黄渤海气溶胶光学厚度的多源卫星遥感产品精度分析和时空分布特征研究

以黄渤海上空大气为目标研究区,基于AERONET观测网,获取该区域2015—2017年的气溶胶光学厚度（AOD）实测数据,并对可见红外成像辐射计VⅡRS,中分辨率成像光谱仪MODIS,静止水色卫星成像仪GOCI与新一代地球同步气象卫星AHI H8的AOD遥感产品展开精度验证.同时,利用长时间的遥感影像探究并分析AOD在不同时空尺度下的分布特征与变化情况.结果表明：同其它AOD遥感产品相比,GOCI AOD展示出了高采样频率及高精度的特性.此外,在研究区域AOD的逐小时遥感影像中未发现明显的变化规律,而月平均图则显示出从黄渤海西部至中部再到东部AOD逐渐递减的趋势,且该趋势在研究区域不同的地方是具有差异的.不仅如此,本文还尝试分析影响AOD反演精度的潜在因子,发现其可能与地表反射率提取的准确度与预设气溶胶模型设置的合理性有关.     

基于Landsat数据的关中盆地腹地AOD时空格局及城市化对其影响

气溶胶光学厚度（aerosol optical depth,AOD）是气溶胶最基本的光学特性之一,表征气溶胶对光的消减作用,对区域大气污染有一定的指示作用.首先,以2000~2019年长时间序列MOD09A1产品数据为基础,利用ASTER波谱数据库,构建了Landsat TM/OLI蓝光波段地表反射率数据集,利用深蓝算法（deep blue algorithm,DB）对关中盆地腹地AOD进行了反演估算.其次,通过测算2000~2019多年平均/各年平均AOD和季节AOD值,研究分析了AOD空间分布特征和时间变化趋势;利用经验正交函数分析方法（empirical orthogonal function,EOF）剖析了AOD主要的空间分布模式.最后,探索分析了城市化对AOD时空分布特征的影响.结果表明：①研究区多年平均AOD空间分布受地形和人类活动影响显著,低海拔且人类活动强度大的盆地内部AOD值和变化幅度均高于周围山系.AOD呈现出明显的季节差异性：春季（0.34） > 夏季（0.33） > 秋季（0.23） > 冬季（0.12）,夏季AOD区域差异性最大.②年均AOD呈先增大后减小再增大的变化趋势,2005年达到最大值;春夏两季AOD数值分布离散,而冬季则表现为低值集聚的状态.③EOF分析结果表明,研究区AOD存在3种主要的空间分布模态：第一,AOD空间分布模式表现为区域一致型,特征向量空间分布与海拔梯度一致,反映了不同海拔下AOD变化程度的差异;第二,以秦岭山脉为界,大致呈现南北反相的分布特征,反映出关中盆地地域发展的独特性和与南部秦岭山区的差异性;第三,"东南-西北"的分布格局,表明了AOD在"城镇-乡村"呈反相变化趋势;④研究区AOD值与常住人口密度（R²=0.707,P<0.05）、不透水面密度（R²=0.377,P<0.05）以及工业POI密度（R²=0.727,P<0.5）呈正相关关系,说明城市化对AOD时空分布有一定影响.本研究对加强关中盆地空气质量监测和城市生态环境建设具有重要的意义.     

2019年秋季南京北郊气溶胶光学特性研究

于2019年11月1日-12月4日在南京北郊对气溶胶光学特性进行观测研究,使用三波长光声黑碳光谱仪（PASS-3）对气溶胶吸收系数β_abs和散射系数β_sca进行了实时在线观测.结果表明,532 nm处的β_abs和β_sca平均值分别为（31.58±16.84）Mm^-1和（168.46±127.09）Mm^-1,均低于南京以往的观测值.β_abs和β_sca的日变化呈双峰型,早晚高峰均与交通排放有关.除早晚高峰以外,β_sca在13：00-14：00略有回升,这与二次气溶胶的生成有关.本次观测期间气溶胶吸收系数和散射系数在风向为东风、东南风和西风时易出现高值,东风、东南风时受到本地排放的影响,西风时受到外地污染物传输的影响,气溶胶的消光物质主要集中在细粒子上.对观测期间典型污染过程的分析表明,高湿度、低风速的不利扩散条件下本地污染排放与西北向污染气团传输的叠加,使得气溶胶吸收系数和散射系数出现连续高值.吸收系数主要受交通排放影响,而工业源和交通源排放的SO₂、NO_x等气态污染物经过大气光化学氧化或液相氧化形成的二次气溶胶及其吸湿增长是导致散射系数增强的主要原因.     

近3年西双版纳州勐腊县大气污染基本特征及污染原因分析

对西双版纳州生态环境局勐腊分局2017年8月-2020年8月逐日空气质量数据的分析表明,2-4月是勐腊县空气质量指数（Air Quality Index,AQI）频繁达到二级及以上的时段,空气质量分指数（Individual Air Quality Index,IAQI）能够达到二级及以上标准的污染物为PM_2.5、PM₁₀、O₃、SO₂中的一种或几种,PM_2.5、PM₁₀污染较为严重,PM_2.5对空气质量的影响最大,可使空气质量达到重度污染,混合污染出现比例远大于单一污染.2019、2020年3-4月勐腊县轻度及以上连续污染日数超过5 d的5次过程中,4次污染过程的主要潜在源区在勐腊上风方向老挝西北部及泰国与其相邻的区域,权重潜在源贡献因子（Weight Potential Source Contribution Function,WPSCF）大于0.6的区域与同年3、4月泰国西北部、老挝西北部的火点密集区有较好的对应关系,4次污染过程与老挝西北部及泰国与其相邻区域的生物质燃烧关系密切;1次污染过程的主要潜在源区主要在当地,当地建筑施工、交通运输、生物质燃烧和餐饮行业细颗粒物的排放会导致勐腊县空气质量出现明显下降.为验证勐腊县连续污染过程受到了周边国家烧荒的影响,利用逐日气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Thickness,AOT）对2020年3月23-4月9日的污染过程进行了个例分析,发现AOT大值区位于勐腊上风方向,高浓度污染物持续稳定地向勐腊传输导致勐腊出现持续重污染.     

西安市大气棕碳污染特性及发色团种类

为探究西安市大气棕碳（BrC）的光学特性及化学组成,利用大气颗粒物采样器和吸附剂同时采集了颗粒相和气相大气样品,并运用紫外-可见分光光度计和三维荧光光度计测定了样品中BrC的吸光和荧光特性,基于平行因子分析（PARAFAC）法解析三维荧光光谱得到BrC的种类和组成信息.结果表明,在波长为365 nm时,颗粒相和气相BrC的吸光度分别为（13.8±7.9）Mm^-1和（8.0±3.1）Mm^-1,两者占比分别为63%和37%.本研究并未发现气相和颗粒相BrC吸光度之间有显著的相关性.PARAFAC结果表明,西安市大气BrC含有类腐殖质发色团、类酚类发色团和类蛋白发色团,而它们分别在气相和颗粒相BrC中的占比是不同的,类腐殖质发色团和类蛋白发色团在颗粒相中分布较多,分别为41%和36%,而气相中主要包含酚类发色团,其占比为78%.本研究结果揭示了气相BrC也可能是贡献大气正辐射强迫的重要因子,以及参与大气光化学反应的重要大气组分,将来的研究需要给予足够重视和关注.     

北京一次严重雾霾过程气溶胶光学特性与气象条件

对北京地区2013年10月2~7日一次严重雾霾过程中的气溶胶光学特性开展研究,分析了气象条件对雾霾过程的影响,并结合HYSPLIT模型分析污染物的来源.结果表明,在污染天气中气溶胶光学厚度、?ngström波长指数、细模态体积尺度谱峰值浓度远高于清洁天.10月5日雾霾最为严重,440nm波长处气溶胶光学厚度高达3.89.在雾霾发生前后,单次散射反照率日均值随波长增大而增大,而在10月5日,单次散射反照率值随波长增加先增大后减小,在675nm波长处达到最大值0.965.雾霾过程中大气气溶胶以强散射型细粒子为主,人为因素贡献较大,且受气象条件影响明显.     

太湖中颗粒有机碳对水体固有光学特性的影响

利用2011年5期太湖现场测量数据和室内分析数据,通过建立ρ(POC)(POC为颗粒有机碳)与a_p(λ)(颗粒物吸收系数)、b_bp(510)(总颗粒物的后向散射系数)的相关关系,评价了POC对水体固有光学特性的影响. 结果表明,太湖水体ρ(POC)时空变化显著,各期样品平均值在1 558.06~5 281.09 mg/m3之间变化. ρ(POC)与a_p(λ)具有较好的相关关系,特别是在浮游植物色素强烈吸收的波段(605~700 nm),各期数据的相关系数均在0.9以上;但ρ(POC)与b_bp(510)的相关性较差(R2=0.04, P=0.02). 进一步分析ρ(POC)对颗粒物的色素部分和非色素部分的影响发现,ρ(POC)与色素颗粒物吸收系数〔a_ph(665)〕的相关性很好(R2=0.82),而与非色素颗粒物吸收系数相关性较差. ρ(NPOC)(NPOC为非有机碳颗粒物)与b_bp(510)的相关性较好(R2>0.60),说明太湖水体POC对浮游植物色素的吸光特性有重要影响,而NPOC影响了水体的后向散射特性.      

光纤ZnO薄膜的制备及光催化性能研究

实验利用射频磁控溅射镀膜工艺,分别在光纤和石英玻璃上成功制备了ZnO薄膜。采用X射线衍射仪、原子力显微镜和荧光分光光度计对薄膜进行了测试分析,并对其光催化降解苯酚的性能进行了对比测试。结果表明,该薄膜具有良好的C轴取向性,光致发光峰分别位于362nm、421nm和486nm附近,且随着薄膜样品晶粒的减小而出现蓝移,光纤上ZnO薄膜的光催化能力是以石英玻璃为基底的ZnO薄膜的193倍,光催化效果显著。     

埋藏深度对盐岩储气库溶腔变形的影响研究

以典型的单一溶腔盐岩地下储气库为例,采用ANSYS15.0建立了盐岩储气库计算模型,并通过ANSYS-FLAC3转换软 件将所建模型导入岩土通用计算软件FLAC3D中,最后通过FLAC3D模拟了七种不同埋藏深度情况下盐岩储气库溶腔的变形 情况。数值模拟结果为:随着埋藏深度的增加,盐岩储气库位移近似呈直线增加,盐岩储气库应力同样近似线性增加; 溶腔中上部及溶腔直径最大处位移及应力最大,溶腔变形最大。根据模拟结果,推荐类似本文所建的盐岩储气库埋藏深 度应控制在800～1 000 m为宜,才能保证其运行过程中最大位移不高于1.19 m,最大应力不高于80 MPa。尽管通过 FLAC3D模拟的盐岩地下储气库溶腔形状过于单一,与实际盐岩地下储气库具有一定距离,但是不乏代表性,同样能够为 盐岩储气库运营期间的安全稳定性提供有益的借鉴作用。     

北京2010年10月一次典型灰霾过程光学特性分析

利用探空资料、NECP再分析资料、AERONET气溶胶反演资料等分析了北京地区一次典型灰霾天气过程的成因及气溶胶光学特性参数变化情况.结果表明:此次灰霾期间,稳定的环流形势、湿润的环境及逆温结构的存在是灰霾得以持续和发展的重要原因.灰霾期间AOD、PM2.5浓度逐渐增大,能见度逐渐降低,这可能与局地气溶胶的累积和相对湿度的增大有关,使气溶胶粒子的消光性增强.气溶胶的体积谱表现为双峰型结构,细粒子体积浓度峰值远大于粗粒子浓度峰值,且细粒子浓度峰值逐日增大,Angstrom波长指数在1.2~1.4之间,两参数均可表明此次灰霾过程的污染粒子以气溶胶细粒子为主;灰霾期间SSA逐日增大,表明气溶胶粒子的散射性逐渐增强,SSA随波长的变化主要呈现两种变化趋势,这与当日主控粒子的尺度有关.因气溶胶的作用,使到达地面的辐射通量减小.这些光学特性参量的变化为了解北京地区灰霾期间气溶胶特性及其气候效应提供了参考.