2018年中国长江三角洲地区气溶胶的垂直分布特征

利用主动式遥感卫星云-气溶胶激光雷达和红外探测者卫星观测(CALIPSO)提供的激光雷达资料,重点分析了2017-12～2018-11中国长江三角洲地区对流层大气中532 nm气溶胶消光系数,气溶胶退偏比,气溶胶色比以及各类型气溶胶的时空变化特征.对气溶胶的光学参数随高度变化的研究表明,与对流层高空相比,一般在对流层低空中气溶胶消光能力更强,气溶胶粒子更规则,气溶胶粒径更小.对气溶胶的光学参数随季节变化的研究表明,与冬春季相比,一般夏秋季在对流层高空中气溶胶消光能力更强,在2 km以下气溶胶粒子更规则,在对流层高空中气溶胶粒径的范围更大.长江三角洲地区全年中污染沙尘气溶胶出现的频率最高,为37. 481 6%,夏秋季烟尘、污染大陆与洁净海洋气溶胶出现的频率比冬春季高,而夏秋季沙漠沙尘气溶胶出现的频率相对较低.     

基于卫星遥感和地面观测资料的霾过程分析

利用MODIS、CALIPSO卫星观测的气溶胶产品和地面空气质量、气象资料,并结合HYSPLIT后向轨迹模式,探讨了2013年12月1~9日长江三角洲地区一次持续性的严重霾污染过程的形成、特征及其可能来源.研究表明,此次污染过程中长江三角洲地区8个代表城市大部分时间处于霾污染的状况下,气溶胶光学厚度(AOD)显著增长,空气质量指数(AQI)均达到或超过污染限值,且以中度以上污染为主.污染发生时,气溶胶主要存在于地面至2km的大气层内,尤其是850m以下.根据体积退偏比和色比得出球形气溶胶出现频率高于非球形气溶胶,大粒径气溶胶出现频率高于小粒径气溶胶,进而得到污染期间气溶胶的主要类型为“污染型”气溶胶.污染物的近距离的输送和持续小风,无降水的静稳气象条件而导致污染物难以扩散稀释而累积在本地是造成长江三角洲区域污染范围广、时间长、程度重的主要原因.     

上海地区霾时气溶胶类型垂直分布的季节变化

采用上海地区2007年1月~2010年11月CALIPSO星载激光雷达Level 2反演资料,对清洁海洋型、沙尘型、大陆污染型、大陆清洁型、污染沙尘型和烟尘型等类型气溶胶垂直分布进行了分析,研究了其季节变化规律.结果表明:霾发生时0~2km高度烟尘型气溶胶出现频率明显高于非霾时,而在2~8km高度,沙尘型、污染沙尘型与大陆污染型明显高于非霾时.0~2km高度春季霾大陆污染型气溶胶出现频率高于其他季节;0~2km夏季污染沙尘型气溶胶与海洋型气溶胶出现频率均高于其他季节,特别是污染沙尘型;秋季霾期间,0~2km高度范围内烟尘型出现频率明显高于2~6km高度;冬季污染沙尘型、烟尘、大陆污染型气溶胶出现频率高于其他季节.     

一次严重灰霾过程的气溶胶光学特性垂直分布

利用激光雷达在广州地区一次严重灰霾过程进行探测,并反演气溶胶消光系数及退偏比,分析边界层结构演变对气溶胶消光系数廓线分布的影响.结果表明,气溶胶主要在1.5km以下.发生灰霾天气时,霾层达到1km,午后可达1.5km,发生严重灰霾天气时,霾层只有500m.气溶胶消光系数随高度分布在清洁过程中呈线性递减,标高为1490m,在灰霾过程中呈指数递减,标高为789.5m.从气溶胶消光系数廓线变化可以很好地反演边界层结构的演变.气溶胶消光系数在残留层顶出现极大值.气溶胶退偏比有明显的日变化,白天的退偏比比夜间的高,午后出现峰值.该次过程气溶胶的退偏比小于0.2.本地气溶胶廓线只有在清洁过程时与Elterman廓线接近.     

基于卫星遥感和地面观测资料的霾过程分析——以长江三角洲地区一次严重霾污染过程为例

利用MODIS、CALIPSO卫星观测的气溶胶产品和地面空气质量、气象资料,并结合HYSPLIT后向轨迹模式,探讨了2013年12月1~9日长江三角洲地区一次持续性的严重霾污染过程的形成、特征及其可能来源.研究表明,此次污染过程中长江三角洲地区8个代表城市大部分时间处于霾污染的状况下,气溶胶光学厚度(AOD)显著增长,空气质量指数(AQI)均达到或超过污染限值,且以中度以上污染为主.污染发生时,气溶胶主要存在于地面至2km的大气层内,尤其是850m以下.根据体积退偏比和色比得出球形气溶胶出现频率高于非球形气溶胶,大粒径气溶胶出现频率高于小粒径气溶胶,进而得到污染期间气溶胶的主要类型为"污染型"气溶胶.污染物的近距离的输送和持续小风,无降水的静稳气象条件而导致污染物难以扩散稀释而累积在本地是造成长江三角洲区域污染范围广、时间长、程度重的主要原因.     

基于CALIPSO卫星监测的重庆地区霾微物理特性研究

采用美国国家航空航天局(NASA)的CALIPSO星载激光雷达L1监测数据,通过分析532 nm总后向系数、体积退偏比和色比,对重庆地区对流层中低空霾的气溶胶散射强度、粒子规则性和相对大小的垂直分布及其季节变化进行了研究。结果表明:对于4 km以下的对流层中低空霾,大气气溶胶的散射能力大致随着高度增加而减弱,其中1~2 km的气溶胶散射能力最强,0~2 km规则、大颗粒气溶胶所占比例最大,3~4 km不规则、细颗粒气溶胶所占比例最大。春季重庆地区的不规则、大颗粒气溶胶所占比例大,夏季以规则气溶胶为主,气溶胶散射能力较弱,秋季的规则、细粒子气溶胶相对较多,冬季则以细颗粒气溶胶为主,气溶胶散射能力较强。分析2008年4月8日个例发现,气溶胶粒子大量聚集在1.6~3.4 km范围内,2~3 km的大气气溶胶散射能力最强,0~2 km以规则、大颗粒气溶胶占主导,2~4km的不规则、细颗粒气溶胶所占比例最大。     

上海一次典型雾霾过程中不同天气现象的气溶胶光学特性及转化机制

以上海市2013年冬季一次持续雾霾过程为例,根据能见度和相对湿度的地面观测资料将雾霾过程划分为干霾、湿霾、雾3种不同天气现象,对不同天气现象的气溶胶光学特性垂直分布特征进行了研究,并初步分析不同天气现象的转化机制.结果表明,3种不同天气现象的发生顺序为湿霾→干霾→湿霾及湿霾→雾→干霾→湿霾,相对湿度对能见度的影响最大,温度次之,再次是风速,而PM_(2.5)对能见度的影响最小.CALIPSO(Cloud Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation)探测期间,存在2~3 km明显气溶胶层,且不同天气现象的气溶胶层厚度不同(雾湿霾干霾);雾霾发生期间,1.0 km以下高度气溶胶消光能力最大;在干霾、湿霾到雾的转化过程中,球形、大粒径气溶胶增多,非球形、小粒径气溶胶减少.     

2006~2015年中国华北地区气溶胶的垂直分布特征

为研究高污染地区气溶胶形成机理提供理论依据,利用CALIPSO卫星提供的Level 2Profile和Level 2VFM产品,分析了华北地区2006～2015年532nm总后向散射系数,退偏振比,色比及不同类型气溶胶的时空变化特征,并结合地基观测资料,探讨了不同能见度下华北地区气溶胶垂直分布特征.结果表明：华北地区气溶胶粒子532nm总后向散射系数,退偏振比和色比范围依次为0.5×10^-3～8.0×10^-3km^-1sr^-1,0.14～0.3和0.6～2.0,且具有显著的季节和高度变化特征;能见度<5km时粒子散射能力最强,非球形最弱,粒径最小,对应的最大532nm总后向散射系数,最小退偏振比和最小色比依次为0.012km^-1sr^-1,0.092和0.856,能见度>10km时相反;污染沙尘,沙漠沙尘,污染大陆气溶胶和洁净海洋气溶胶集中在0～2km,出现的频率依次为13.81%,8.48%,5.45%和1.22%.     

西安市秋季灰霾天气微生物气溶胶的特性研究

为探明西安市秋季灰霾天气条件下微生物气溶胶的特性,于2014年10月7日到23日两次灰霾过程期间,在西安市长安大学站点,采用Andersen六级撞击式空气采样器对细菌与真菌气溶胶进行采样,并对其浓度、粒径、种属分布及其与气象因素的相关关系进行详细分析.结果表明,在灰霾天期间,可培养细菌与真菌气溶胶的浓度水平分别为1102~1737 CFU·m-~3和1466~1704 CFU·m-~3,不仅远高于非灰霾天微生物气溶胶的浓度值,也超过了中国科学院推荐的标准值.在非灰霾天气条件下,空气中大部分可培养细菌气溶胶(79.7%)与真菌气溶胶(74.6%)均分布在粗颗粒范围(2.1μm),它们的中位径(NMD)分别为(2.32±0.12)μm、(2.48±0.24)μm;而在灰霾天气条件下,可培养细菌气溶胶与真菌气溶胶的中位径分别为(1.96±0.29)μm和(2.44±0.23)μm.此外,在灰霾天期间,空气中优势细菌除了葡萄球菌属(Micrococcus)与微球菌属(Staphylococcus)外,还鉴定出了非霾天没有检测出的致病菌种奈瑟氏菌属(Neisseria);而真菌在灰霾天时,除了曲霉属(Aspergillus)检出频率大幅提高外,还出现了非霾天未鉴定出的致病菌属拟青霉属(Paecilomyces)与头孢霉属(Cephalosporium).研究表明,相比于非灰霾天气,灰霾天气下有更高的微生物气溶胶暴露风险.研究结果可以为评估灰霾暴发时微生物气溶胶引起的环境与健康效应提供基础数据.     

基于长期观测的淮河流域农田背景区灰霾污染气溶胶光学特性和类型分析

利用2015—2019年寿县国家气候观象台的CE-318型太阳光度计观测数据,比较分析了淮河流域农田背景区及其灰霾污染日、非灰霾污染日的气溶胶光学特性和类型的差异和联系.结果表明：(1)淮河流域农田背景区及其灰霾污染日、非灰霾污染日的AOD₄₄₀平均值为0.60～0.86,以细粒子气溶胶为主,气溶胶散射能力强,吸收能力弱;(2)细粒子气溶胶增加在淮河流域农田背景区灰霾污染中占主导作用,灰霾污染发生时,AOD₄₄₀平均值增大0.26,散射能力增强,吸收能力减弱,污染的气溶胶类型占比增加17.79%;(3)2015—2019年,淮河流域农田背景区及其灰霾污染日、非灰霾污染日的气溶胶光学厚度、细模态粒子体积浓度整体呈减小趋势,气溶胶散射能力逐年增强,吸收能力逐年减弱;(4)淮河流域农田背景区及其灰霾污染日,随着污染等级的增加,气溶胶光学厚度和污染的气溶胶类型占比增大,重度污染时颗粒物向大粒径方向移动,但仍为细粒子;(5)受气溶胶来源、吸湿增长和高温的影响,春夏季气溶胶光学厚度和单次散射反照率较高,秋冬季主要由雾霾污染造成,细粒子比例高,气溶胶光学厚...     

上海不同强度干霾期间气溶胶垂直分布特征

利用美国宇航局(NASA)的CALIPSO星载激光雷达资料,通过分析后向散射系数、体积退偏比和色比等参量揭示了上海地区发生不同强度干霾时气溶胶的垂直分布特征,并结合地面气溶胶观测进行了分析.结果表明,发生干霾时,低层大气(2km以下)污染最严重,气溶胶的后向散射系数主要集中在0.0015~0.0035km-1×sr-1,体积退偏比集中在0~15%,色比集中在0.2~0.8;2~10km高度内,散射系数相对较小,其中2~8km的值主要集中在0.0008~0.0025 km-1×sr-1,8~10km的值则主要集中0.0008~0.0015 km-1×sr-1,气溶胶体积退偏比和色比在2~4km、4~6km、6~8km和8~10km各高度内分别集中在0~20%和0~0.6.在0~10km高度内,相对于轻微干霾和轻度干霾,中度干霾时气溶胶的散射能力和不规则性最强,粒径也最大.     

环上海地区干霾气溶胶垂直分布的季节变化特征

采用2007年1月～2010年11月美国国家航空航天局(NASA)的CALIPSO星载激光雷达L1产品,通过532 nm总后向散射系数、体积退偏比和色比,分析了环上海地区干霾期间气溶胶光学和微物理属性的垂直分布特征.结果表明,干霾时各高度层中,0～2.0 km高度层的大气散射能力最强,且主要是规则气溶胶;2.0～8.0 km范围内各高度层大气散射强度、气溶胶规则性较接近;8.0～10.0 km高度层的大气散射能力最弱,且不规则气溶胶所占比例在各高度层中最大;细粒子气溶胶在各高度层均占主导地位,其中2.0～8.0 km范围内各高度层的细粒子气溶胶所占比例较大.春季大颗粒、不规则气溶胶所占比例大;夏季细粒子、规则气溶胶所占比例大.分析2007年5月7日个例发现,气溶胶粒子主要聚集在0～1.5 km范围内,在4.0～5.5 km范围内局部聚集;通过HYSPLIT轨迹模式分析表明,除本地排放的气溶胶粒子外,源于蒙古、中国西北和北部远程输送的沙尘也对霾产生了影响.     

上海霾与非霾期间大气颗粒物光学特性垂直分布特征和质量浓度对比研究

采用美国国家航空航天局的云-气溶胶激光雷达红外开拓者卫星搭载的正交极化云-气溶胶激光雷达数据产品,包括消光系数、光学厚度、总后向散射系数、体积退偏比和色比,结合地面监测的颗粒物质量浓度,分析上海大气相对湿度小于80%霾发生期间气溶胶光学属性的垂直分布特征和颗粒物质量浓度变化,并与非霾期间进行比较.结果表明:霾期间532 nm和1064 nm消光系数在垂直高度上(海拔:0~10 km)均大于非霾期间,且大多数霾期间颗粒物在整层大气的光学厚度大于非霾期间.在近地面,霾期间大气颗粒物散射能力大于非霾期间.各垂直高度层,霾与非霾期间小粒径和规则气溶胶占主导地位.霾期间近地面大粒径颗粒物在霾期间所占比例大于非霾期间;2.0~4.0 km高度层,霾和非霾期间细颗粒所占比例接近;4.0~10.0 km高度层,霾期间细颗粒气溶胶所占比例大于非霾期间.PM1、PM2.5和PM10质量浓度在霾期间均大于非霾期间,且霾期间细颗粒物所占比例明显增加.颗粒物质量浓度和比值PM1/PM2.5和PM2.5/PM10分别随霾污染程度的加重而升高.冬季颗粒物质量浓度最高,主要来自细颗粒物的贡献;而春季PM10质量浓度高于其它季节.     

江浙沪春节燃放烟花爆竹对垂直大气的影响

基于美国宇航局(NASA)的CALIPSO星载激光雷达L1卫星监测数据,通过分析532 nm总后向散射系数、体积退偏比和色比,对江浙沪地区2009—2014年春节期间大气气溶胶光学与微物理特性进行研究,揭示了江浙沪地区春节期间大气气溶胶散射强度、颗粒规则性与颗粒大小的垂直分布特征.结果表明,燃放烟花爆竹产生的颗粒物主要聚集于对流层中低空,使低层大气散射能力增强、颗粒物尺度增大,使对流层中层大气颗粒物不规则性增强;气溶胶散射能力随高度增大单调减弱,不规则气溶胶在6~8 km高度内占比最大,颗粒随高度增大单调减小;对比各年情况发现,散射能力逐年增强.     

上海地区不同类和不同强度灰霾季节分布特征

主要采用美国宇航局(NASA)2007年1月-2010年11月CALIPSO卫星搭载的正交极化云-气溶胶激光雷达(CALIOP)L1产品及地面气象观测资料,分析得到上海地区干霾和湿霾、不同强度灰霾天气的季节分布特征,并重点研究了发生干霾时气溶胶散射强度、粒子规则性和尺度大小随季节的变化规律。结果表明:灰霾的发生具有较明显的季节性,春季为干霾高发期,其次是夏冬季;夏冬两季轻度以上干霾发生比例均大于春季与秋季;大气中主要以小尺度、较规则的气溶胶粒子为主;干霾时,气溶胶粒子和不同量级色比值所占比例季节变化不大;夏季发生干霾时小尺度粒子所占比例最大。     

上海不同污染等级下气溶胶光学特性垂直分布特征

气溶胶光学特性是可吸入颗粒物的重要表征指标之一,而针对不同空气污染等级的气溶胶光学特性的垂直分布特征当前研究较少.本文利用上海地区(30°E,120°N~33°E,123°N)2006年6月至2011年12月的星载云-气溶胶激光雷达(Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations,CALIOPSO)资料分析不同季节气溶胶光学特性垂直分布的基础上,深入探讨了不同空气污染等级下的气溶胶垂直(0~6km)分布特征.结果表明:上海地区气溶胶粒子多聚集在0~2 km的高度上且具有明显的季节特征,冬春季节气溶胶粒子后向散射系数集中于0.005以上,颗粒物散射能力较大,其中冬季偏振比范围为0.15~0.25,色比范围为0.57~0.77,主要为不规则的小颗粒;夏季气溶胶粒子的偏振比(0.03~0.09)较小,气溶胶颗粒物较为规则;秋季各种形态的颗粒混合程度较高,其偏振比的范围为0.12~0.23,色比范围为0.58~0.90;不同污染等级下的气溶胶光学特性在垂直分布上具有明显的差异,在重污染时期散射能力大不规则颗粒物增多,垂直差异不明显,污染高度较高;轻度污染以规则颗粒物为主,颗粒物散射能力较小,表现出低层以粗颗粒为主,高层以细颗粒物为主的特征;轻微污染和无污染的气溶胶垂直分布类似,颗粒物散射能力较小.     

Aerosol structure and vertical distribution in a multi-source dust region

The vertical distribution of aerosols was directly observed under various atmospheric conditions in the free troposphere using surface micro-pulse lidar (MPL4) at the Zhangye Station (39.08°N, 100.27°E) in western China in the spring of 2008. The study shows that the aerosol distribution over Zhangye can be vertically classified into upper, middle and lower layers with altitudes of 4.5 to 9 km, 2.5 to 4.5 km, and less than 2.5 km, respectively. The aerosol in the upper layer originated from the external sources at higher altitude regions, from far desert regions upwind of Zhangye or transported from higher atmospheric layers by free convection, and the altitude of this aerosol layer decreased with time; the aerosols in the middle and lower layers originated from both external and local sources. The aerosol extinction coefficients in the upper and lower layers decreased with altitude, whereas the coefficient in the middle layer changed only slightly, which suggests that aerosol mixing occurs in the middle layer. The distribution of aerosols with altitude has three features: a single peak that forms under stable atmospheric conditions, an exponential decrease with altitude that occurs under unstable atmospheric conditions, and slight change in the mixed layer. Due to the impact of the top of the atmospheric boundary layer, the diurnal variation in the aerosol extinction coefficient has a single peak, which is higher in the afternoon and lower in the morning.     

华北地区沙尘天气垂直气溶胶直接辐射强迫

利用CALIOP数据和SBDART（Santa Barbara DISORT Atmospheric Radiative Transfer）辐射传输模式研究了2013~2016年华北地区8d沙尘天气气溶胶及其直接辐射强迫垂直分布特征,分析了气溶胶垂直分布和光学特性对直接辐射强迫的影响.结果表明,气溶胶集中分布在地表及以上3km范围,其中纯净沙尘型和污染沙尘型气溶胶位于上层,污染大陆型气溶胶和烟雾位于下层.大气层顶、地表和大气层的日均气溶胶直接辐射强迫分别是-38.41~-88.44,-74.03~-225.86,9.06~137.42W/m².0~8km高度范围气溶胶直接辐射强迫是负值,且随着高度的增加绝对值逐渐减小.气溶胶垂直分布对大气层顶、地表和大气层的直接辐射强迫影响较小,但对直接辐射强迫垂直分布影响较大,由气溶胶廓线差异造成的同一高度层气溶胶直接辐射强迫最大差值能达到31.18W/m².气溶胶光学厚度和单次散射反照率对直接辐射强迫影响明显.消光能力相同时,吸收性气溶胶对短波太阳光的衰减作用大于散射性气溶胶,后向散射比例大的气溶胶大于后向散射比例小的气溶胶.