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。     

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。     

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。     

秸秆焚烧对哈尔滨市灰霾天气的影响

2015年11月1—4日,哈尔滨市及周边地区发生了连续的灰霾天气,颗粒物浓度急剧升高。污染发生时,监测仪器均布设在哈尔滨市区上风向30 km处(哈尔滨市双城区)并开展了连续96 h的监测分析。综合利用气象观测资料,3D可视激光雷达监测资料及地面空气污染监测资料分析了灰霾天气发生的气象条件和污染边界层特征,根据哈尔滨市双城区大气污染物排放源谱库对主要成分进行来源解析,结合颗粒物质量浓度和气象条件研究了秸秆焚烧对灰霾天气的影响。结果表明,灰霾天气持续期间,夜间生物质燃烧源成为该地区颗粒物的第二大源;秸秆焚烧产生的大气污染物,由于地面长时间静风,污染边界层降低等原因,致使本地污染物累积、不易扩散,加剧了本次污染。     

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%。     

激光雷达在湖北大气环境监测中的应用

介绍了激光雷达通过垂直扫描、水平扫描和车载走航等方法在湖北大气环境监测中的应用实例。利用地基激光雷达并结合星载激光雷达监测一次沙尘传输过程，沙尘传输高度为500~4 000 m之间，且出现3次尘降，地面PM₁₀出现3次峰值。利用激光雷达探测大气边界层高度，颗粒物浓度受边界层高度影响，当边界层高度降到500 m以下时，PM_2.5浓度达到120 μg/m³，边界层高度上升到1 500 m以上时，PM_2.5浓度降到30 μg/m³以下。利用激光雷达水平扫描技术，对襄阳市高新区污染物的影响进行溯源，监测得出颗粒物浓度上升的主要原因为地面扬尘。利用激光雷达车载走航监测技术，监测黄冈市颗粒物空间分布特征，在不同区域监测到2处污染扩散带，分别位于工业区与生活区。     

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。     

京津冀地区一次污染过程的星载地基激光雷达联合观测分析

针对2018年3月9—15日京津冀地区的一次空气重污染过程,进行了基于地基颗粒物激光雷达组网的星载-地基联合观测分析。颗粒物激光雷达观测到污染前期为局地污染累积过程,中期有明显的污染物区域传输过程,北京受太行山沿线城市污染输送影响较大。风廓线激光雷达观测结果表明:此次污染过程近地面主要为偏南风且风力较弱,冷空气到来时风向转为较强东北风,导致污染消散。微波辐射计观测到保定在污染过程中出现持续6 d的逆温层,同时在污染过程中近地面相对湿度较高,逆温层被打破后污染开始消散。在污染过程的各个阶段中,污染团的空间分布与变化特征均被很好地反映出来,可见地天联合观测对污染物的累积与输送研究有较大的意义,能对京津冀及周边地区的大气污染联防联控提供有力支持。     

南京市典型臭氧污染过程的激光雷达垂直观测解析

利用臭氧激光雷达对南京市一次典型臭氧污染过程连续观测,分析该典型臭氧污染过程中近地面和高空臭氧的变化规律、污染的发生过程与成因。结果表明:在夏季高温、风速低、冷空气影响锋前的静稳天气下,近地面臭氧的循环生成和夜间高空残留的臭氧在湍流作用下混合并积累造成该污染过程;近地面和低层臭氧浓度具有明显的日变化趋势,单峰型特征,而高空臭氧浓度无明显日变化特征,夜间维持高值;边界层高度上下始终存在臭氧高值带,厚度达数百米;正午至午后时段,各垂直高度上臭氧浓度混合均匀,随高度基本无梯度变化,达到近地面至高空1.5 km的臭氧高污染层覆盖。     

江苏省颗粒物激光雷达组网在一次复合过程中的应用分析

基于2022年9月5—11日江苏省发生臭氧连续超标，细颗粒物（PM_2.5）浓度同步上升的一次典型复合污染过程，利用颗粒物激光雷达组网对江苏省6个城市的大气垂直剖面进行了连续监测，并结合近地面污染物浓度和气象要素观测数据分析了此次污染过程的成因。结果表明，污染过程期间各城市呈现高温、小风、强太阳辐射的特征，造成日间二次生成的颗粒物在本地积聚。各城市颗粒物浓度的小时变化趋势大致相同，颗粒物浓度大幅升高期间，ρ（PM_2.5）/ρ（PM₁₀）值也同步上升，以PM_2.5生成为主导。激光雷达探测结果显示，1 km以内的355 nm消光系数显著增强，表明此次污染过程是由于强大气氧化性导致以极细颗粒物为主导的PM_2.5大量二次生成，无明显的区域传输，同时夜间伴随边界层高度降低，白天生成的高浓度PM_2.5沉降至地面，期间淮安市、扬州市和镇江市受浮尘、扬尘等粗粒子影响，边界层内粗颗粒物浓度也较高。     

Using Archive Data to Investigate Trends in the Sources and Composition of Urban PM10 Particulate Matter: Application to Edinburgh (U.K.) Between 1992 and 1997

By extending the method of Stedman (1998), daily dataof atmospheric concentrations of gravimetricPM₁₀, black smoke (BS) and sulphate aerosol (SA)from national networks were analysed to determine thetrends in time of the contribution of different sources of particulate matter to total PM₁₀ measured in central Edinburgh. Since BS is an indicator of combustion-related primary sources of particulate matter, the quantity obtained by subtraction of daily BS from daily PM₁₀ is indicative of the contribution to total PM₁₀ from other primary sources and from secondary aerosol. This PM₁₀-BS statistic was regressed on SA, since SA is an indicator of variation in secondary aerosol source. For Edinburgh, SA is a considerably better indicator of PM₁₀-BS during summer than winter (reflecting the much greater photochemical generation of secondary aerosol in summer) and there is evidence that the contribution of other secondary aerosol (presumably nitrate aerosol) has increased relative to SA between 1992 and 1997. The concentration of non-combustion primary particulate material (marine aerosol, suspended dust) to PM₁₀ in Edinburgh has not changed over this period but is about twice that calculated as the U.K. national average. The increasing input to PM₁₀ from secondary aerosol sources at regional rather than urban scale has important implications for ensuring local air quality compliance. The method should have general applicability to other locations.     

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。     

新版《环境空气质量标准》热点污染物PM2.5监控策略的思考与建议

随着工业化和城市化进程的加速,大气气溶胶污染日趋严重,由气溶胶细粒子PM2.5污染造成的能见度恶化事件越来越多,中国东部地区灰霾天气迅速增加.灰霾天气的本质是细粒子气溶胶污染,与光化学污染相关联,形成灰霾天气的气溶胶组成非常复杂.近年来由于灰霾天气日趋严重引发的环境效应问题,以及气溶胶辐射强迫引发的气候效应问题,已引起科学界、政府部门和社会公众的广泛关注,成为热门话题.在此背景下,国家出台了新版《环境空气质量标准》(GB 3095-2012),增设PM2.5浓度限值,对环境监测、环境管理和环境评价提出了新的要求.通过分析中国大气污染背景、国际组织和其他国家的PM2.5标准,及近期热点问题,提出在环境监测、环境管理和环境评价过程中实施新标准,监控PM2.5的策略.     

Seasonal Variations of PM10 and TSP in Residential and Industrial Sites in an Urban Area of Kolkata, India

The objective of the study is to investigate seasonal and spatial variations of PM₁₀ (particulate matter with aerodynamic diameter less than or equal to 10 μm) and TSP (total suspended particulate matter) of an Indian Metropolis with high pollution and population density from November 2003 to November 2004. Ambient concentration measurements of PM₁₀ and TSP were carried out at two monitoring sites of an urban region of Kolkata. Monitoring sites have been selected based on the dominant activities of the area. Meteorological parameters such as wind speed, wind direction, rainfall, temperature and relative humidity were also collected simultaneously during the sampling period from Indian Meteorological Department, Kolkata. The 24 h average concentrations of PM₁₀ and TSP were found in the range 68.2–280.6 μg/m³ and 139.3–580.3 μg/m³ for residential (Kasba) area, while 62.4–401.2 μg/m³ and 125.7–732.1 μg/m³ for industrial (Cossipore) area, respectively. Winter concentrations of particulate pollutants were higher than other seasons, irrespective of the monitoring sites. It indicates a longer residence time of particulates in the atmosphere during winter due to low winds and low mixing height. Spread of air pollution sources and non-uniform mixing conditions in an urban area often result in spatial variation of pollutant concentrations. The higher particulate pollution at industrial area may be attributed due to resuspension of road dust, soil dust, automobile traffic and nearby industrial emissions. Particle size analysis result shows that PM₁₀ is about 52% of TSP at residential area and 54% at industrial area.     

徐州市不同类型颗粒物重污染过程特征及组分差异性分析

经过多年的大气污染防治,我国空气质量有了大幅改善,但重污染过程仍有发生。对2018—2021年徐州市3种不同类型颗粒物重污染过程的污染特征、演变趋势、PM_2.5组分特征和相关性及污染成因分析结果表明:在不同类型的重污染过程中,二次无机离子NO₃^-、SO₄^2-、NH₄⁺在PM_2.5中的占比均是最高。在累积型重污染期间,NO₃^-、SO₄^2-、NH₄⁺分别增长144%、142%、183%,二次无机离子对PM_2.5的增长贡献较大。结合相关性分析及SOR、NOR值发现,硝酸盐和硫酸盐的二次生成作用显著。在沙尘型重污染期间,结合雷达监测结果及后向轨迹图可以看出,沙尘沉降至高空与近地面污染物叠加造成颗粒物高值。化学组分中Ca²⁺、Mg²⁺浓度对PM_2.5浓度的影响最大,二次生成和转化对其影响较小。在烟花燃放型重污染期间,和烟花爆竹有关的K⁺、Mg²⁺、Cl^-离子较污染前分别上升1 112%、2 058%、和239%,对污染过程影响显著。     

杭州秋冬季PM2.5污染特征分析

为研究杭州PM_2.5污染来源特征,利用2013—2019年杭州市PM_2.5监测数据和气象观测数据,分析了杭州市2013—2019年PM_2.5浓度变化,选取本地积累型和输入型2种PM_2.5污染过程,结合单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪（SPAMS）和在线离子色谱数据,探讨杭州市PM_2.5化学组分和污染来源。结果表明：每年秋冬季（11月至次年3月）杭州以东北风、西北风及偏南风为主,风速低于4 m/s时,大气扩散条件差,受本地污染物积累影响,PM_2.5浓度容易出现超标;风速较大且为东北风和西北风时,受上游污染输入影响,易出现PM_2.5重度污染。本地积累型和输入型案例中,PM_2.5化学组分中占比最大的为NO₃^-、SO₄^2-和NH₄⁺;PM_2.5浓度上升过程中,二次NO₃^-和SO₄^2-转换率明显上升,其中NO₃^-上升更为显著,二次气溶胶污染严重。2次案例中,PM_2.5来源贡献占比前3位均为机动车尾气源、燃煤源和工业工艺源,其中本地积累型PM_2.5浓度上升阶段,机动车尾气源占比会明显上升;输入型案例中,输入阶段机动车尾气源占比显著上升,燃煤源贡献也小幅上升。