2007-2017年中国沙尘气溶胶的三维分布特征及输送过程

利用最新发布的CALIPSO产品，构建了2007-2017年中国沙尘气溶胶的三维分布，并结合HYSPLIT-4模式和再分析数据，探讨了沙尘的三维输送过程。结果表明：中国的沙尘排放源区主要是塔克拉玛干沙漠和巴丹吉林沙漠，沙尘气溶胶出现频率分别为60%和35%。塔克拉玛干沙漠排放的沙尘主要（50%~70%）停留在源地0~6 000 m高度，少部分向东输送至甘肃和内蒙古；巴丹吉林沙漠排放的沙尘则主要向东输送。中国沙尘排放量在春季最大，向东输送最强；夏季，东亚夏季风限制了沙尘向东输送；秋季，沙尘排放减弱，输送强度和夏季相当；沙尘排放量在冬季最小，输送最弱。夏季，沙尘在输送过程中可被抬升至高度5 000 m以上，春季次之，秋、冬季的沙尘主要在低层大气输送。沙尘在向东输送的过程中被抬升并和当地人为污染物混合变为污染性沙尘，华北地区污染性沙尘出现频率高达30%；输送到海洋的沙尘也会与洋面上（0~3 000 m高度）的海盐气溶胶混合，出现频率约为10%。     

大连市大气污染物质量浓度与气溶胶光学厚度的相关性分析

分别对2015年6~12月和2016年6~12月大连地区的大气污染物PM2.5、PM10、SO₂、NO₂、CO和O₃的浓度数据进行数据统计分析,基于ENVI软件平台利用MODIS数据反演大连地区的气溶胶光学厚度,通过回归建模研究气溶胶光学厚度与大连地区10个地面监测站点的大气污染物PM2.5、PM10、SO₂、NO₂、CO和O₃的浓度数据的相关性。回归建模以气溶胶光学厚度（AOD）为自变量,以大气污染物PM2.5、PM10、SO₂、NO₂、CO和O₃为因变量,在SPSS软件中分别选取线性、对数、三次、乘幂、指数5种函数类型进行研究,通过对比回归模型的拟合优度R²,选择最优拟合模型,探讨利用遥感数据反演气溶胶光学厚度监测大气污染的相关性。结果表明：气溶胶光学厚度与NO₂、PM2.5和PM10的最优拟合模型均为三次模型,其拟合优度R²分别是0.685、0.801和0.845;与O₃和SO₂的最优拟合模型为指数模型,其R²为0.367和0.482;与CO的最优拟合模型为对数模型,其拟合优度R²为0.810。该结果为分析大气气溶胶污染来源以及治理提供了数据。     

柴达木盆地盐湖区土壤黑碳分布及土气交换特性

深入探讨了柴达木盆地盐湖区土壤黑碳分布及土气交换特征。研究结果显示,研究区土壤总黑碳含量范围为0.50～6.79 g/kg,平均值达到1.64 g/kg;土壤烟炱组分黑碳含量范围为0.50～4.75 g/kg,平均值达到1.144 g/kg;气溶胶黑碳含量范围为0.34～4.92μg/m~3,平均值达到0.98μg/m~3。柴达木盆地盐湖区盐湖资源的大量开采和工业化生产等可能造成该地区黑碳大量排放。盐湖区土壤黑碳稳定碳同位素值(δ~(13)C_(BC))在-25.33‰～-23.46‰之间变化,平均值为-24.21‰,表明该地区土壤黑碳来源可能受C_3植物和化石燃料来源的共同影响。首次运用逃逸系数探讨了柴达木盆地盐湖区黑碳土气交换行为,结果表明研究区黑碳土气交换行为确实存在,但存在一定程度的模拟不确定性。     

中国海洋上空细粒子气溶胶与短寿命痕量气体的时空关系

定量分析气溶胶与痕量气体之间的时空变化关系有助于进一步研究气粒转化。本文采用2006年—2015年MODIS气溶胶光学厚度(AOD)、细粒子模态比(FMF)和OMI痕量气体(SO_2、NO_2和HCHO)数据,对黄海、东海和南海区域上空的细粒子气溶胶与痕量气体进行定量分析。先对气溶胶和痕量气体作均值分析发现:AOD_(fine)、SO_2、NO_2和HCHO的均值在黄海、南海、东海均依次减小;再对气溶胶对痕量气体的敏感度分析发现:黄海地区的AOD_(fine)对SO_2最敏感,敏感度为0.424,这与中国东部沿海城市的人为排放有关;而东海和南海地区对HCHO的敏感度较高,依次为0.664和0.545,主要受东南亚和中国南方地区生物质燃烧影响。最后,对3个区域的气溶胶与痕量气体按季节作相关性分析发现:黄海地区AOD_(fine)在夏秋两季与SO_2的相关性较强(R0.5),主要由于夏秋两季的温湿度大,利于发生气—粒转化;东海地区夏季HCHO与AOD_(fine)相关性较明显(R=0.57);南海春季HCHO与AOD_(fine)相关性较好(R=0.57),呈现出区域与季节性的变化。最终发现,气溶胶与痕量气体随着时空变化存在相关关系。     

海洋气团对沿海城市大气环境影响与识别研究

本研究通过识别海洋气团特征及沿海城市大气受到海洋气团的影响方式与程度,为评价沿海城市空气环境质量提供科学依据。以青岛市为例,收集大气气溶胶样品中放射性核素~(210)Pb、40K数据及采集时段当地大气颗粒物数据;分析~(210)Pb活度浓度与气溶胶颗粒物浓度变化;对当地当时大气气团进行溯源分析。研究表明:(1)研究期间青岛沿岸地区2015年4月至2016年6月与2016年6月至2017年6月大气污染特征显著不同,前者~(210)Pb活度浓度与污染颗粒物浓度显著相关,而后者~(210)Pb活度浓度与污染颗粒物无相关关系;(2)穿越海洋的陆地气团呈现出高活度浓度、低颗粒物浓度的特征;来自海洋气团的气溶胶呈现出低活度浓度、低颗粒物浓度的特征;(3)海洋气团气溶胶中~(210)Pb活度浓度较低。临近大陆的海洋(黄海、东海)上层大气受到大陆气团的影响,其海洋气团的特征有所减弱。~(210)Pb活度浓度、颗粒物浓度(PM2.5)可作为判断海洋气团的指标,识别"来自海洋的气团"与"经过海洋的气团"。     

含氮气体在海盐表面的非均相反应对中国近海大气氮干沉降的影响

通过改进WRF-CMAQ大气化学传输模型的非均相反应模块,模拟了2014年春季(4月28日～5月18日)中国东部沿海和近海海域大气中含氮物质的浓度和干沉降通量,分析了含氮气体在海盐表面的非均相反应过程对含氮物质浓度、相态分配和干沉降通量的贡献。模拟结果表明,海盐表面含氮气体的非均相反应使得渤海、黄海、东海等近海海域大气中NO_2、N_2O_5、HNO_3气体向粗颗粒NO~-_3(NO~-_(3coarse))转化,模拟期间三种气体平均浓度分别降低了0.4%～5.2%、4.7%～18.2%和9.2%～15.6%,NO~-_(3coarse)平均浓度增加了25.3%～35.1%;受含氮物质相态变化的影响,总无机氮日均干沉降通量在渤黄东海大气中增加了1.5%～3.7%,其中NO~-_(3coarse)日均干沉降通量增加27.6%～52.4%,而HNO_3和N_2O_5气体日均干沉降通量分别减少9.6%～16.0%和12.3%～23.9%。污染天气条件下,总无机氮干沉降受非均相反应的影响较干洁天气更加显著,渤海、黄海、东海总无机氮日均干沉降通量可提高4.2%～17.1%,分别为干洁天气条件下的2.3、2.9和1.9倍。     

深圳市大气210Pb的活度浓度、沉降通量和沉积速率研究

2017年1月至12月,研究分析了深圳市大气气溶胶中210Pb的活度浓度、沉降通量和沉积速率.结果表明,深圳市大气210Pb比活度范围为0.59～4.72 mBq/m3(平均值为1.58 mBq/m3);沉降通量范围为0.45～1.31 Bq/(m2·d)(平均值为0.74 Bq/(m2·d));沉积速率范围为0.09～1.44 cm/s(平均值为0.71 cm/s).研究发现,深圳市大气210Pb比活度冬季高、夏季低,其季节变化受气象条件和不同气团来源综合影响.大气210Pb的沉降通量和沉积速率均与降水量呈明显的正相关关系,提示降雨是大气中210Pb去除的有效途径.     

三极地区雪冰中黑碳研究进展

黑碳被认为是除温室气体外对气候变暖贡献最大的辐射强迫因子。三极（北极、南极和青藏高原）地区是全球雪冰分布最集中的区域,沉积至雪冰中的黑碳可反映人类活动的历史变化,并可能导致反照率降低而影响物质能量平衡。通过系统回顾三极地区雪冰黑碳的研究方法、空间分布、时间变化及其造成的辐射强迫,得到的研究结果表明： 由于处于不同的地理位置和环境条件,三极雪冰中黑碳的时空分布及其辐射强迫差异较大,其中青藏高原是浓度和辐射强迫影响最大的地区,也是对水资源和生态安全潜在影响最严重的区域。三极地区雪冰中保存着长时间序列的黑碳沉积记录,是研究自然变率、人类活动影响黑碳沉积历史（如北极与青藏高原冰芯中记录的工业革命以来黑碳沉积的快速上升）的良好介质,同样为模型预测未来变化提供了数据支持。三极地区是全球变化的指示器和放大器,在全球变暖不断加剧的背景下,黑碳必然会在未来的三极地区气候演变中扮演更为重要的角色。     

基于航测的珠三角气溶胶垂直分布及活化特性

2017年9月14—27日在珠江三角洲地区开展了6个架次飞机观测试验。利用飞行获取的气溶胶、云凝结核、云滴及常规气象探头观测资料,结合天气形势、气象条件及气团后向轨迹分析,研究了珠江三角洲地区深圳气溶胶数浓度及其谱的垂直分布特征,配合不同过饱和度条件下云凝结核浓度观测,分析了气溶胶活化特性。结果表明:在不同天气条件下,深圳低层气溶胶数浓度变化范围为500~9000 cm-3;边界层内气溶胶分布相对均匀,谱型随高度变化与气象条件相关。将6个架次气溶胶观测资料根据数浓度及谱型分为3种类型:类型Ⅰ为海洋型气溶胶,数浓度小,粒子尺度大,谱型呈双峰分布;类型Ⅲ为大陆型气溶胶,数浓度高,粒子尺度小,谱宽较宽且呈三峰分布;类型Ⅱ为海洋大陆影响型气溶胶,即受海洋和大陆共同影响,数浓度低于类型Ⅲ高于类型Ⅰ,谱型为双峰分布。拟合了包含海洋型及大陆型气溶胶的3个架次近地面云凝结核活化谱,计算了气溶胶在不同过饱和度条件下的活化效率。     

基于气象要素的气溶胶吸湿增长分析:以浙江省为例

气溶胶粒子的吸湿增长对区域环境、气象与辐射收支都有巨大影响,精确的气溶胶吸湿特性观测对描述气溶胶吸湿增长特性,以及研究气溶胶对气候环境影响,拓展卫星气溶胶产品的应用有非常重要的意义。本研究提出一种基于常规气象观测（能见度、相对湿度）和空气质量观测（PM2.5浓度,即空气动力学当量直径小于等于2.5 μm的颗粒物浓度）相结合的气溶胶吸湿增长估算方法,在此基础上对浙江地区气溶胶吸湿特性的时空变化影响因素进行了探讨。研究发现,沿海的温州瓯海站的吸湿增长能力最高,长三角典型城市环境的杭州和睦小学站的吸湿增长能力次之,而地处较为洁净内陆的衢州实验学校站的吸湿增长能力最低。在时间变化中,同一站点不同湿度条件的吸湿增长变化趋势相同,温州瓯海站的吸湿性变化最为剧烈,杭州和睦小学站的吸湿性变化次之,衢州实验学校站变化较为平缓。本研究表明,浙江地区的气溶胶吸湿增长特性存在较大的时空差异,基于本方法能够在较大的时空范围内描述气溶胶的吸湿增长特性,为有限的精密观测提供重要补充。