宝鸡高新区冬季大气消光系数及其组成特征

为了解宝鸡市高新区气溶胶及气体的消光特性,利用宝鸡市高新区2018年1月浊度仪和 黑碳仪的逐时观测数据,以及同时段的PM2.5、NO2质量浓度和气象数据,分析了冬季大气 消光系数Bext、气溶胶散射系数Bsp、吸收系数Bap与气体吸收系数Bag的变化特征,并估算了气溶胶消光系数和气体消光系数对大气消光的贡献率。结果表明,宝鸡高新区Bext范围为200.63~948.87 Mm^-1, 均值为483.12 Mm^-1; Bsp范围为170.83~890.06 Mm^-1, 均值为444.11 Mm^-1; Bap范围为4.89~20.44 Mm^-1,均值为9.69 Mm^-1。 PM2.5与Bext、Bsp和Bap的相关系 数分别为0.952、0.950、0.572,说明宝鸡市高新区PM2.5对大气消光效应的影响不容忽视。 Bsp与相对湿度(RH)呈显著正相关,与能见度呈显著负相关。Bsp和 Bap均具有显著的双峰双谷型变化特征,这与宝鸡高新区早晚高峰、机动车运行 时间有关。黑碳(Black carbon, BC)质量浓度、Bsp和Bap随污染 等级增加而升高。整体分析表明,气溶胶消光系数占大气消光系数93.93%,其中散射 系数Bsp和吸收系数Bap分别占91.92%和2.01%,而气体消光系数 占总大气消光系数的6.07%。     

成都秋冬季气溶胶消光系数的非平稳性分析

基于对大气消光系数时间序列随机性的深入研究,利用成都市2015至2017年秋冬季的大气能见度、相对湿度(RH)、颗粒物(PM10和PM2.5)质量浓度和NO2含量监测数据,反演得到该区域相应时段的气溶胶消光系数时间序列.基于位置、尺度、形状的广义可加模型检测了气溶胶消光系数时间序列的平稳性,并对气溶胶消光系数序列进行了协变量分析.实验结果表明,成都秋冬季气溶胶消光系数时间序列均为非平稳序列,其均值和方差表现为非线性变化.细颗粒物(PM2.5)质量浓度、RH和气溶胶组分(PM2.5/PM10)均是气溶胶消光系数序列非平稳变化的显著协变量.其中,PM2.5为气溶胶消光系数序列非平稳性最主要的贡献因子,其次为RH,贡献最小的为PM2.5/PM10,且气溶胶消光系数的爆发式增长与PM2.5、RH和PM2.5/PM10的协同作用密切相关.     

淮河流域典型农田区气溶胶散射特性的日变化和季节变化研究

利用2019年寿县国家气候观象台气溶胶散射系数、气溶胶质量浓度及相关气象观测数据,统计分析了淮河流域农田区域的气溶胶散射特征及其成因,为该区域气溶胶污染辐射强迫及其对农业生产影响方面的研究提供了定量观测证据。研究表明：该地区气溶胶散射系数具有显著的季节变化规律,冬季最高,夏季最低;三个波长(450、525、635 nm)气溶胶日平均散射系数分别为329.8±180.0、270.2±153.7、214.4±128.4 Mm^-1,并且散射系数日变化与天气要素和大气层结日变化规律具有很好的相关性,且冬季日振幅远小于其他三季;?ngstr?m指数年平均值为1.32,后向散射比年平均值为0.15,气溶胶质量散射系数年平均值为4.83 m²/g,表明淮河流域农田区域的气溶胶以细颗粒为主;气溶胶散射系数大小主要受偏西风调控,散射系数与能见度具有高度的负相关幂函数关系;污染日的气溶胶散射系数远大于清洁日,污染物很大程度上影响了光辐射在大气中的传输能力,污染程度高,大气的散射作用就越强。     

基于大气消光系数概率分布参数的湿度订正方法

大气消光系数湿度订正是气溶胶吸湿性研究的重要内容,也是利用卫星气溶胶光学厚度(AOD)产品反演近地面颗粒物质量浓度的关键技术环节.基于成都市2016年1月至12月的逐时PM2.5质量浓度、大气能见度、相对湿度(RH)观测数据,首先,深入探讨了大气消光系数与颗粒物质量浓度之间的统计关系及其对RH变化的响应特征,发现在RH小于90％时,单位质量大气消光系数均服从对数正态分布,并进一步指出该分布函数的形状参数和尺度参数均随RH的增加呈现出波动型增长.其次,以干燥环境条件下(RH小于等于40％)单位质量大气消光系数对数正态分布参数为基准,通过数学变换消除湿度变化对单位质量大气消光系数概率分布参数的影响,据此提出了大气消光系数湿度订正的原理和计算流程.最后,对该原理的适用性进行研究,结果表明,订正后大气消光系数反演得到的PM2.5质量浓度与实际PM2.5质量浓度相关系数为0.90,显著优于气溶胶散射吸湿增长因子法的湿度订正结果.     

无锡市一次霾形成过程大气污染物特征分析

于2013年12月21~26日期间对一次霾污染过程中PM2.5、含碳气溶胶、气态污染物（O3,NOx SO2）进行测量,利用微脉冲偏振激光雷达获得气溶胶消光和退偏振度参数,分析了霾过程大气污染物的特征。结果显示：本次霾污染过程持续3.4天,以细粒子污染为主。采样期间,PM2.5的质量浓度小时平均值为131.04µg•m-3,霾天气下为183.75µg•m-3,是非霾天气的2.98倍。碳质气溶胶（TC）占PM2.5的24.18%,并且与PM2.5之间存在较好的相关性（R2=0.790）。在霾天气下TC在PM2.5中所占的比例（TC%,16.65）要比非霾天气（TC%,34.38）小,二次水溶性无机盐粒子的快速增长可能是造成霾天气PM2.5质量浓度较高的重要原因之一。霾天气和非霾天气对比：O3浓度无明显变化,受太阳辐射影响较大;NOx和SO2的体积分数在霾天气下分别是非霾天气下的1.66和1.68倍;SO2浓度的增加不仅与本地SO2的累积有关,还有可能是受外来输入的粒子中存在含硫化合物、抑制了SO2的非均相反应造成的。     

基于光腔衰荡光谱技术的大气气溶胶消光性质研究

通过自主研发的基于光腔衰荡光谱技术的气溶胶消光仪,对昆山的大气气溶胶的消光性质进行观测试验,并研究了相对湿度对气溶胶消光系数的影响。观测结果表明：监测点的大气气溶胶消光系数较高,且日变化在早晨7点出现最高值,至下午17点达到最低值后开始回升,其主要是由气象条件及周边的强污染源的影响造成的。此外,气溶胶亲水特性实验表明,监测点的大气气溶胶多为污染海洋型,受周围环境的相对湿度的影响较大。该研究结果为后期结合气溶胶质谱等其它监测仪器对该地大气气溶胶性质进行进一步观测研究具有一定的指导意义。     

北京2014年冬季边界层高度与颗粒物浓度的相关性研究

拉曼激光雷达已经广泛应用于大气气溶胶、大气温度和水汽的空间分布及时间演变特征测量。为了获取北京污染期间大气气溶胶边界层的特征,2014年11月~2015年1月期间在中国科学院大学雁栖湖校区利用拉曼激光雷达进行连续观测。使用梯度法处理激光雷达观测数据得到边界层高度,同时与国家环保部提供的当地颗粒物浓度数据进行对比。观测期间灰霾天共出现15天,污染天出现27天,干净天出现24天。灰霾天、污染天和干净天三种情况下的平均大气边界层高度范围分别为0.6~0.9、0.9~1.3、1~1.9 km;PM2.5的质量浓度范围分别为143~203、77~90、17~34 g/m3;PM10的质量浓度范围分别为170~271、103~153、33~78 g/m3。研究结果表明:北京地区大气边界层高度对近地面颗粒物浓度具有明显的负相关影响。干净天、污染天和灰霾天下的PM2.5和PM10的质量浓度变化率随大气边界层高度降低而依次增大。灰霾天大气边界层高度引起的PM2.5质量浓度平均变化率为-242.4 gm-3/km,约为污染天（-114.8 gm-3/km）的两倍,干净天（-77.4 gm-3/km）的三倍;灰霾天大气边界层高度引起的PM10质量浓度平均变化率为-224.2 gm-3/km,约为污染天（-117.6 gm-3/km）的两倍,干净天（-90.4 gm-3/km）的两倍。     

气溶胶后向散射消光对数比对消光系数反演的影响研究

使用Mie散射激光雷达在阴、雾和晴三种天气状况下采集了大气回波信号,从所测数据反演气溶胶消光系数的过程中发现,气溶胶后向散射消光对数比对反演结果存在较大影响.在阴天天气下,当后向散射消光对数比从0.7变化到1.0时,气溶胶消光系数反演结果相差近5倍;对晴天天气,反演结果相差近3倍;而在有雾天气,其反演结果变化不大.通过参考大气能见度因子对消光系数进行修正,并从而获得对应的后向散射消光对数比,给出了一种根据天气状况确定气溶胶后向散射消光对数比的新方法.实际反演计算表明,用此方法可获得与实际更为接近的气溶胶消光系数.     

卫星遥感气溶胶光学厚度在北京2008年地面空气质量监测上的应用

利用卫星遥感地面空气质量是近年来随着空间遥感手段的进步而发展起来的一项新技术,如何利用卫星遥感的大气气溶胶光学厚度产品来定量评估地面空气质量是个难题.利用高分辨率的大气气溶胶光学厚度产品,经过垂直分布的订正和湿度影响的订正,分别得到地面气溶胶消光系数和地面"干"气溶胶消光系数.通过与地面PM10质量浓度的相关分析表明,地面气溶胶消光系数具有比大气气溶胶光学厚度更高的相关系数,而经过湿度订正的"干"气溶胶消光系数具有比前两者更高的相关系数.利用华北地区"干"气溶胶消光系数的分布评估了2008年夏季气溶胶变化情况,与往年同期相比,地面气溶胶消光季节平均下降约17%～20%,而华北平原其他城市和地区则没有显著变化,说明北京地区气溶胶浓度的下降与局地减排有直接关系.     

基于多普勒激光雷达的2011年春季北京地区气溶胶探测实验分析

介绍多普勒激光雷达于2011年3月21日至4月19日期间在北京南郊进行的观测实验,利用Fernald方法对气溶胶消光系数进行了反演和重点分析。结合同一时段探空气球得到的数据,分析大气结构及其变化。观测数据表明：在晴朗无云并且大气较为清洁的条件下,气溶胶消光系数从低空向高空平缓递减;遇到多云天气,气溶胶消光系数会在云层处增大;另外,低空的气溶胶消光系数有较明显的日变化特征,早上相较于晚上要低些。实验期间,地面至10km的气溶胶平均光学厚度在0.52。     

成都春季复合污染下PM2:5 的化学消光贡献

为探讨复合污染条件下气溶胶的消光特性, 选取成都市 O3 与 PM2:5 同步污染的春季开展气溶胶组分与消光 特性观测, 并结合美国 IMPROVE 化学消光算法研究了组成与消光特征的关系。结果表明, 2018 年春季成都 PM2:5 平 均浓度与散射系数 bsp 分别为 (50.3±22.4) µg·m−3 和 (237.5±140.2) Mm−1, 且二者均呈现“单峰单谷”的日变化趋势; 大 气气溶胶的消光系数为 (268.4±153.7) Mm−1, 对其贡献最大的组分是 NH4NO3 (26.0%) 和有机物 (OM) (24.4%)。分析 表明在 PM2:5 与 O3 复合污染情况下, 二次污染组分 SNA (SO42−、 NO3−、 NH4+ 三者之和)、二次有机碳 (SOC) 的含量 显著增加, 与清洁天相比分别升高了 1.0 和 1.3 倍; OM 成为最大消光贡献者 (32.2%), 其次是 NH4NO3 和 (NH4)2SO4, 分别贡献 22.8% 和 20.5%。因此, 进一步减少气态前体物如 SO2、 NOx、 NH3 和 VOCs 的排放可以有效改善成都地区 空气质量和能见度。     

激光雷达监测北京城区夏季边界层气溶胶

运用一种新型边界层气溶胶监测激光雷达,在北京丰台区进行了外场实验,探讨了大气边界层(PBL)内气溶胶消光系数与湿度、风速等气象条件的关系,并给出了消光系数的时空分布。实验结果表明,水平大气气溶胶消光系数与黑碳质量浓度、地面风速等近地气象因子均有较好的相关性;边界层气象因子直接影响气溶胶的时空扩散和分布;在近地面风速较小等条件下,北京城区气溶胶污染在凌晨和上午较下午和前半夜严重。     

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。     

星-地激光雷达联合观测合肥地区的气溶胶垂直分布

通过匹配星载CALIOP过境合肥时间,筛选Aerosol-lidar的观测数据,选取4个典型天气个例[沙尘天气、多云天气、中度污染(无云)、中度污染(有云)],对合肥地区的气溶胶进行联合观测,并对气溶胶的类型、气溶胶的变化、气溶胶污染的成因及来源进行分析。结果表明,多云天气下,星载激光雷达对底层气溶胶探测时会受到天气的影响,而地基激光雷达的探测效果较佳,可以通过定点连续观测距离的校正信号准确地反映气溶胶含量和变化特点。星-地激光雷达的联合观测可以更好地分析多种复杂天气的气溶胶变化。联合观测结果表明:轻度污染的沙尘型和受污染的浮尘型气溶胶主要集中在0.8~1.6 km高度范围内,退偏振比集中在0.18~0.20之间;多云天气的气溶胶主要为污染大陆型,集中在0.4~1.2 km高度范围内,其退偏振比在0.015~0.020之间,气溶胶含量很少且为具有球形粒子属性的细颗粒物;中度污染(无云)天气的气溶胶同时包含污染浮尘型和污染大陆型,主要集中在0.3~1.3 km高度范围内,退偏振比在0.08以下,具有明显的球形粒子属性;中度污染(有云)天气的气溶胶也同时包含污染浮尘型和污染大陆型,主要集中在0.8~1.4 km高度范围内,退偏振比在0.075~0.100范围内,为粒径较小的球形粒子。     

灰霾中主要污染物粒子散射特性的研究

分析了灰霾污染天气条件下气溶胶的物理光学特性,研究了PM2.5污染物粒子主要成分,包含硫酸铵、硫酸、硝酸铵和碳质气溶胶等粒子。运用Mie散射理论对此类灰霾粒子的光散射特性进行了研究,分析计算了上述几种粒子组分的散射、吸收、消光效率因子以及散射相函数。结果表明硫酸铵、硫酸和硝酸铵粒子主要以散射作用为主,吸收效应很弱几乎为零,且散射效率因子随尺度参数振荡衰减最终趋于常数2,而碳质气溶胶粒子则表现出较强的吸收效应。最后通过对比不同半径不同粒子的散射相函数,结果表明粒子相函数对粒子大小和复折射率较为敏感,且前后向散射具有一定的对称性。该研究结果可用于大气污染光学遥感监测。     

内蒙古自治区一次沙尘过程的激光雷达分析

为了探究沙尘污染过程中高时空分辨率的结构特征, 利用相干多普勒测风激光雷达、地面观测站、中分辨率成像光谱仪, 结合卫星气溶胶光学厚度数据产品、欧洲中期天气预报中心第5代再分析资料(ERA5)以及混合单粒子拉格朗日积分轨道(HYSPLIT)后向轨迹模式, 分析了2019-10-27~2019-10-28内蒙古自治区锡林郭勒盟一次典型的沙尘天气过程。结果表明, 此次沙尘是受高空冷涡、蒙古气旋的共同影响, 配合冷锋在高温时段过境沙源地, 热力叠加动力条件有利于沙尘随西风扩散; 沙尘来临前后, 地表气温变化明显; 卫星产品、HYSPLIT模式结合雷达风廓线可以更准确地确定沙尘来源, 激光雷达反演的气溶胶消光系数可反映边界层大气中气溶胶的变化情况; 2019-10-28T02:00地面PM10的质量浓度达到最大值268μg/m3, 消光系数超过30km-1, 达到最大值, 雷达反演数据在时间上会有延迟; 城市下垫面使得沙尘污染快速减弱, 雷达所在的草地下垫面容易受垂直风切变影响产生持续性污染。该研究对应用相干多普勒测风激光雷达、认识沙尘的污染过程以及传输特性很有帮助。