能见度与PM2.5浓度关系及其分布特征

利用相对湿度、能见度和PM_(2.5)质量浓度观测数据,针对不同相对湿度下,建立了消光系数与PM_(2.5)质量浓度之间线性关系,并分析了相关关系的全国分布特征.结果表明,我国中东部大部分地区在一定相对湿度区间内均可建立线性相关关系,而且相关性较好,相对湿度40%～90%区间内的平均相关系数高于0. 75,其中北京相关系数高达0. 9.北京、长三角和四川等地的PM_(2.5)单位质量消光效率在同等相对湿度下明显大于其他地区.不同地区湿度对能见度影响程度不同,北京等地在相对湿度大于90%时相对湿度对能见度作用大于PM_(2.5),而广州在相对湿度大于80%时相对湿度的作用明显增强.利用能见度反算北京地区PM_(2.5)浓度可知,1980～1996年,PM_(2.5)浓度年际变化不大,受采暖方式影响冬季PM_(2.5)浓度显著较高; 1997～2009年呈现缓慢下降趋势; 2010～2012年呈现上升趋势. 1980年以来,全国的PM_(2.5)浓度整体呈上升的趋势,尤其是华北地区,PM_(2.5)浓度始终高于全国其他地区.     

南京北郊秋冬季相对湿度及气溶胶理化特性对大气能见度的影响

为了解南京北郊秋冬季相对湿度与气溶胶理化特性对大气能见度的影响,利用2012年秋冬季气象要素资料、颗粒物浓度及其主要成分和气溶胶粒子谱分布等观测数据,分析了南京北郊大气能见度与气象要素、颗粒物污染之间的关系.结果表明,南京北郊秋冬季节平均大气能见度仅为4.76 km.颗粒物浓度与能见度存在一定的负相关关系,尤其细粒子对能见度的影响更为显著.随细粒子质量浓度和相对湿度(RH)的增大,低能见度出现的频率呈现上升趋势.能见度从5~10 km衰减到5km时,PM10和PM2.1质量浓度分别增加了7.56%和37.64%;其中SO2-4和NO-3质量浓度均有显著增加.气溶胶粒子数浓度对能见度的影响与相对湿度有关,粒径0.5~2μm的气溶胶数浓度随RH增加增长缓慢,而2~10μm范围内的粒子数浓度随RH增加而减小;结合气溶胶表面积浓度与能见度进行相关性分析,表明0.5~2μm的细粒子及相对湿度是导致南京北郊秋冬季大气能见度下降的主要因素.     

基于人工与自动观测对比分析的霾日重建

以杭州、宁波、衢州、温州气象观测站为代表站,基于浙江省2012~2014年人工与自动能见度、相对湿度观测资料,对比分析并建立拟合方程,对历史能见度及相对湿度进行修正,再利用《霾的观测与预报等级》标准对浙江历史霾日进行重建.研究表明,自动观测能见度与人工能见度线性相关性较好,但自动较人工明显偏低,人工能见度较好的沿海地区偏低更明显,全省自动能见度较人工平均偏低28.6%;自2004年开展相对湿度自动观测以来,相对湿度明显下降,根据人工与自动相对湿度对比观测数据,两种观测数据线性相关性较好,自动观测平均值小于人工平均值3%~6%;在对能见度与相对湿度采取线性回归方法进行均一性修正后,重建了霾日序列,结果表明重建后的霾曰序列消除人工与自动观测资料的误差,比原观测霾日气候序列质量有明显提高,重建的霾日变化趋势稳定,各站判定标准统一,更加合理.通过与各站2013年PM_(2.5)达到轻微污染日数与重建霾日数比较,二者的重合率大部分地区达到50%以上.利用修正重建的霾日对浙江1971年以来的霾日进行评估,20世纪70年代霾日较少,80年代逐步增加,本世纪以来增加明显,中心区域逐步由浙江中北部向浙北区域及沿海发展,尤其是一些中心城市霾日数最多.     

能见度与颗粒物质量浓度之间的关系

文章利用江苏省常州市和苏州市PM2.5质量浓度、PM10质量浓度、能见度和相对湿度的观测资料,研究了能见度与PM2.5质量浓度、PM10质量浓度之间的关系以及相对湿度的影响。结果表明,能见度随着PM2.5质量浓度的增大而减小,但减小的速度越来越慢,为了定量描述这种现象,文章定义了一个新的敏感性参数。能见度的减小速度存在一个临界点,该临界点把能见度与PM2.5质量浓度之间的关系分为2部分。这2部分的敏感性参数在常州相差27倍,在苏州则相差16倍。由于颗粒物吸湿增长的作用,临界点所对应的能见度和PM2.5质量浓度随着相对湿度的增大而减小,临界点两侧敏感性参数的差异增大。因此,相对湿度大的地区(如沿海地区)能见度的治理面临着更大的挑战,也拥有更好的机遇。此外,与粗粒子相比,细粒子对能见度的影响更显著。     

苏州城区能见度与颗粒物浓度和气象要素的相关分析

利用苏州市2009年9月─2010年5月的颗粒物(包括黑碳,PM_2.5和PM₁₀)质量浓度、能见度、相对湿度、风速、风向、气温等观测资料,分析了苏州城区能见度与颗粒物质量浓度及气象要素的相关关系.结果表明:ρ(黑碳),ρ(PM_2.5)和ρ(PM₁₀₎与能见度的r(相关系数)分别为-0.465,-0.359和-0.238,这3种颗粒物中,能见度与ρ(黑碳)的相关性最显著.当相对湿度≤60%时,ρ(黑碳),ρ(PM_2.5)和ρ(PM₁₀₎与能见度的r分别为-0.675,-0.411和-0.364.相对湿度较低时,颗粒物与能见度相关性较好.能见度与温度、风速的r分别为0.132和0.188,与相对湿度的r为-0.632.用颗粒物质量浓度和气象要素建立的能见度多元线性回归模型效果不好,在该模型基础上用ρ(黑碳),ρ(PM₁₀₎和相对湿度建立了能见度的多元二次回归模型,R(复相关系数)达到0.865,R2(复决定系数)达到0.749.      

亚青会期间南京地区气溶胶浓度变化及其与能见度的关系

为保障2014年青奥会空气质量和制定控制措施提供科学支持,利用2013年8月南京市气溶胶的观测资料,结合气象要素,分析了南京地区气溶胶浓度变化特征,并深入研究了气溶胶质量浓度与相对湿度对能见度的影响.结果表明,观测期间PM10和PM2.5质量浓度平均值分别为67.44μg·m-3和31.92μg·m-3,0.1~10μm粒径范围内的气溶胶粒子数浓度和体积浓度的平均值分别为2466.25 cm-3和19.89μm3·cm-3;对数正态分布(log-normal)拟合平均谱分布得到两个模态的中值粒径分别为0.19μm和1.12μm;局地源强是影响南京气溶胶浓度的重要因子;PM10和PM2.5质量浓度日变化略有差异,PM10浓度日变化主要受交通和边界层活动影响,PM2.5浓度日变化则主要受交通排放和光化学反应生成的二次污染物的影响;对能见度的统计分析表明,能见度随PM2.5浓度和相对湿度的增加而降低,当相对湿度小于70%时,PM2.5浓度对能见度的影响较大,当相对湿度大于70%时,相对湿度对能见度的影响较大.     

MODIS气溶胶产品在大气能见度监测中的应用

利用MODIS气溶胶产品和气象观测资料分析了能见度与MODIS气溶胶产品和气象要素的相关关系,并运用多元回归方法建立了安徽省不同季节能见度的反演模型,在此基础上分析安徽省能见度的时空分布特征。结果表明:(1)能见度与气溶胶光学厚度(AOD)、气溶胶质量浓度(MASS)和相对湿度呈显著负相关,AOD、MASS经气溶胶标高垂直订正后,与能见度相关性显著提高;(2)反演能见度与实测能见度相关系数为0.689(P0.001),对于平均值为16.80 km的能见度观测值,反演的平均偏差MBE为-0.25 km,均方根误差RMSE为4.21 km;(3)安徽省能见度空间分布不均,皖南山区、大别山区,以及淮北平原能见度较高,沿江、江淮之间中部,以及沿淮部分地区为能见度的低值区;能见度有明显的季节变化特征,春、夏季高于秋、冬季,6月份能见度明显小于下半年的其他月份,可能与秸秆焚烧有关。     

天津地区雾霾低能见度短临预报预警方法研究

雾霾低能见度天气对海事交通有显著的影响,当能见度低于3 km时天津港航道采取单向通航管理,能见度低于1 km时封航管理,基于港口海事交通气象服务需求,以天津港为例,采用多种方法开展基于观测的雾霾低能见度0～12 h短临预报预警技术研究.通过分钟级能见度观测的跃迁信号分析、基于观测的未来1 h能见度递推和能见度数值模式三维变分同化3种方法,分别实现60 min内、1～2 h、12 h多时间尺度无缝隙的能见度短临预报预警.结果表明：(1)浓雾天气来临前,大概率会出现“象鼻形”先期振荡,称为象鼻效应.当夜间能见度低于或者接近1 km时,超过200 m能见度异常升高定义为跃迁信号（未有明显天气系统变化,且出现在日出前）,通过港口分钟级的能见度观测,能够提前30～60 min清晰捕捉低于200 m的浓雾天气,跃迁信号可作为未来低能见度短临预报预警的指示.(2)以能见度和相对湿度观测为基础,结合数值模式预测影响能见度变化趋势的PM2.5质量浓度和相对湿度的未来1～2 h变量,根据消光经验公式构建基于观测的短临递推能见度预报方法.实测数据表明,提前1 h能见度预报值与观测值相关系数为0.95,平均相...     

杭州市大气能见度与PM_(2.5)浓度的关系

为了研究杭州市大气能见度与PM2.5质量浓度之间的关系,选取杭州市区2013年冬季至2014年春季期间PM2.5浓度、相对湿度以及能见度有效观测数据进行分析。结果表明:能见度与PM2.5的关系并不是直接的线性关系,而是与大气湿度也有着密切关系。随着相对湿度和PM2.5浓度的增长,能见度水平逐渐降低。而进一步量化相对湿度与PM2.5浓度对能见度的影响,将相对湿度分为40%~50%、50%~60%、60%~70%、70%~80%、80%~90%以及>90%共六个区间,对PM2.5与能见度的关系用非线性幂函数来拟合,拟合曲线的R2均大于0.9,表明拟合曲线与真实情况符合程度较好。另外,能见度与PM2.5的拟合曲线均在PM2.5浓度为50μg/m3左右出现拐点,说明在杭州市只有将PM2.5浓度控制在50μg/m3内,能见度才能得到显著提升。     

长江三角洲地区冬季能见度特征及影响因子分析

利用Micaps提供的2013和2014年冬季长江三角洲地区(以下简称长三角)28个站点的地面常规观测资料、NCEP FNL再分析资料和国家环境保护部发布的PM_2.5质量浓度自动检测数据,分析了长三角冬季大气能见度特征,以及空气污染物和气象条件对能见度的影响.2013年冬季长三角霾天发生频率为53.4%.多元非线性回归分析表明,PM_2.5质量浓度、地表10m风速、500~850hPa水平风垂直切变、相对湿度、925~1000hPa垂直温差、850~925hPa假相当位温差这6个因子能够解释能见度变化的81.6%.气象条件对能见度的作用与污染物浓度相当,热力因子的贡献大约是动力因子的2倍.PM_2.5质量浓度越低,空气质量越好,以及相对湿度大于70%时,相对湿度通过气溶胶吸湿增长对能见度的作用越强.考虑PM_2.5质量浓度的影响时,相对湿度对能见度的贡献提高了1倍.利用2014年冬季资料验证多元拟合方程,效果较好.     

天津市大气能见度与颗粒物污染的关系

利用天津市大气边界层观测站2009年能见度、相对湿度、风速逐时观测资料和2009年3月9~21日期间颗粒物的膜采样数据,分析天津市大气能见度与颗粒物污染的关系.结果表明,颗粒物质量浓度与能见度变化总体呈负相关,小粒径颗粒对能见度的影响作用明显,随着能见度的降低,小粒径颗粒与大粒径颗粒浓度的比值明显增加.能见度与颗粒物中总碳质量浓度变化呈负相关. SO42-,NO3-,OC和EC对大气消光贡献平均值分别为28.7%,6.1%,27.6%和19.2%.表明观测期间颗粒物中SO42-,OC对能见度的影响明显.     

天津城区春季大气气溶胶消光特性研究

利用天津大气边界层观测站2011年4月1日~5月10日气溶胶散射系数、吸收系数、PM2.5质量浓度、大气能见度和常规气象观测数据,分析了气溶胶散射系数和吸收系数的变化特征,以及气溶胶消光系数与PM2.5质量浓度和大气能见度的关系,并对两种方法计算的消光系数进行了比较.结果表明,观测期间天津城区气溶胶散射系数为369.93 Mm-1,对大气消光贡献为86.7%,气溶胶吸收系数为36.32 Mm-1,对大气消光贡献为8.5%,单次散射反照率为0.91;气溶胶散射系数和吸收系数的日变化特征具有明显的双峰结构,对应于早晚交通高峰;不同天气类型下其日分布特征存在较大差异,霾日散射系数和吸收系数最高,沙尘日和降水日次之,晴日最低;气溶胶散射系数和吸收系数与PM2.5质量浓度呈线性正相关,与大气能见度呈指数负相关,观测期间气溶胶质量散射效率均值为2.95m2/g;采用Koschmieder’s公式反算能见度获得的大气消光系数,与通过测量气溶胶散射系数、气溶胶吸收系数、气体散射系数和气体吸收系数等分量加和获得的消光系数相比一致性较好,高相对湿度天气下能见度反算值高于各系数加和值.     

2009年8~9月成都市颗粒物污染及其与气象条件的关系

对成都市3个不同点位PM2.5和PM10进行了为期30d的连续观测,研究了大气颗粒物浓度的时空分布特征,及其与气象条件的关系.研究表明,观测期间成都市大气颗粒物PM2.5和PM10质量浓度日均值分别为66,94μg/m3,两者浓度变化范围较大,但变化趋势相同.从空间分布来看,大气颗粒物浓度均是熊猫基地>草堂寺>丽都花园,即下风向污染状况最严重,商业繁华地段次之,生活居住区最好;从时间分布来看,大气颗粒物污染最严重出现在9月17~19日,9月5~9日2个时间段,不利的气象因素和污染物的累积是造成该时间段大气颗粒物污染加重的主要原因.PM2.5与PM10质量浓度的相关性为0.93,PM2.5对PM10的贡献较大,两者质量浓度的比值达0.69.气温对大气颗粒物浓度变化没有显著影响;降水以及风速对颗粒物浓度影响较大,主要是对颗粒物的湿清除和促进扩散作用;在一定相对湿度范围内,高湿度条件容易造成大气颗粒物的较重污染.能见度与大气颗粒物浓度呈明显负相关性,且与PM2.5的相关系数大于与PM10的相关系数.     

南京冬季气溶胶消光特性及霾天气低能见度特征

利用2015年1月气溶胶散射和吸收系数、PM_2.5质量浓度、大气能见度以及常规气象观测数据,分析了南京冬季大气气溶胶散射系数与吸收系数的变化特征,给出了散射系数与吸收系数对大气消光的贡献,以及能见度与PM_2.5质量浓度和相对湿度的关系.结果表明,观测期间南京大气气溶胶的散射系数和吸收系数分别为(423.4±265.3) Mm^-1和(24.5±14.3) Mm^-1,对大气消光的贡献分别为89.2%和5.2%,表明大气消光主要贡献来自于气溶胶的散射.散射系数与PM_2.5相关性较好(R²=0.91),能见度随PM_2.5质量浓度呈指数下降,也与相对湿度保持一定负相关性.能见度均值为4.3km,且连续出现能见度不足2km的低能见度天气,霾天气下消光系数和PM_2.5质量浓度大幅超过非霾天气,最高值分别达到1471.2Mm^-1和358 μg/m³,霾天气下能见度的降低来自颗粒物与相对湿度的共同影响.     

霾污染环境大气能见度参数化方案的改进

霾污染是高浓度大气气溶胶造成低能见度的大气现象,为了完善目前空气质量模式的大气能见度参数化方案,以准确地预报霾污染过程的能见度变化,基于已有的大气总消光系数与大气能见度的关系,依据Mie理论和大气分子的消光特性,计算颗粒物和NO₂的消光系数,提出一种改进的大气能见度参数化方案.为了验证这一改进的参数化方案的大气能见度预报性能,①利用空气质量模式WRF-Chem3.7模拟2013年12月南京地区两次霾污染个例,并且与实际观测数据对比,证实其能够准确地模拟大气颗粒物和NO₂的浓度变化;②利用模拟的大气颗粒物和NO₂的浓度数据,分别采用改进的能见度参数化方案及已有的IMPROVE方案和CHEN的能见度参数化等3个方案,计算两次霾污染个例的大气能见度变化;③与观测能见度比较,评估3个能见度参数化方案的模拟准确性。评估表明,改进的参数化方案模拟的两个霾污染个例能见度的平均标准化偏差和平均偏差分别为17.19%、3.18%和517、173 m,并且和观测能见度的相关系数分别提高到0.76、0.87,其能见度模拟的准确性优于其它两种已有的参数化方案,并在不同相对湿度（RH）和能见度范围内改进的参数化方案模拟的标准化平均误差均小于其它两种参数化方案,其中,在RH < 80%和能见度≥ 1 km范围内标准化平均误差均低于50%.研究显示,改进的大气能见度参数化方案能够有效地提高空气质量模式的霾污染环境大气能见度的预报准确性.      

上海地区大气相对湿度与PM10浓度和大气能见度的相关性分析

以大气RH(相对湿度)为基准对上海2005─2009年大气质量和气象资料的日均观测资料进行了分类统计,分析了RH与ρ(PM10)、大气能见度的相关关系. 结果表明:在将RH以5%的间隔进行分段后,各区段ρ(PM10)平均值与RH平均值呈显著线性负相关,R(相关系数)达0.97;随着RH增大,大气能见度随ρ(PM10)变化率的绝对值增大;RH在75%以上时,增加相同的ρ(PM10)所导致的大气能见度下降量是RH在40%~45%时的5倍以上;RH小于75%时,大气能见度可较好地反映ρ(PM10)的变化,而RH大于75%时,大气能见度的降低主要反映PM10含水量的快速增加而并不指示ρ(PM10)的增加.      

苏州市气溶胶消光特性及其对灰霾特征的影响

为研究气溶胶消光特性对城市灰霾特征及形成的影响机制,采用2010年1月─2013年12月4 a的苏州市逐时散射系数、能见度、颗粒物质量浓度以及风速、风向、气温、气压、相对湿度等数据,对该市气溶胶散射系数、消光特性及影响因子进行了研究. 结果表明:苏州市气溶胶散射系数为(301.1±251.3)Mm-1,日变化呈双峰型,早高峰出现在07:00─08:00,晚高峰出现在20:00─21:00;其年内变化呈夏季低、冬季高. 气溶胶散射系数与ρ(PM_2.5)的相关系数为0.77,高于与ρ(PM₁)和ρ(PM₁₀)的相关性,PM_2.5散射效率为6.08 m2/g. 气溶胶散射系数受风速、风向等气象要素的影响:风速<4 m/s时,气溶胶散射系数下降迅速;风速在4～6 m/s时,气溶胶散射系数随风速下降缓慢. 苏州市气溶胶单次散射反照率平均值为0.84,散射消光比平均值为0.79,说明该地区气溶胶消光以散射性气溶胶为主. 气溶胶散射消光、气溶胶吸收消光、空气分子散射消光、NO₂吸收消光分别占大气消光的82.33%、13.63%、2.72%和1.32%. 研究表明,对气溶胶散射消光贡献最大的非吸收性PM_2.5是苏州市能见度下降、灰霾增加的最重要原因.      

天津冬季相对湿度对气溶胶浓度谱分布和大气能见度的影响

于2013年1月连续在线观测天津城区气溶胶数浓度谱分布和大气能见度,并结合相关气象资料,探讨相对湿度(RH)对气溶胶浓度谱分布和大气能见度的影响.结果表明,观测期间发生了4次连续雾霾天气过程, 4次雾霾天气过程对应着气溶胶粒子数浓度的连续高值,低能见度天气系高浓度气溶胶粒子和高相对湿度协同所致;随着RH增大,PN1和PN2.5-10呈增长趋势, RH>90%后,PN1和PN2.5-10有所降低,PN1-2.5则持续增长,高RH对气粒转化和气溶胶粒子的碰并聚合作用明显;气溶胶吸湿增长因子计算表明,高RH下水汽对能见度影响很大,尤其是大雾天气下其影响甚至可能超过气溶胶粒子浓度对其的影响.     

雾和霾对北京地区大气能见度影响对比分析

年10月8日—12月7日,在北京城区对ρ(BC)(BC为黑碳)、ρ(PM_2.5)、大气能见度和气象要素进行连续观测,利用该资料分析雾和霾对大气能见度下降的影响. 结果表明:观测期间大气能见度为0.6～26.7 km,其中40%以上的时间大气能见度不足5 km,ρ(PM_2.5)和ρ(BC)小时平均值最高分别达416.0和17.87 μg/m3. 大气能见度小于5 km且持续时间超过24 h的过程出现5次,过程1~5持续的时间分别为84、79、70、35和66 h. 过程1和2主要由霾导致,大气RH(相对湿度)小,持续时间长;过程3和5则均由雾引起,大气能见度平均值分别仅为1.70和1.99 km. 尽管过程4持续时间最短,但是由于存在低层逆温的大气层结,并且地面风速<1 m/s,导致颗粒物在水平和垂直方向的扩散均受到抑制,加之大气平均RH达到90.8%,形成雾霾复合影响,造成颗粒物污染程度超过其余4个过程,ρ(PM_2.5)和ρ(BC)平均值分别达到192.1和10.15 μg/m3.