乌鲁木齐冬季黑碳气溶胶污染特征初步研究

利用2010年2月乌鲁木齐大气成分观测站黒碳仪观测数据,结合散射系数及常规观测资料,对乌鲁木齐冬季黑碳气溶胶浓度变化特征进行了分析,并通过气流后向轨迹进行了来源分析。结果表明：(1)观测期间BC质量浓度日平均值为12707±4673 ng.m-3,浓度变化范围为4916~22997 ng.m-3,散射系数日均值为1086±561Mm-1,变化范围为350~2232 Mm-1。BC质量浓度和散射系数日均值变化趋势基本一致;(2)BC质量浓度日变化具有明显的峰值和谷值,峰值分别出现在9~11时和20~22时,谷值分别出现在4~6时和16~18时,散射系数与BC质量浓度日变化趋势基本一致,相对其有一定的滞后。春节期间燃放烟花爆竹对空气污染物浓度上升有明显作用,显著影响BC质量浓度日变化规律;(3)乌鲁木齐冬季大气层结稳定,污染物不易扩散,风速和降水对黑碳气溶胶浓度具有明显的稀释作用。在乌鲁木齐特殊的地形和气象条件下,本地源排放与来自周边城市群污染物输送的叠加使得污染更加严重。     

青藏高原瓦里关站黑碳气溶胶长期演变特征及来源分析

为了解青藏高原黑碳气溶胶的长期演变特征及来源,使用1994年7月至2017年7月共24 a的中国瓦里关全球大气本底站等效黑碳浓度地面观测数据,1994年8月至2004年6月的风向、风速地面观测数据,美国国家环境预测中心/国家大气研究中心全球再分析气象数据,分析了青藏高原中国瓦里关全球大气本底站测量的等效黑碳浓度的长期演变特征及输送特征。在此基础上利用拉格朗日混合单粒子轨道模型、浓度权重轨迹分析方法分析了黑碳污染气团的区域输送路径及潜在来源。结果表明,瓦里关站的等效黑碳浓度在24 a间先升后降,在2012年达到浓度高值,随后降低。24 a月平均浓度最高值出现在4月,最低值出现在11月。等效黑碳浓度的日变化特征在不同季节表现不同,春、夏、秋季均为双峰特征,峰值出现在凌晨和午后,冬季日变化较为平缓。等效黑碳浓度与风向密切相关,年均浓度最高值出现在东东北风向,次高值出现在东风向。通过浓度权重轨迹方法对黑碳污染气团的潜在来源分析可以看出,污染物主要来自瓦里关站的西南和东南方向。     

乌鲁木齐大气黑碳气溶胶浓度变化特征及影响因素分析

利用乌鲁木齐大气成分观测站2009年11月—2010年2月(2009年冬季)黑碳气溶胶(BC)质量浓度观测资料,同时结合该站观测的PM数据以及国内外其它地区的BC观测结果,分析了该地区黑碳气溶胶的变化特征及影响因素。结果表明:(1)BC日平均浓度为12.442±5.407μg.m-3,其变化范围为2.685~26.691μg.m-3。BC质量浓度与API指数的变化趋势基本一致,相关系数为0.660。(2)BC浓度的日变化具有明显的双峰值特征,其峰值区主要出现在上午和夜间,谷值区出现在凌晨和下午。逐日分布具有2~3 d到数天不等的急剧上升的变化,与天气过程活动周期基本吻合。(3)周一至周四BC平均浓度呈总体降低趋势,周五开始逐渐增加,总体的变化幅度不大,工作日和周末差别较小。(4)BC小时平均浓度出现频数符合对数正态分布,冬季本底浓度为6.146μg.m-3。(5)BC与PM10,PM2.5,PM1.0日平均浓度在0.001水平上均呈正相关,线性相关系数分别为0.526,0.538和0.548;BC在PM10,PM2.5,PM1.0中分别约占6.8%,8.2%和9.2%,表明BC是PM的重要组成部分。(6)乌鲁木齐城市冬季BC气溶胶浓度高于国内外部分城市,明显高于较为洁净的边远地区,远高于瓦里关本底站及南极观测的结果。     

半干旱地区黑碳气溶胶特征初步分析

黑碳气溶胶(BC)是大气气溶胶中的重要成分,在可见光和红外光都具有强烈吸收作用,对局地和全球气候有重要的影响。利用兰州大学半干旱气候环境观测站(SACOL)历时近一年的观测资料结合常规气象资料对我国半干旱地区的BC浓度特征进行研究。结果表明,该地区全年平均BC浓度为1797.3ng·m-3,低于我国城市地区;测站BC浓度日变化趋势呈双峰特征,日最高浓度多出现在第一个波峰,第二个波峰的浓度值较小且峰型不如前者明显;降水可以有效地清除大气中16%～40%的BC。     

2003年秋季西安大气中黑碳气溶胶的演化特征及其来源解析

2003年9～11月在西安站点通过黑碳测量仪(Aethlometer)获得了大气细粒子中每5 min的黑碳气溶胶(BC)浓度,这些实时的BC浓度经过元素碳校对后,日平均浓度为10.2±5.8μg·m-3,其变化范围为1.8～27.5μg·m-3.BC浓度与污染指数(API)的变化具有良好的一致性(相关系数为0.64),表明BC是大气颗粒物污染的一个重要贡献.正常天气下,BC小时平均浓度呈三峰分布,这与机动车污染、居民活动和农村秸秆燃烧等来源相关联.通过降水天气下BC的浓度分布和BC浓度频次分布法,获得了西安大气中BC的本底浓度为4.5μg·m-3,以此估算了西安大气BC中不同来源的相对贡献,其中周边源对BC的贡献超过了1/3.这表明了该季节内城市周边农村秸秆燃烧对城市空气质量的显著贡献,需要进一步严格控制.     

“两湖盆地”秋季黑碳气溶胶的分布及来源特征

应用耦合了黑碳(Black Carbon,BC)区域源追踪方法的中尺度天气-化学模式(WRF-Chem),对位于长江中游的湖南湖北盆地(以下简称两湖盆地)秋季(2015年10月)黑碳的分布、区域来源和日变化特征进行研究。结果表明,由于两湖盆地所处地理位置及地形的特殊性,在不同的风场条件下,本地源和外来源对两湖盆地BC的贡献占比变化较大。两湖盆地秋季BC的来源主要有3种情形:1)北风控制下的传输型:地面风速大,BC质量浓度相对低,上风向源对两湖盆地近地面BC的贡献占比达30.6%,其中汾渭地区的贡献最大,本地源的贡献占比为61.7%。2)地面风速小、大气稳定条件下的静稳型:近地面BC质量浓度高,本地源的贡献占比高达79.6%。3)东北风控制下的传输型:本地源和外来源的贡献共同使得两湖盆地BC维持较高质量浓度,本地源的贡献占比为64.1%,外来源的贡献主要包括安徽省、汾渭地区及长江三角洲的输送。在垂直方向上,传输型的本地源贡献占比仅在300 m以下较高;静稳型的本地源贡献占比较高,可延伸到1 500 m以上(本地源的贡献占比在近地面约为75%、至1 500 m约为50%)。在日变化上,本地源与外来源对两湖盆地BC的贡献占比呈相反变化,夜间和早间本地源的贡献占比较高而外来源的贡献占比较低,午后本地源的贡献占比减小而外来源的贡献占比明显增大;相对静稳型而言,传输型的这一日变化特征更为显著。     

天津武清地区单颗粒黑碳气溶胶特征观测分析

该文介绍了单颗粒黑碳测量仪的观测原理,该仪器利用红外波段的连续激光束对黑碳粒子加热并使之燃烧,通过粒子发出的散射光信号和黑碳粒子燃烧时发出的光信号,来分析每一个黑碳粒子的特性,并通过两种信号的时间差判断黑碳粒子的混合状态。其原理有别于传统的黑碳气溶胶观测方法,可以提供单个黑碳气溶胶粒子特性信息。2009年12月使用单颗粒黑碳测量仪在天津市武清地区进行了为期近1个月的观测。结果表明:粒径为50~500 nm的气溶胶粒子中,黑碳气溶胶粒子占57.2%,平均数浓度为1504 cm-3,黑碳气溶胶粒子的平均质量浓度为8.15 μg/m3,包衣较厚的混合型黑碳气溶胶粒子占黑碳气溶胶粒子的51.5%。     

2008北京奥运会前后城区黑碳气溶胶浓度的变化特征

利用Model-5012型黑碳仪观测的大气中黑碳气溶胶的浓度资料,结合北京城区环保控制措施和气象资料,分析了2008北京奥运会前后和奥运会期间黑碳气溶胶浓度变化的主要影响因子。结果表明,7月20日前(北京城区无机动车单双号控制),大气中黑碳气溶胶的特征浓度为3.4μg.m-3;实施机动车单双号控制后至奥运会前(7月20日至8月7日),该特征值增加至3.9μg.m-3;奥运会期间[8月8日00时(北京时间,下同)至24日23时]城区黑碳气溶胶浓度有明显下降,为2.5μg.m-3,比奥运会前下降了31%。对同期气象观测数据的分析表明,奥运会期间北京周边降雨量明显增大,偏北风出现的频次也从奥运会前的24.1%提高至38.8%。另外,八达岭高速路健翔桥段的机动车监测数据显示,奥运会期间进、出北京的机动车流量有所降低,上下班高峰期机动车流量减少了约30%,这也是奥运会期间黑碳气溶胶浓度降低的重要原因。     

青藏高原黑碳气溶胶传输及沉降的季节特征模拟分析

根据全球气溶胶气候模式GEM-AQ/EC的1995~2004年模拟,分析了青藏高原大气黑碳气溶胶的来源、传输及沉降季节特征。研究表明:青藏高原黑碳气溶胶主要来自自由对流层和大气边界层的输送。相对于自由对流层的黑碳输送,紧邻青藏高原的南亚、东亚以及东南亚大气边界层的输送更有效,它形成了青藏高原由北向南、自西往东黑碳气溶胶浓度和沉降明显递增的基本分布形态。横跨欧亚大陆自由对流层的黑碳气溶胶由西向东向青藏高原的输送全年不变,夏季输送路径最北但强度最弱,冬季路径最南而强度最强。大气边界层黑碳气溶胶的输送受控于亚洲季风环流变化,来自南亚的黑碳气溶胶在春季越过孟加拉湾传输进入高原东南部,夏季则可翻越喜马拉雅山抵达青藏高原南部腹地;同时我国中部排放的黑碳气溶胶也在东亚夏季风向北扩展中驱动它从东向西往青藏高原东北部传输。从秋季到冬季,随着夏季风撤退,南亚黑碳源区向青藏高原传输衰退,东亚冬季风的反气旋性环流的南侧及西南侧的偏东风携带秋季我国东南部源区和冬季东南亚源区黑碳气溶胶向青藏高原东南部传输。受青藏高原明显的暖湿季和干冷季气候影响,干湿沉降分别主导了青藏高原冬季和夏季黑碳沉降,夏季青藏高原黑碳气溶胶沉降总量大多超过8~10 kg·km-2,在高原东北部的最高值超过40 kg·km-2。冬季青藏高原黑碳气溶胶沉降量最低,大部地区黑碳沉降低于5 kg·km-2。青藏高原黑碳沉降的冬夏季节相差约为2~8倍。     

Characterization of Black Carbon in the Ambient Air of Agra,India:Seasonal Variation and Meteorological Influence

This study characterizes the black carbon in Agra, India home to the Taj Mahal—and situated in the Indo-Gangetic basin.The mean black carbon concentration is 9.5 μg m~(-3)and, owing to excessive biomass/fossil fuel combustion and automobile emissions, the concentration varies considerably. Seasonally, the black carbon mass concentration is highest in winter, probably due to the increased fossil fuel consumption for heating and cooking, apart from a low boundary layer. The nocturnal peak rises prominently in winter, when the use of domestic heating is excessive. Meanwhile, the concentration is lowest during the monsoon season because of the turbulent atmospheric conditions and the process of washout by precipitation. The ratio of black carbon to brown carbon is less than unity during the entire study period, except in winter(December). This may be because that biomass combustion and diesel exhaust are major black carbon contributors in this region, while a higher ratio in winter may be due to the increased consumption of fossil fuel and wood for heating purposes. ANOVA reveals significant monthly variation in the concentration of black carbon; plus, it is negatively correlated with wind speed and temperature. A high black carbon mass concentration is observed at moderate(1–2 m s~(-1)) wind speed, as compared to calm or turbulent atmospheric conditions.     

ASCAT近岸风在山东沿海的适用性分析

利用2013年1月—2014年12月山东近海的8个浮标站、海岛站和自动站资料与ASCAT近岸风速和风向进行对比,以分析ASCAT反演风场在山东沿海的适用性。研究发现：总体上看,ASCAT近岸风速与代表站实况风速正相关,ASCAT近岸风速在山东沿海误差较小,风向有明显的偏离。ASCAT近岸风在渤海、渤海海峡和黄海北部的适用性优于黄海中部。风力不同时,ASCAT近岸风速与实况偏差有明显差别,表现为当实况出现6级及以上的大风,ASCAT近岸风速小于实况;当实况出现6级以下的风,ASCAT近岸风速大于实况。就ASCAT风速偏差而言,6级以下的风速偏差小于6级及以上风。ASCAT近岸风向与实况偏差也有明显差别,当实况出现6级及以上的大风,ASCAT近岸风向与实况的偏离变小;当实况出现6级以下的风,ASCAT近岸风向与实况的偏离变大。因此,ASCAT近岸风速在山东沿海有较好的适用性,6级以下风更优;ASCAT近岸风向也有一定的适用性,6级及以上风向可用性比6级以下强。     

科尔沁草原高空风场垂直特征及变化分析

利用2008-2014年CFL20G风廓线雷达数据对科尔沁草原高空风场垂直特征及变化进行研究。主要对高空三维风场季节变化的统计学特征、典型高度层上的变化规律及垂直高度上的日变化规律进行分析。分析发现：四季中高空20-40m/s风速出现的频率最大,3000米至18000米科尔沁草原高空以偏西风为主。垂直高度上水平风速呈一波一谷型变化,随着高度的增加,高层水平风速开始增大的时间有所推后。12600米及以下各层平均风速最小的季节为夏季,最大的季节为冬春两季;19000米平均风速最小的月份为12月份,风速最大月份为8月份。垂直速度在5500米以下有明显日变化,1500米和3000米有较为明显的年变化,最大值出现在春夏交接的4-6月份,最小值出现在12月份,5000米以上垂直速度没有明显的年变化。     

Simulation of the radiative effect of black carbon aerosols and the regional climate responses over China

As part of the development work of the Chinese new regional climate model (RIEMS), the radiative process of black carbon (BC) aerosols has been introduced into the original radiative procedures of RIEMS,and the transport model of BC aerosols has also been established and combined with the RIEMS model.Using the new model system, the distribution of black carbon aerosols and their radiative effect over the China region are investigated. The influences of BC aerosole on the atmospheric radiative transfer and on the air temperature, land surface temperature, and total rainfall are analyzed. It is found that BC aerosols induce a positive radiative forcing at the top of the atmosphere (TOA), which is dominated by shortwave radiative forcing. The maximum radiative forcing occurs in North China in July and in South China in April. At the same time, negative radiative forcing is observed on the surface. Based on the radiative forcing comparison between clear sky and cloudy sky, it is found that cloud can enforce the TOA positive radiative forcing and decrease the negative surface radiative forcing. The responses of the climate system in July to the radiative forcing due to BC aerosols are the decrease in the air temperature in the middle and lower reaches of the Changjiang River and Huaihe area and most areas of South China, and the weak increase or decrease in air temperature over North China. The total rainfall in the middle and lower reaches of the Changjiang River area is increased, but it decreased in North China in July.     

Progress in Studies of the Precipitation Diurnal Variation over Contiguous China

This paper summarizes the recent progress in studies of the diurnal variation of precipitation over con- tiguous China. The main results are as follows. （1） The rainfall diurnal variation over contiguous China presents distinct regional features. In summer, precipitation peaks in the late afternoon over the south- ern inland China and northeastern China, while it peaks around midnight over southwestern China. In the upper and middle reaches of Yangtze River valley, precipitation occurs mostly in the early morning. Summer precipitation over the central eastern China （most regions of the Tibetan Plateau） has two diurnal peaks, i.e., one in the early morning （midnight） and the other in the late afternoon. （2） The rainfall diurnal variation experiences obvious seasonal and sub-seasonal evolutions. In cold seasons, the regional contrast of rainfall diurnal peaks decreases, with an early morning maximum over most of the southern China. Over the central eastern China, diurnal monsoon rainfall shows sub-seasonal variations with the movement of summer monsoon systems. The rainfall peak mainly occurs in the early morning （late afternoon） during the active （break） monsoon period. （3） Cloud properties and occurrence time of rainfall diurnal peaks are different for long- and short-duration rainfall events. Long-duration rainfall events are dominated by strat- iform precipitation, with the maximum surface rain rate and the highest profile occurring in the late night to early morning, while short-duration rainfall events are more related to convective precipitation, with the maximum surface rain rate and the highest profile occurring between the late afternoon and early night. （4） The rainfall diurnal variation is influenced by multi-scale mountain-valley and land-sea breezes as well as large-scale atmospheric circulation, and involves complicated formation and evolution of cloud and rainfall systems. The diurnal cycle of winds in the lower troposphere also contributes to the regional differences     

喀什市降水日变化特征分析

利用1994～2013年5～9月喀什市气象站逐小时降水资料,分析喀什近20a降水日变化特征。研究表明,20时至翌日06时为降水量的高值阶段,最大值出现在01时,07时至19时为降水量的低值时段,最小值出现在16时。降水频次的高值区为00时至07时,降水最不易产生的时间为17时。降水强度最高值在20时,次高值为01时,也是累积降水量较大时刻,降水强度最低值出现在15时也是累积降水量的低值区。喀什的降水主要以短时性降水（1～3h）为主,多发生在傍晚至夜间,1h降水频次最多的是量级≤1mm的降水,但1.1mm≤R1≤3.0mm量级的降水贡献率最高。小雨、中雨及大雨降水过程最易发生时段均为前半夜,下午为各量级降水过程发生最少的时段。     

Characteristics and source of black carbon aerosols at Akedala station, Central Asia

Black carbon concentration and weather data were online monitored continuously from March 2008 to February 2009 at the Akedala regional atmosphere station in the arid region of Central Asia. We present the daily, monthly and seasonal variations of BC concentration in the atmosphere and discuss the possible emission sources. Black carbon concentration in this region varies in the range of 43.7–1,559.2?ng/m³. A remarkable seasonal variation of BC in the aerosol was observed in the order of winter?>?spring?>?autumn?>?summer. The peak value of BC appeared at 10:00–13:00 while the lowest one at 7:00–9:00 each day. Air masses backward trajectories show the potential emission sources in the northwest from spring to autumn. Through back trajectory also revealed that BC in winter might be attributed to the emission from the anthropogenic activities, including domestic heating, cooking, combustion of oil and natural gas, and the medium-range transport from those cities in northern slope of Tianshan Mountains and Siberia. Some BC aerosols from the arid region of Central Asia were transported to the Pacific Ocean by the Westerlies.     

彭州边界层铁塔风梯度特征研究

利用2018年10月~2020年12月彭州边界层铁塔的风速风向观测资料,分析了彭州地区近地面各季节平均风速日变化、盛行风向及污染系数特征,在此基础上,选取彭州大风天气个例,对按月分类法和风速区间法的反演结果进行了有效性验证。结果表明：除夏季10m高度盛行西风以外,其余三季各高度均盛行东北风,秋冬两季各高度东北风出现频率大于春夏两季,每个季节随着高度增加,东北风出现频率均逐渐增大,对应平均风速均逐渐增大。春夏季10m高度的最大污染系数在偏西方向,其他各高度最大污染系数均在东北方向,各层高度最小污染系数多在东南或偏南方向;秋冬季各高度污染系数均大于春夏季,最大均为东北方向,10~20m最小污染系数多在偏南或偏东南方向,60~90m最小污染系数为偏西北方向;彭州铁塔偏西和东北方向不宜布设污染源。两种风速反演方法均能对近地面风速进行较为有效的反演,风速区间法在大风区间的反演效果优于按月分类法。     

Correlation between black carbon aerosols, carbon monoxide and tropospheric ozone over a tropical urban site

Black carbon aerosols plays an important role in the earth's radiative balance and little is known of their concentrations, distributions, source strength, and especially the aerosol chemistry of the developing world. The present study addresses the impact of back carbon aerosols on different atmospheric species like CO and tropospheric ozone over an urban environment, namely Hyderabad, India. Ozone concentration varies from 14 to 63 ppbv over the study area. Diurnal variations of ozone suggest that ozone concentration starts increasing gradually after sunrise, attaining a maximum value by evening time and decreasing gradually thereafter. Black carbon (BC) aerosol mass concentrations varies from 1471 to 11,175 ng m⁻³. The diurnal variations of BC suggest that the concentrations are increased by a factor of 2 during morning (06:00–09:00 h) and evening hours (18:00 to 22:00 h) compared to afternoon hours. Positive correlation has been observed between BC and CO (r²=0.74) with an average slope of 6.4×10⁻³ g BC/g CO. The slope between black carbon aerosol mass concentration and tropospheric ozone suggests that every 1 μg m⁻³ increase in black carbon aerosol mass concentration causes a 3.5 μg m⁻³ reduction in tropospheric ozone. The results have been discussed in detail in the paper.     

新疆东部地区风速的年代际变化及其成因

用新疆东部5个气象站1960～2005年的大风、气温资料,结合国家气候中心下发的74项环流指数和NCEP／NCAR月平均再分析资料分析了新疆东部风速变化的特征。结果表明：①新疆东部地面风速分布特点是北部和南部戈壁地区大,巴里坤一伊吾盆地和哈密盆地小。不同地区风速的年内变化及分布特征基本相同;②1960—2005年年平均风速下降了0．94m·s^-1,减弱速率〉-0．2m·s^-1／10a。南部哈密市风速变化最大,变化速率达-0．46m·s^-1／10a,伊吾县的年平均风速变化最小,变化速率为-0．09m·s^-1／10a。哈密市夏季变化速率最大为-0．5m·s^-1／10a,46a下降了2．3m·s^-1,冬季最小,为-0．4m·s^-1／10a,下降了1．8m·s^-1;③全地区2．0—2．9m·s^-1级的风速出现频率最大,占22．04％,其次是1．0～1．9m·s^-1等级风速,出现频率占18．46％,3．0—3．9m·s^-1级风速出现频率为17．67％;④新疆东部风速变化主要和强冷空气、寒潮、沙尘暴等天气有关。20世纪80年代中期以后侵入新疆东部的强冷空气天气在次数和强度上明显减弱,这与大陆冷性高压和气旋活动趋弱有关,西风指数、极涡面积和强度及东亚大槽等环流因子与风速变化有着很好的相关性,也与城镇化或观测环境的变化等有关。