一次强沙尘输送过程中气溶胶垂直分布特征研究

采用CALIPSO卫星的星载激光雷达资料,分析了2007年3月28日~4月2日由西向东途经新疆、青海、甘肃、内蒙古、宁夏、陕西、山西、河北、北京、山东、江苏、上海、台湾等省、市、自治区的一次远程强沙尘污染传输过程,对后向散射系数、退偏比、色比等光学特性参数进行了研究.结果表明,这次过程中,较大的沙尘颗粒大多出现在近地面附近,而相对小的沙尘颗粒在对流层中高层垂直剖面上分布比较均匀.CALIPSO卫星资料能够较好地反映强沙尘远程传输过程中沙尘气溶胶光学特性的垂直分布特征及其粒子大小、不规则性随高度的变化特征.     

气溶胶在华北地区霾期间中低对流层中随高度的季节变化

采用美国宇航局(NASA)的CALIPSO星载正交极化云-气溶胶激光雷达(CALIOP)的监测数据,对2007年1月1日至2008年12月31日华北地区霾期间中低对流层气溶胶散射强度、粒子规则性和粒径大小随高度的季节变化进行了研究。结果表明:霾期间在4 km以下的中低对流层大气中,春季气溶胶粒子的出现频率最高,且散射最强的气溶胶出现高度春季和秋季在1~2 km,夏季在3~4 km,冬季在0~1 km;四个季节均以球形或接近球形的规则性气溶胶为主,其中夏季气溶胶的规则性最强,春季气溶胶的不规则性最强,除春季外气溶胶的规则性随高度的增大而增大;春季气溶胶粒径大于其他季节,且随高度增大而增大,其他季节气溶胶粒径大致随高度增大而减小。多数情况下各层均以小粒径气溶胶为主。     

沙尘气溶胶对塔里木盆地降水的可能影响

通过分析塔里木盆地沙漠的风积地貌,结合近40 年气象站的风况观测资料,探讨了沙尘暴形成的大气环流特征.研究结果表明,从天气学理论上来看,降水和沙尘暴天气相伴而生.在年际时间尺度以上,沙尘暴发生日数与降水存在显著的负反馈机制.然而降水抑制沙尘暴发生的理论无法解释在月际尺度内降水与沙尘暴呈正相关的事实.通过分析云量、沙尘凝结核以及卫星计算的云滴有效半径表明,由于沙尘气溶胶可以长时间悬浮在大气中并作为凝结核,使云中的水汽分布到更多的粉尘颗粒中,导致空中云滴有效半径剧减而无法达到形成降水的阈值,从而抑制降水的产生.这从理论上可以很好地解释上述矛盾,为解释降水和沙尘的互反馈机制提供了新的理论.     

长三角地区中小燃煤锅炉PM2.5成分谱特征

选取7台中小燃煤锅炉,分析其排放的烟气中PM_2.5的排放因子、成分谱特征和除尘设施对不同粒径段的PM_2.5、OC、EC的去除效率.研究发现：除尘设施出口处的PM_2.5质量排放因子在0.047~0.283 g·kg^-1之间,平均为（0.146±0.081）g·kg^-1.SO₄^2-在离子组分中的含量最为丰富,其次为NH₄⁺和Ca²⁺;S在元素组分中的含量最为丰富,其次为Al、Ca、Fe;OC、EC的含量波动幅度较大,各锅炉产生的OC和EC比值均大于1.在所测粒径的范围内,PM_2.5的质量浓度呈单峰或双峰分布,峰值点出现在0.07~0.12 μm处和1 μm以上（双峰时）;OC的粒径分布呈双峰或三峰的特征,峰值点分别出现在0.04 μm和0.20~0.31 μm处和1 μm以上（三峰时）.除尘设施对PM_2.5、OC、EC质量浓度的整体去除效率分别为66%、53%和23%.     

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。     

MODIS C006气溶胶光学厚度产品在京津冀典型环境背景下的适用性

选取3个代表京津冀地区典型环境背景下的站点——北京、香河和兴隆,利用AERONET地基观测的气溶胶光学厚度(AOD)数据,研究了MODIS针对暗地表的C051暗像元法(DT C051)和C006暗像元法(DT C006),针对亮地表的C006深蓝算法(DB C006),以及融合了暗像元法和深蓝算法的融合产品(Combined C006),探讨了基于上述算法的AOD产品在京津冀地区的适应性.结果表明:(1)C006算法的改进对北京和香河站点反演AOD的精度改善较大,而在兴隆站点改善不明显;北京站点,C006深蓝算法AOD适用性最佳;位于城郊的香河站,C006暗像元法AOD最接近AERONET AOD;植被茂盛的兴隆站,Combined C006 AOD反演精度最高.(2)MODIS DT C006在北京站点的反演误差可能是由气溶胶模型与地表反照率共同造成的;MODIS DB C006在香河站点反演误差主要来源于春季的地表反照率和冬季的气溶胶模型两方面.(3)相较于DT C051AOD,DT C006有效数据覆盖率有所降低,但DB C006和Combined C006的数据覆盖率有所增加,且Combined C006 AOD产品数据覆盖率最广;结合MODIS AOD与各站点AERONET的对比验证,结果表明,Combined AOD产品在京津冀地区适用性最佳.     

基于地面微脉冲激光雷达的上海冬季霾强度及高度分析

利用2009—2013年冬季地面气象观测数据筛选出非霾和不同强度霾的影响时次,采用能见度与消光系数的定量关系和冬季波长系数对微霾冲激光雷达反演修正得到的气溶胶消光系数,分析了上海地区气溶胶在垂直高度上的集中范围,当地面出现轻微霾、轻度霾、中度霾、重度霾时气溶胶分别主要集中于近地面0.81、0.49、0.41、0.40 km以下,非霾时气溶胶主要集中在近地面1.35 km以下;在此基础上,根据判别不同强度霾的能见度标准和能见度与消光系数的定量关系,将能见度换算为消光系数,再对微脉冲激光雷达反演消光系数进行修正,从而判断高空霾的强度及所处的高度;另外还探讨了云对产生重度霾的影响、降水与中度霾和重度霾的关系以及颗粒物质量浓度与不同强度霾的关系,发现48.53%的重度霾是受云影响而产生的,37.11%中度霾发生前后伴有降水现象,51.14%的重度霾发生前后伴有降水现象,非霾、轻微霾,轻度霾、中度霾、重度霾期间的颗粒物浓度和细颗粒物占的比例依次增大.     

2008~2012年上海黑碳浓度变化特征分析

采用上海市城市环境气象中心2008~2012年黑碳质量浓度小时平均资料,分析了上海市区黑碳质量浓度变化规律.结果表明,2008~2012年间上海黑碳平均质量浓度呈下降趋势,各年黑碳平均质量浓度从(4 045.3±3 375.4)ng·m-3降至(2 766.2±2 078.9)ng·m-3,观测期间的逐年变化率分别为2.3%、-6.5%、-18.7%和-12.1%.与其它大城市相比,黑碳平均质量浓度为中等偏低水平.从年平均变化看,11和12月的5年平均质量浓度最高,分别为5 426.6 ng·m-3和5 365.3ng·m-3,其次为1、6和10月,分别为4 402.5、3 763.3和3 412.7 ng·m-3.工作日和休息日的5年平均日变化均呈明显双峰结构,两峰分别出现在北京时间07:00~10:00和18:00~22:00,工作日第一峰高于第二峰,休息日则相反.5年间,工作日黑碳平均质量浓度较休息日高9%.此外,根据有效观测数据,通过回归整理,给出了一个5年平均黑碳质量浓度日变化的逐时经验函数,以方便估计和预测黑碳浓度水平.     

上海城区典型臭氧浓度偏低年的成因分析

利用2006~2010年上海徐家汇、崇明、宝山、金山和浦东5个监测站的臭氧资料,分析了上海地区不同功能区臭氧的浓度特征及年际变化特征。结果表明：2006年上海地区臭氧平均浓度是这5 a的最低值,以徐家汇和浦东两个站臭氧浓度年际差异最为明显。2006年各站春末和夏季的臭氧浓度明显低于其他年份,而秋冬季臭氧浓度却差别不大。以徐家汇地区为例的综合分析表明,天气状况、日照时数、温度和风速等气象要素不是造成2006年上海城区臭氧浓度偏低的原因,臭氧前体物（VOCs和NOx）才是造成这种现象的主要原因。2006年4~8月NOx和VOCs浓度明显偏低,典型臭氧日变化情况下2006年VOCs/NOx比值较小,平均值为1.22,比2007、2008年低了近65%,而O3的生产率也分别减少了65%和59%。OZIPR模式的结果也表明较低的VOCs浓度以及VOCs/NOx比值,是导致2006年上海城区臭氧浓度偏低的主要原因     

基于Aqua卫星总云量资料分析山区云水资源

采用NASA地球观测系统(EOS) "云与地球辐射能量系统(CERES)"2002-12至2007-12的CERES SSF Aqua MODIS Edition 1B/2B/2C云资料,选取新疆阿尔泰山、天山和昆仑山三大山区,通过分析总云量的多年平均空间分布、季节变化以及年变化特征,考察了新疆山区云水资源情况。结果表明,多年平均的阿尔泰山、天山和昆仑山总云量区域平均值为43.47%、44.91%和52.72%,其云水资源有较大开发潜力。其中昆仑山的云资源最丰富,但其自然转化为降水的效率较低,可以通过人工增水提高其转化率。三大山区总云量呈明显的季节变化和年变化,变化规律各有特点。