 倍， 分别为
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5. 65×10 s 和 2. 95×10 s ， 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
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为夏季（3. 77×10 s ）>春季（3. 51×10 s ）>秋季（2. 97×10 s ）>冬季（2. 25×10 s ）， 主要受到太阳辐
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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（K ）与太阳天顶角
UV
余弦值构建的 J（NO）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
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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（NO）2013 -2023年总体呈显著上升趋势， 年均增
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幅达 2. 73%。2023 年均值为 4. 20×10⁻³ s⁻¹， 比 2013 年（3. 20×10⁻³ s⁻¹）增长了 31. 3%。这一上升趋势与同
期 PM 浓度和气溶胶光学厚度的持续下降密切相关， PM 浓度年均降幅为 5. 51%， AOD 年均降幅为
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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（NO）显著降低。当 PM 浓度高于 75 μg·m -3
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时， J（NO）极值比无污染条件下降了 22. 8%。这一发现表明， PM 的浓度变化是影响光解速率的一个
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重要因素。通过对气溶胶光学特性的分析发现， J（NO）与 AOD 及波长指数（AE）呈负相关， 而与单次散
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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（NO）日极值降低了
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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（NO）日极值增加了 43%。当 AE 从 0. 5 增加至 2. 0 时， J（NO）极值仅降低
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3. 0%， 相较 AOD 和 SSA， AE 的变化对 J（NO）的影响较小。气溶胶对光化学过程的影响排序为：
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AOD > SSA > PM > AE， 其中 AOD 对 J（NO）变化的影响最为显著， 揭示了气溶胶的消光作用对光化
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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（NO）时
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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。
关键词： NO 光解速率； 长期趋势； TUV； 气溶胶
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文章编号： 1000-0534（2025）06-1645-11 中图分类号： P401 文献标识码： A
DOI： 10. 7522/j. issn. 1000-0534. 2025. 00037
CSTR: 32265.14.gyqx.CN62-1061/P.2025. 00037
收稿日期： 2024⁃09⁃14； 定稿日期： 2025⁃03⁃10
资助项目： 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）
作者简介： 李春燕（1998 -）， 女， 四川泸州人， 硕士研究生， 主要从事大气辐射研究. E-mail： 1466877644@qq.com
通信作者： 赵舒曼（1992 -）， 女， 山东德州人， 副教授， 主要从事大气环境化学研究. E-mail： shumanatmos@163.com；
刘昆（1979 -）， 男， 安徽安庆人， 教授， 主要从事大气探测研究. E-mail： liukun@cuit.edu.cn
© Editorial Department of Plateau Meteorology （CC BY-NC-ND）