1998～2001年合肥地区平流层臭氧浓度垂直廓线变化特征

L625紫外差分吸收(UV-DIAL)激光雷达主要用于18～45 km高度范围内平流层臭氧浓度垂直分布的长期监测.位于合肥郊区的这一台激光雷达自1996年8月全面建成并投入正常运行以来,进行了长期的连续观测,积累了大量宝贵资料.通过分析L625紫外差分吸收激光雷达在1998～2001年期间的平流层臭氧观测数据,得出了合肥上空平流层臭氧浓度垂直分布的特征:平均垂直浓度分布的峰值点高度为23.32 km,峰值点的臭氧浓度为4.43×1012cm-3,柱含量6.4×1018cm-2;臭氧浓度有明显的一年周期震荡,表现为季节变化:平流层中上层臭氧浓度夏季高冬季低;平流层下层臭氧浓度夏季低冬季高.平流层臭氧浓度峰值高度的变化特征为夏季高冬季低.     

国内简讯

国内简讯我国启用首台臭氧激光雷达国内首台臭氧激光雷达已于１９９３年１２月２８日投入探测。两个多月来，已历到一批１５～４０公里高度范围内臭氧浓度垂直分布资料。科研人员将它们与国际上的模式和美、日等国的测量数据相比较，结果吻合。这台臭氧激光雷达是在“８６...     

合肥梅雨季节大气污染物分布特征的激光雷达探测

利用AML-2型车载测污激光雷达测得的合肥梅雨季节大气污染物的监测数据,研究梅雨季节对流层大气气溶胶和臭氧的时空分布特征,对比分析雨水对大气污染物消减的影响。结果表明:梅雨季节气溶胶的消光系数较小,且随着高度增大呈递减的趋势,在0.5km高度处,多天的消光系数为0.1～0.18km~(-1);持续降水对气溶胶浓度具有显著的消减作用,梅雨季节之前和梅雨季节气溶胶消光系数的均值分别为0.37km~(-1)和0.14km~(-1);梅雨季节臭氧的时空变化特征明显,臭氧浓度随高度的增大而逐渐减小,臭氧浓度的日差异较大,2008年6月20日和24日,0.4km高度处臭氧质量浓度相差59.5μg/m~3;与梅雨季节之前相比,梅雨季节的臭氧浓度大幅减小,相同高度处臭氧质量浓度均值的差值可达41.8μg/m~3。     

北京地区大气臭氧与氮氧化物测量分析

高层大气臭氧能够吸收紫外线保护地球生物,但是低空和近地面臭氧却是危害人类健康和动植物生长的污染气体.氮氧化物也是空气中的污染气体,臭氧和氮氧化物可以相互转化,研究二者的变化关系具有重要意义.2011年12月利用EC9810A臭氧分析仪和EC9841氮氧化物分析仪,在北京中国环境科学研究院进行测量,得到了臭氧和氮氧化物的变化特征,分析结果表明臭氧和氮氧化物具有日变化特征,白天臭氧浓度呈现先上升后下降的趋势,夜里比较平稳;氮氧化物与臭氧变化趋势呈负相关,白天浓度先下降后升高,夜间浓度大于白天;臭氧的变化与气象条件有关,在晴天上升较快,峰值大,阴天上升慢,峰值小;臭氧的含量还具有明显的季节特征,春季的浓度要比冬季的浓度高.氮氧化物的变化与人们的生活关系密切,汽车尾气等废气的排放是导致氮氧化物含量升高的重要原因.同时利用中科院安徽光机所研制的AML-3车载激光雷达测量了臭氧在白天垂直高度上的分布,在500～1000m高度上臭氧的平均含量变化与分析仪测量趋势比较一致.     

差分吸收激光雷达监测北京灰霾天臭氧时空分布特征

差分吸收激光雷达是测量对流层臭氧时空分布的有力工具,利用差分吸收激光雷达在灰霾条件下开展观测研究,分析了臭氧浓度时空分布特征。结果表明:在夏季副热带高压大气天气条件下,受偏南风气团输送的影响,6月中旬形成一次高浓度的臭氧污染过程。6月14日夜间至6月15日中午离地面1.5~2km高度的臭氧气团浓度(即体积分数)高达1.2×10-7以上,下午臭氧气团出现下沉,从而引起当日下午近地面臭氧浓度的升高。在灰霾天气过程中,细颗粒物与臭氧分布在不同高度上具有不同的关联特征,地面颗粒物充分参与了光化学反应过程,而高空高浓度的颗粒物和臭氧气体则与输送有关。晴朗天气下的臭氧浓度在整个空间尺度上都有不同程度的下降,并且没有出现明显的外部输入气团。     

用XeCl激光雷达观察同温层的臭氧层

我们用新近设计的高功率激光雷达借差分吸收技术观察了同温层的臭氧层。在该系统中，采用波长为308亳微米的放电泵浦的XeCl准分子激光器为发射器。所测得的16~25公里高度范围中臭氧浓度与由无线电探空仪得到的数据极为一致。鉴于该系统的结构简单，可望用于同温层臭氧浓度的连续监测。     

2001年合肥上空大气臭氧的分布特征分析

对L625差分吸收激光雷达2001年的臭氧观测数据进行了处理和分析,观测结果表明:合肥上空高度5～45 km区间,臭氧厚度0.264×10-5 km,峰值高度海拔24.9 km,峰值大小4.3677×1012 cm-3.不同高度的臭氧数密度具有明显的季节特征,35 km、30 km和25 km高度的臭氧数密度变化特征表现为夏季数密度高,冬季数密度低.20 km、15 km和10 km高度的臭氧数密度的变化特征表现为冬春季数密度高,秋季数密度低.臭氧层峰值高度夏秋季高,冬春季低.     

户外型探测臭氧和气溶胶激光雷达系统研制

激光雷达探测臭氧和气溶胶垂直廓线分布近年来在环境监测领域获得广泛应用。介绍了一套可同时用于探测臭氧和气溶胶浓度的激光雷达系统。采用Nd:YAG激光器,通过二倍频器和四倍频器分别产生532 nm和266 nm激光光源,基于受激拉曼散射原理,在两根拉曼管中分别充有氘气和氢气,产生拉曼频移光289 nm,299 nm,通过差分吸收算法原理反演垂直空间臭氧浓度廓线,通过米散射算法原理来反演气溶胶浓度廓线。水平扫描试验结果显示,雷达系统的探测结果与近地面点式臭氧分析仪测量结果有较好的一致性,相对误差小于10%。在安徽合肥科学岛外场观测结果表明:臭氧探测高度,白天可以达到3 km,晚上可以达到5 km,气溶胶探测高度,白天可以达到10 km,晚上可以达到15 km。     

臭氧激光雷达硬件故障数据的识别方法

对大气臭氧探测激光雷达出现硬件故障时的回波特征进行了分析。根据回波形态和雷达强度等,采用基于模糊逻辑的质量控制方法,对雷达硬件故障数据进行了识别检验,识别率高达93%,即能较好地实现对硬件故障数据的质量控制。比较了硬件故障时的数据和被误判的正常数据在300～500 m高度上对应的臭氧浓度和信噪比均值,找出统计特性,降低了对正常数据的误判率。     

激光雷达探测反演PM2.5浓度的精度研究

给出了355nm激光雷达与布设在中国科学院大气物理研究所325m铁塔上的BAM-1020颗粒物监测仪对比观测实验的结果,通过2011年9月21日至10月21日一个月的对比实验发现,激光雷达探测的气溶胶消光系数与实测的PM2.5浓度之间存在较好的相关性。利用线性回归模型建立消光系数与颗粒物浓度之间的关系式,并通过铁塔实测的PM2.5浓度对该关系式在垂直高度上的反演精度进行研究。结果显示,在63,80,120,160m高度处雷达反演的PM2.5与实测值之间的相关系数分别为0.9447,0.9331,0.9284,0.9308,说明激光雷达能有效探测颗粒物的垂直分布状况。激光雷达探测将有利于研究污染物的空间分布状况和污染物跨界输送问题,并为区域大气联防联控制定政策和措施提供数据支持。     

长三角区域典型城市臭氧时空分布及其与气象因素相关性研究

通过对长三角城市群 2018 年臭氧和气象数据的监测与分析, 研究了该区域臭氧时空分布特征及其与气象要 素的相关性。研究结果发现: (1) 长三角区域臭氧污染呈现春夏高、秋冬低的季节变化特征, 内陆城市臭氧污染较沿 海城市严重; (2) 长三角区域内陆城市超标污染主要发生在夏季, 而沿海城市主要集中在春季, 且内陆城市臭氧超标天 数较沿海城市高; (3) 臭氧日变化与能见度、风速、温度呈正相关, 与相对湿度呈负相关; 且当温度 > 20◦c, 相对湿度在 20%∼60% 之间, 风速达到 1.2∼3.6 m·s−1 时, 易发生高浓度臭氧污染情况。该研究成果对长三角区域臭氧联防联控具 有指导意义。     

激光雷达与SAGE Ⅱ及HALOE卫星观测合肥地区平流层臭氧对比

通过与SAGEⅡ和HALOE两个卫星仪器多天的臭氧数据对比,验证了激光雷达观测合肥地区平流层臭氧数据的有效性．分析表明在18～37．5km范围内激光雷达与SAGEⅡ及HALOE观测得到的臭氧浓度分布表现了较好的一致性;其中,激光雷达与SAGEⅡ臭氧结果的相对偏差一般在20～32km范围内小于10％,32～35km范围内小于26.5％;激光雷达与HALOE臭氧结果的相对偏差在21～32km范围内一般小于15％．激光雷达、SAGEⅡ和HALOE三者同天或邻天的平流层臭氧结果相比,也表现了较好的一致性．     

合肥上空大气臭氧垂直分布特征分析

利用中国科学院安徽光学精密机械研究所自行研制的L625紫外差分吸收激光雷达在合肥进行了长期的观测,对L625差分吸收激光雷达在1996～2009年观测的大气臭氧数据进行了分析,并与AURA卫星的观测数据进行了对比,得到了合肥上空大气臭氧月、季平均垂直分布的特征,初步给出合肥上空平流层臭氧的变化趋势.     

Nd:YAG四倍频激光抽运氘后的拉曼效应及其在激光雷达中的应用

利用 Nd:YAG四倍频激光抽运氘气 (D2 )的受激拉曼效应 ,获得一阶斯托克斯 (Stokes)波长2 89nm。通过改变拉曼介质 D2 气压与抽运光能量 ,获得了一阶斯托克斯输出的较佳条件。该波长与 Xe Cl准分子激光波长 30 8nm采用差分吸收方法 ,建立了用于对流层臭氧探测的激光雷达 ,并初步获得了对流层大气臭氧的垂直分布及其时间变化特征。     

获取多波长气溶胶光学特性的方法研究

为了获得多波长气溶胶的垂直消光特性,本文提出了一种综合利用光学粒子计数器、能见度仪和激光雷达获取多波长气溶胶光学特性的新方法。该方法根据光学粒子计数器测量的谱分布、能见度仪测量的能见度和激光雷达测量的消光后向散射比反演出气溶胶粒子(λ=0.532μm)的折射率,作为初始值,根据气溶胶模式提供的折射率随波长的变化关系,确定其他波长上的折射率。再根据气溶胶折射率和谱分布计算不同波长上的消光特性,最后采用激光雷达测量的垂直消光廓线来反演其他波长上的消光廓线。以0.532μm,1.06μm和 10.6μm三波长为例,给出北京2004年8月24日气溶胶在不同波长上的垂直消光廓线。     

北京一次强降水过程雨滴谱特征

雨滴谱是云及降水物理学中重要的研究对象,基于北京2015年8月7日的强降水雨滴谱观测数据,计算得到该过程的雨滴谱、质量加权直径、平均直径等雨滴尺寸分布特征,由雨滴谱观测数据计算得到降水强度、液态水含量和雷达反射率,分析这些降水参数在此次降水过程中的变化特征。综合分析雨滴谱参数和S波段天气雷达反射率表明此次降水过程具有飑线特征,可划分为前端的引导对流性降水、过渡降水和尾部层状降水三个阶段。最后讨论不同降水阶段雨滴谱参数及降水参量的变化及其对雷达定量降水估测Z-R关系的影响。结果表明对流性降水阶段的雨滴数浓度（大于4600个/m3）、质量加权直径（2.69 mm）、最大直径（6.3 mm）均远高于过渡和层状降水阶段,对流降水阶段和过渡阶段雨滴直径分布范围类似（标准差均大于0.3 mm）,层状降水分布较窄（标准差0.24）。不同降水阶段拟合得到的Z-R关系明显不同,拟合得到此次降水整个过程的Z-R指数经验关系系数a=674.91,指数b=1.39。     

合肥郊区大气边界层垂直风速的声雷达探测

垂直速度的测量与分析是研究大气边界层对流和湍流的重要手段，对合肥地区用声雷达探测的垂直速度数据的分析表明，白天对流旺盛，垂直速度较大，湍流较强，夜间对流相对较弱，垂直速度较小，湍流也较弱。在白天对流比较强时，瞬时垂直速度可超过0．6m／s，从对数据的统计分析来看，有90％的垂直风速在0．3m／s以F。同时分析了垂直风速标准差，发现其有明显的日变化特征，并且与大气折射率结构常数有很好的相关性。     

基于激光雷达和地面监测数据对南京一次沙尘和细粒子污染时空演变特征的分析

利用偏振激光雷达对南京2015年3月一次沙尘和细粒子污染共存过程的颗粒物垂直分布特征进行观测研究,结合地面气象数据、PM2.5和PM10质量浓度数据、PM2.5组分数据、卫星MODIS测量结果,探讨不同颗粒形态下的气象因素、颗粒物浓度分布、组分特征以及颗粒物光学特性的时间演变和垂直分布特征.结果表明:高湿、弱风等不利气象条件利于二次粒子的生成和累积,期间水溶性组分中SNA(SO₄^2-、NO₃^-、NH₄⁺)等二次组分浓度明显升高;同一时期长距离输入的沙尘发生的沉降对地面PM2.5化学组分构成显著影响,3月21日下午时段至3月22日在1.1².5 km高度的沙尘颗粒物向地面输送造成地面PM2.5的Ca²⁺突然增大到3.2μg/m³;3月22日下午以后在东南气流影响下,地面PM2.5向西扩散,PM2.5颗粒物浓度得到有效稀释,同时段出现了沙尘输入和扬尘过程,扬尘过程和沙尘输入使地面的粗颗粒增多,PM10剧增至347μg/m³;南京与无锡地区的颗粒物时空分布呈现高度相似的变化特点,具有区域性分布特征.后向轨迹分析表明,500 m、800 m及1000 m三个高度气团移动方向基本一致,主要从内蒙、京津冀、山东等地入海,后又经东海返回内陆抵达南京.     

用于烟尘监测的偏振激光雷达系统及实验研究

激光雷达具有探测距离远,分辨率高,对气溶胶浓度变化敏感等优势,偏振激光雷达还能够对粒子形态做区分,根据消光系数及退偏比值识别云、雾、烟尘等。利用偏振激光雷达进行扫描观测,可以实现火灾烟尘的快速识别。通过对不同波长的激光雷达探测距离进行仿真,结果表明,波长为1 064 nm的激光雷达探测距离为532 nm波长的1.3～1.4倍。通过优化扫描策略及算法,可剔除固定障碍物及临时移动障碍物的影响。为避开安装点位周边高度相近的障碍物,通常会给激光雷达设置一定仰角,对存在探测仰角时产生的水平距离偏差及垂直高度测量偏差进行计算,当激光雷达探测仰角为2°时,6 km处测量高度偏差为209.397 m。使用高斯烟羽模型对烟尘浓度分布进行仿真,当大气稳定度为B,平均风速为1 m/s时,200 m高度处烟尘浓度分布高值点距地面火点的径向距离≥1 km,为火点准确定位提供了修正依据。分别在辽宁省盘锦市盘山县绕阳湖景区,广东省东莞市观音山森林公园进行外场实验,偏振激光雷达在开阔地带及多障碍物山体地带下,均能够快速识别烟尘。     

合肥和邢台近地面臭氧浓度日变化个例分析

近地面臭氧污染日趋严重,对人类健康和动植物生长有显著危害。对合肥和邢台两地近地面臭氧结果进行了对比分析。2003~2004年期间合肥地区臭氧浓度日变化呈现较明显的早、中、晚“三峰型”结构;2016年5~6月观测期间邢台臭氧日变化主要呈现早、中“双峰”型结构。合肥臭氧观测站周围被树木环绕,水库包围,植物释放的挥发性有机物引发的光化学反应不容忽视; 陆地和水面之间形成的湖陆风下沉气流是形成早晚次峰的主要原因。邢台属于复合型污染地区,臭氧浓度分析应综合考虑污染源、臭氧前体物成分、气象条件、地理位置等因素。合肥地区数据研究表明,强太阳辐射、温度较高、相对湿度较低的天气有利于臭氧生成。