平流层臭氧

如果要确定空气污染的影响，一个必须保持恒定的主要吸收参数是已知的紫外线与平流层臭氧的相互作用。这一层吸收的紫外线是影响向地球表面传输的主要因素。表面测量的UV与这层臭氧变化的统计相关性远高于r = 0.90水平。的臭氧的重要性作为一个紫外线调节器源于强大的吸收特性在整个紫外线区域。臭氧存在于大气中的两个地方;一个是它应该保护地球上生命的地方:平流层，另一个是对流层，在那里它是一种污染物，可能导致严重的健康问题。这两个臭氧区域的形成都需要高能紫外线辐射，但方式完全不同。在一种情况下，它是紫外线辐射的主要吸收剂。另一方面，紫外线产生对流层臭氧。平流层臭氧是在高能紫外线辐射UV- c (200nm - 280nm)存在下，与分子氧和单线态氧发生一系列反应产生的。它主要产生于赤道地区，并缓慢地向极地移动。在高度污染的条件下，总臭氧柱(平流层和对流层)可构成主要的紫外线吸收剂。在对流层中，紫外线可以产生有助于自身衰减的气体。 Although in general, as will be shown later, the tropospheric gases play a minor紫外吸收与其他气溶胶污染物相比的作用。

平流层臭氧吸收了所有的UV-C辐射。对流层臭氧只占柱状臭氧总量的一小部分，通常不到10%。平流层的路径长度比对流层的路径长度长得多，但更高对流层的密度其不断增加的散射能力被认为增强了该区域的吸收能力(Bruhl和Crutzen, 1989)。据Frederick等人(1993)和Ma和Guicherit(1997)估计，城市/工业化地区的对流层臭氧可使地表紫外线降低3%至15%。在晴朗的天空条件下，总臭氧柱的变化引起紫外线透射率的最大变化，是许多研究的焦点(例如，McKenzie等人，1991年;克尔和麦克尔罗伊，1993年;Bojkov等人，1995;米姆斯等人，1995;

Varotsos和Kondratyev, 1995;Fioletov和Evans, 1997)。这种关系如图11.2所示，图中描述了计算得到的晴空光谱紫外辐照度两列的总金额为200多布森单位(DU)和400du，罗利，北卡罗来纳州，在夏季的高太阳海拔。

很明显，总臭氧柱的减少大大增加了地球表面的UV-B辐照度erythemally重要的波长。人体皮肤对太阳辐射有响应曲线。太阳光谱区域的特定部分，即紫外线，会导致皮肤发红，这就是红斑区。

I. 0e +00 I. 0e -01 E" I. 0e -02 1.0E-03 5 1.01-01 g" I. 0e -05■I . 0e -06 | I. 0e -07 I. 0e -08

280 290 300 310 320 330 340 350

Wavelenyth (nitl)

图11.2平流层臭氧200du变化的紫外光谱变化

云层会对紫外线测量造成严重破坏。它们通常会降低紫外线辐射，但研究表明，Estupinan等人(1996)和Schafer等人(1996)，云实际上可以使表面水平提高10% -15%。云的物理和化学组成(例如厚度、总覆盖率、液滴大小分布、化学成分和间隙吸收气溶胶的存在)导致云对紫外线的影响高度可变;不仅随时间变化，而且随污染物特征的不同地区变化。云层经常会清除大气中的某些吸湿性污染物，在这样做的过程中，将改变大气的反照率，将紫外线反射回太空。

人们对云/物理/化学/热力学还不完全了解。云系统在世界各地差异很大，并且依赖于云类型以及它们是在陆地上还是海洋上形成的。在一种情况下，它们经常在陆地上形成，在那里，人为源每立方厘米产生数千个CCN(云凝结核)，但一旦它们形成(CCN是吸湿的，所以它们在生长过程中收集水蒸气)，它们就会成为污染的强大清除者，吸收气态的硫

二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)和臭氧(O3)。它们还可能收集许多碳氢化合物，不是在溶液中，而是在液滴表面。

云滴是由水汽凝结在云凝结核上形成的。这些核的大小范围从0.001 |im的艾特肯核到2.0 |im的大和巨核。较小的原子核在大气中的浓度要高得多，从而产生具有高得多的液滴浓度的云。这些云有一个高反照率并通过将大量阳光反射回太空，为地球表面提供冷却效果。云滴谱随着云的变老而变宽。为积云，这可能是由碰撞和合并、凝结和蒸发、湍流效应以及不同历史的云团混合造成的。

大陆气溶胶含有较高浓度的CCN，因此导致陆地上的云结构与海洋上的云结构不同。的云的海洋液滴的尺寸分布范围从大约6 ^m到45 ^m。液滴计数在每立方厘米35滴范围内。然而，大陆云的大小范围很窄，为5 ^m - 20 ^m，但其浓度要高得多，约为210滴/厘米。

层云似乎对辐射转移和辐射平衡的影响最大，但似乎没有像积云那样被研究。这两种类型的风速差别很大。积云包含上升气流，测量范围为米/秒，而的层云云的风速是每秒几十厘米。这也与两者的广泛覆盖有关云的类型．层云的覆盖范围可达数十公里，而积云一般只覆盖几公里。

两种类型的液滴大小和生长情况不同。层云滴主要是通过凝结形成的，其生长过程主要是由凝结引起的。液滴随高度单调增大。液滴尺寸光谱较积云窄。造成这种现象的部分原因是，这些云被高压所包围或高度受到抑制逆温层就在他们上面。这抑制了云层和内部液滴的进一步垂直增长。

在层云的情况下，在云顶有混合和部分蒸发导致冷却。正如前面所讨论的，云顶也会发生辐射冷却，这会导致较冷的空气从云中落下。这些云也可以包含超冷液滴区域。如果云层很厚并且含有冰，则更有可能发生降水。降水的概率随云龄、温度和垂直范围的组合而增加。在积云，这三者都存在，并与云厚度有关。在相同的降水概率下，大陆云必须比海洋云厚。海洋云中液滴越少，液滴越大，与大陆云中液滴越小的液滴相比，它们更容易相互碰撞和结合，从而形成降水。人们对层云知之甚少。年龄、温度和厚度仍然是降水的基本要求。

Ilyas(1987)、Bais等人(1993)以及Frederick和Steele(1995)建立了云量和表面紫外线之间的经验关系。推导的经验关系的差异表明了区域的差异云特征．所有这些因素结合在一起，在地表产生了强烈的紫外线变化，从而使长期趋势的检测复杂化(Madronich et al.， 1998)。因此，当试图将紫外线的影响与空气污染联系起来时，晴朗无云的日子是最好的。

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