宜宾地区气溶胶垂直结构地基空基联合监测分析

利用Cloud-Aerosol LIDAR with Orthogonal Polarization （CALIOP）正交极化云-气溶胶星载激光雷达Level1B资料和LGJ-01型号气溶胶地基激光雷达资料对宜宾地区2016年12月—2017年2月无污染时期、少云轻度污染时期和多云重度污染时期气溶胶的衰减后向散射系数和退偏振比光学参数的垂直分布进行对比分析研究。结果表明：少云轻度污染时期，CALIOP数据监测到海拔高度为0.2~1.0 km范围内气溶胶颗粒集中分布，LGJ-01数据监测到厚度约为0.2 km的近地面气溶胶层，2个激光雷达监测结果基本一致；重度污染时期，LGJ-01地基激光雷达能够较好地探测近地面气溶胶层，CALIOP星载激光雷达能够较好地探测到高空云层，若将两者结合，则能实现不同天气状况下的综合探测，以期较全面客观地为研究气溶胶垂直结构提供观测及科研数据。     

基于激光雷达走航车的大气污染物探测技术及其应用

大气气溶胶对人体健康环境和全球气候都有一定的影响,是大气污染的主要来源。为了提升空气质量,大气污染防治刻不容缓。把气溶胶探测激光雷达和测风激光雷达集成在车辆上,进行走航和扫描探测可获得立体的大气气溶胶时空变化状态图。以合肥和芜湖等地大气气溶胶探测为例,基于激光雷达走航车的探测数据,获得大气气溶胶消光系数时空分布图,搜寻污染物排放源和估算颗粒物的PM_2.5输送通量。由此可知,激光雷达走航式探测技术是获得大气污染立体图像便捷的、有效的方法,可为大气污染防治提供精准的科学依据,具有重要的应用价值。     

基于激光雷达分析2020年冬季镇江地区一次大气污染过程

利用气溶胶激光雷达观测结果,结合环境监测站污染物浓度数据、气象观测资料及HYSPLIT后向轨迹模式结果,综合分析2020年1月17—22日镇江市一次大气污染过程。结果显示,此次污染过程前期天气形势稳定,不利于污染物的清除及扩散,后期受偏北风影响,北方污染物向镇江输送,使得本地污染物持续累积,污染不断加重。特征雷达图分析表明此次污染为以PM2.5为主的二次污染。激光雷达显示污染日消光系数为0.0~0.9 km-1,消光系数垂直廓线日变化特征明显,气溶胶粒子主要堆积在0.6 km高度以下,并且很好地揭示了污染气团从高空逐渐下沉最终与本地污染叠加的过程,与HYSPLIT模式解析的污染气团来源结果基本一致。     

广州市春季一次沙尘天气过程综合观测

2017年4月21—23日广州市经历了一次远距离传输的沙尘天气过程,为了解沙尘过程对广州市空气质量的影响,基于广州市大气超级站,利用单颗粒气溶胶质谱(SPAMS)、气溶胶激光雷达观测数据并结合HYSPLIT后向轨迹模型分析了沙尘过程细颗粒物组分及污染来源贡献变化和沙尘气溶胶的来源及路径。结果表明:受沙尘过境影响,PM_(10)浓度大幅升高,PM_(2.5)/PM_(10)最小值仅为12.1%;沙尘过境期间影响近地面颗粒物的沙尘高度主要分布在1 km以下区域,近地面颗粒物消光系数均值为100.11 Mm~(-1),探测到最大退偏振比为0.28。SPAMS研究发现沙尘过境期间含硅酸盐颗粒物(SI)的细颗粒物数浓度比例达25.9%,是沙尘过境前的1.4倍;PM_(2.5)中扬尘贡献率明显增大,达到了17.3%,是沙尘过境前的1.9倍。后向轨迹模型HYSPLIT显示此次沙尘为典型的北方沙尘传输,沙尘源自中国西北地区,传输方向为自西北输送至华东地区后,转为东南方向影响广州市。     

灰霾污染和清洁过程中污染物垂直结构特征

针对无锡地区2013年11月6—13日经历的灰霾污染和清洁过程,采用地基遥感激光雷达对空气中的气溶胶颗粒物垂直分布进行垂直探测,发现污染时段气溶胶颗粒物主要积聚在1.8 km以下,消光系数的日均值统计表明,从近地面至高空1.5 km,颗粒物产生的峰值消光系数稳定在0.2 km~(-1);而清洁时段,由于垂直扩散条件改善,颗粒物随高度增加明显减少,1.5 km处的消光系数不足0.05 km~(-1)。同时发现污染时段中,近地面PM_(10)、PM_(2.5)、碳黑(BC)的平均浓度分别是清洁时段的2.48、2.76、3.66倍;大气氧化剂(O3和NO_x的总和)平均值水平是清洁时段的1.73倍。气象条件分析发现,锋面的移动使大气水平、垂直对流运动加剧,污染物得以迅速扩散,空气质量转好,这也是此次污染清除的主要原因。     

京津冀一次空气重污染过程激光雷达走航观测分析

针对2016年国庆期间一次污染消散过程,开展了激光雷达定点与走航观测,并综合运用中国环境监测总站国家预报平台数值模型预报结果和国控站点PM_(2.5)监测数据,对污染团的移动和分布进行了分析。结果表明,雷达定点观测的消光系数突变,主要由北京西部累积污染团在夜间弱西北气流作用下的回流所引起。受此西北气流影响移出北京的污染气团在天津至沧州一带滞留。北京至保定沿线颗粒物污染消散现象,被雷达走航观测所捕捉。     

基于激光雷达和超级站监测的一次沙尘过程分析

利用南京市气溶胶激光雷达网和草场门超级站监测数据,对2022年3月2—3日南京地区一次沙尘污染过程的垂直特征和地面PM_2.5组分变化进行了分析。结果表明,草场门、八卦洲和土桥3处点位的气溶胶激光雷达均观测到消光系数和退偏振比在凌晨至清晨时段有垂直分层现象,说明高空输入的沙尘气团位于城市污染气团上空,而此时地面PM_2.5组分以二次无机盐(硝酸盐、硫酸盐和铵盐)为主。中午前后,各高度的退偏振比及消光系数发生突变,主要是由高空输入沙尘和城市污染气团的垂直混合引起的。随着日间大气垂直交换的加大,PM_2.5中地壳物质的浓度均值和占比显著上升,其中浓度从3 μg/m³升高至5 μg/m³,占比从3%上升至10%。     

京津冀地区一次浮尘过程的车载激光雷达走航观测

利用双波长三通道激光雷达与车载激光雷达,针对2018年3月28日京津冀区域的浮尘天气过程,分别进行了定点垂直观测与车载走航观测,对这次浮尘天气中沙尘的源地、沙尘气溶胶的时空分布、沙尘的传输路径与传输方式进行了综合分析。位于北京的激光雷达监测到28日凌晨开始,沙尘气溶胶与近地面污染物混合,受沙尘影响近地面污染物浓度迅速升高。北京到沧州的车载激光雷达走航观测结果显示,沙尘气溶胶先向南传输到京津冀南部区域,随后向西南方向传输,同时观测到京津冀区域上空1. 5 km左右存在沙尘传输带。结果表明,使用车载激光雷达走航观测,结合定点垂直激光雷达与其他地面监测数据,能可靠地观测到沙尘过程中颗粒物的时空变化特征。     

颗粒物激光雷达在大气复合污染立体监测中的应用

针对由于局地污染、沙尘输入、外源性输入与局地污染物相互叠加所导致的3种灰霾污染发生过程,分别选取3个典型案例,采用颗粒物激光雷达对污染物的时空分布特征进行解析。研究发现,在局地污染发生时,污染物从地面开始垂直向上扩散,扩散高度约1 km。重度污染过程中,气溶胶的日均垂直消光系数随高度的变化背离指数衰减特征,800 m高度处出现消光系数的极大值层,极大值超过2.5 km-1,800 m以下消光系数近乎常数,约为0.3 km-1。这说明,重污染过程中,有一层较厚重的颗粒物分布,使近地面污染物在垂直方向的扩散能力减弱,形成积累效应,造成大面积空气混浊。当有外源性沙尘输入时,激光雷达能够清晰地监测到污染团输入的全过程。沙团突然出现在高空2~3 km。污染团退偏振度较大,超过0.3。随着沙尘粒子的重力沉降,沙团的轮廓在垂直方向上不断地增大。沙团的输入,导致近地面粗颗粒质量浓度的增加幅度明显大于细颗粒。在第3个案例中,激光雷达清晰地监测到高空1.8~3 km突然出现含有大量球形细颗粒的污染团,同时还发现此污染团与近地面的污染物有不同的演化特征。近地面污染物随时间垂直向上扩散,12:00左右扩散高度超过1.8 km。而高空的污染团逐渐沉降进入边界层内,与近地面扩散的污染物相互混合,共同导致本地的灰霾天气。综上所述,激光雷达可以清晰地捕获污染物的垂直结构特征,对不同的致霾过程进行立体解析,实现对大气复合污染的监测和机理研判。     

基于卫星数据的灰霾污染遥感监测方法及系统设计

以中分辨率成像光谱仪为例,建立了卫星遥感参数和空气污染指标之间的联系,提出了基于卫星遥感的气溶胶光学厚度数据获得灰霾指数和灰霾污染时空气质量指数(AQI)等级的方法和相关的监测系统设计。结合在华北地区的监测结果,可以看出卫星遥感可以较好地反映灰霾污染程度的变化,有助于发现可能的传输通道,获得宏观的灰霾空间分布状况。在研究时段内,与地面空气质量监测站相比,88%的卫星遥感监测结果误差不大于1个AQI等级,平均的AQI等级偏差为0.7级,并分析了卫星遥感与地面监测之间差异的原因。     

深圳大运会期间环境控制措施对气溶胶特性的影响分析

利用全自动太阳辐射计,对深圳世界大运会主场馆附近大气特性开展了连续观测(2011-08-11-2011-09-03)。获得了大运会期间(12 d)和大运会后(11 d),气溶胶光学厚度(AOD)等参数的变化情况,并对气溶胶光学和微物理特性进行了分析。结果表明,大运会期间440 nm处的AOD平均值为0.273,大运会之后的AOD平均值为0.983,大运会期间较大运会之后AOD平均值有显著降低。粒子谱分布等气溶胶微物理特性参数的分析还表明, AOD降低主要是由于细粒子含量的减少,说明环境控制措施对于空气质量产生了较好的改进效果。     

Analysis of spatial and seasonal distributions of MODIS aerosol optical properties and ground-based measurements of mass concentrations in the Yellow Sea region in 2009

Satellite-retrieved data on aerosol optical depth (AOD) and Ångström exponent (AE) using a moderate resolution imaging spectrometer (MODIS) were used to analyze large-scale distributions of atmospheric aerosols in East Asia. AOD was relatively high in March (0.44?±?0.25) and low in September (0.24?±?0.21) in the East Asian region in 2009. Sandstorms originating from the deserts and dry areas in northern China and Mongolia were transported on a massive scale during the springtime, thus contributing to the high AOD in East Asia. However, whereas PM10 with diameters ≤10 μm was the highest in February at Anmyon, Cheongwon, and Ulleung, located leeward about halfway through the Korean Peninsula, AOD rose to its highest in May. The growth of hygroscopic aerosols attendant on increases in relative humidity prior to the Asian monsoon season contributed to a high AOD level in May. AE typically appears at high levels (1.30?±?0.37) in August due to anthropogenic aerosols originating from the industrial areas in eastern China, while AOD stays low in summer due to the removal process caused by rainfall. The linear correlation coefficients of the MODIS AOD and ground-based mass concentrations of PM10 at Anmyon, Cheongwon, and Ulleung were measured at 0.4~0.6. Four cases (6 days) of mineral dustfall from sandstorms and six cases (12 days) of anthropogenically polluted particles were observed in the central area of the Korean Peninsula in 2009. PM10 mass concentrations increased at both Anmyon and Cheongwon in the cases of mineral dustfall and anthropogenically polluted particles. Cases of dustfall from sandstorms and anthropogenic polluted particles, with increasing PM10 mass concentrations, showed higher AOD values in the Yellow Sea region.     

Factors influencing Aerosol Characteristics over Urban Environment

Atmospheric aerosols are an important contributing factor to turbidity in urban areas besides having impact on health. Aerosol characteristics show a high degree of variability in space and time as anthropogenic share of total aerosol loading is quite substantial and is essential to monitor the aerosol features over long time scales. In the present study extensive observations of columnar aerosol optical depth (AOD), total columnar ozone (TCO) and precipitable water content (PWC) have been carried over a tropical urban city of Hyderabad, India. Significant variations of AOD have been observed during course of the day with low values of AOD during morning and evening hours and high values during afternoon hours. Spectral variation of AOD exhibits high AOD at smaller wavelengths and vice versa except a slight enhancement in AOD at 500 nm. Anomalies in AOD, particulate matter and black carbon concentrations have been observed during May, 2003. Back trajectory analysis of air mass during these episodes suggested variation in air mass trajectories. Analysis of the results suggests that air trajectories from land region north of study area cause high loading of atmospheric aerosols. The results are discussed in the paper.