上海市大气散射消光特征及其与颗粒物化学组成关系研究

为研究上海市大气颗粒物散射系数分布特征以及颗粒物化学组分贡献率,2009年用浊度仪对散射系数进行观测,同时采集PM2.5,分析其主要化学成分浓度.观测发现,秋、冬季散射系数较高,夏季最小.散射系数日变化有早、晚两个峰,午间出现低谷.散射系数与温度、风速有显著负相关性.多元回归得到OC、NO-3、NH+4是影响消光系数的主要化学成分.依据IMPROVE估算公式,将OC分为吸湿性和非吸湿性部分,并加入海盐影响,使估算bext值更接近监测值.OC、EC和硫酸铵盐为估算消光系数主要贡献成分.     

天津市颗粒物散射消光特征及化学组分贡献研究

为研究天津大气颗粒物光学特征及不同化学成分贡献水平,对颗粒物散射系数进行了在线观测,同时对全年1,4,7,10 4个典型月份进行PM2.5采样,并分析其化学成分.观测发现,天津市散射消光系数表现为秋、冬季高,春、夏季低,冬季PM2.5的干散射效率最高,为5.18m2/g.当风速大于3m/s时,对污染物的清除扩散作用较为明显,散射系数较低;相对湿度较高时,其对散射系数的增长作用显著.多元线性回归分析结果表明,天津市细颗粒中有机碳和硫酸盐是影响天津市能见度的主要组分.根据IMPROVE法核算化学组分对散射消光的贡献,得出有机物的贡献最大,为38.51%.     

南京冬季气溶胶消光特性及霾天气低能见度特征

利用2015年1月气溶胶散射和吸收系数、PM_2.5质量浓度、大气能见度以及常规气象观测数据,分析了南京冬季大气气溶胶散射系数与吸收系数的变化特征,给出了散射系数与吸收系数对大气消光的贡献,以及能见度与PM_2.5质量浓度和相对湿度的关系.结果表明,观测期间南京大气气溶胶的散射系数和吸收系数分别为(423.4±265.3) Mm^-1和(24.5±14.3) Mm^-1,对大气消光的贡献分别为89.2%和5.2%,表明大气消光主要贡献来自于气溶胶的散射.散射系数与PM_2.5相关性较好(R²=0.91),能见度随PM_2.5质量浓度呈指数下降,也与相对湿度保持一定负相关性.能见度均值为4.3km,且连续出现能见度不足2km的低能见度天气,霾天气下消光系数和PM_2.5质量浓度大幅超过非霾天气,最高值分别达到1471.2Mm^-1和358 μg/m³,霾天气下能见度的降低来自颗粒物与相对湿度的共同影响.     

济南市春季大气颗粒物污染研究

对济南市2005年春季大气颗粒物中PM10、PM2.5和细颗粒物中的黑碳气溶胶的浓度水平、时间分布和日变化进行了观测,并结合气象资料对变化特征进行综合分析,探讨了PM10,PM2.5和黑碳的相对含量以及对能见度的影响等.研究结果表明,PM10和PM2.5平均浓度分别为242.5μg·m-3和109.4μg·m-3.与我国空气质量二级标准PM10日均值150μg·m-3和美国国家空气质量PM2.5日均标准65μg·m-3相比,超标率分别达到80.77%和84.61%,污染较严重;监测期间PM2.5/PM10的平均值为0.456.在PM2.5中,黑碳气溶胶平均质量浓度为5.39μg·m-3,占PM2.5的5.06%,日浓度变化呈双峰型.在监测时间内,污染物浓度与温度无明显的相关性;与相对湿度呈弱正相关;与风速呈明显的负相关关系.降水对PM10、PM2.5和黑碳的清除作用较为显著.PM10、PM2.5和黑碳浓度与能见度均呈负相关,相关系数(r)分别为-0.633、-0.695和-0.704,细颗粒物是影响能见度的主要因素.     

内江市大气细颗粒物化学组成及其消光特征

2012—2013年在内江市环境监测站楼顶采集了PM_(10)和PM_(2.5)样品,并分析了颗粒物中金属无机元素、水溶性离子和碳质组分的质量浓度,以研究颗粒物的污染水平及其消光特性.采样期间,内江市的PM_(10)和PM_(2.5)浓度分别为(116.3±54.7)μg·m~(-3)和(78.6±36.8)μg·m~(-3);颗粒物污染冬季较重,其次为秋季,春季和夏季污染水平相当.内江市PM_(2.5)中以二次无机离子(SNA,42.5%)和有机物(OM,35.0%)污染最为突出,其次为地壳元素(Soil,11.4%)、元素碳(EC,5.2%)和微量元素(Trace,0.3%).高相对湿度和细颗粒物浓度是导致内江灰霾频发的主要原因,10km能见度对应的PM_(2.5)浓度界值为72.2μg·m~(-3).采用IMPROVE模型计算,内江市PM_(2.5)的平均散射系数为(504.6±293.2)Mm-1,吸光系数平均为(41.0±20.6)Mm-1;PM_(2.5)中硫酸盐对消光系数贡献最大,占40.0%;其次为有机物和硝酸盐,贡献率分别是29.2%和15.3%;EC的贡献率为7.3%.PM_(2.5)质量浓度与散射系数呈现出较强的线性关系(r=0.88),通过回归方程得到PM_(2.5)的质量散射效率为4.2 m~2·g~(-1).     

天津城区春季大气气溶胶消光特性研究

利用天津大气边界层观测站2011年4月1日~5月10日气溶胶散射系数、吸收系数、PM2.5质量浓度、大气能见度和常规气象观测数据,分析了气溶胶散射系数和吸收系数的变化特征,以及气溶胶消光系数与PM2.5质量浓度和大气能见度的关系,并对两种方法计算的消光系数进行了比较.结果表明,观测期间天津城区气溶胶散射系数为369.93 Mm-1,对大气消光贡献为86.7%,气溶胶吸收系数为36.32 Mm-1,对大气消光贡献为8.5%,单次散射反照率为0.91;气溶胶散射系数和吸收系数的日变化特征具有明显的双峰结构,对应于早晚交通高峰;不同天气类型下其日分布特征存在较大差异,霾日散射系数和吸收系数最高,沙尘日和降水日次之,晴日最低;气溶胶散射系数和吸收系数与PM2.5质量浓度呈线性正相关,与大气能见度呈指数负相关,观测期间气溶胶质量散射效率均值为2.95m2/g;采用Koschmieder’s公式反算能见度获得的大气消光系数,与通过测量气溶胶散射系数、气溶胶吸收系数、气体散射系数和气体吸收系数等分量加和获得的消光系数相比一致性较好,高相对湿度天气下能见度反算值高于各系数加和值.     

廊坊市夏季大气气溶胶消光特性及其来源

通过对廊坊市2016年5~9月的空气污染指标进行连续观测,分析了PM_2.5污染特征、消光特性,并进行来源解析及潜在污染区域分析.观测期间PM_2.5浓度为（43.82±28.68）μg/m,PM_2.5中SO₄^2-,NO₃^-,NH₄⁺,OC和EC分别占PM_2.5总质量的24.74%,22.98%,20.54%,8.79%和5.50%,各组分随着PM_2.5浓度增加而增加;气溶胶散射系数（Bsp）和吸收系数（Bap）分别为（294.54±257.35）,（16.05±9.14）Mm^-1,粗粒子（CM）对消光系数的贡献为11.12%,细颗粒子PM_2.5在大气消光中起主要作用,其中硝酸盐（32.23%）,硫酸盐（27.28%）和OM （20.56%）为最主要消光成分;PM_2.5主要来自工业（14.14%）、机动车（15.15%）、二次无机气溶胶（38.38%）、燃煤（22.22%）及扬尘和生物质燃烧（10.10%）,对消光系数的贡献分别为工业（1.32%）、机动车（17.25%）、二次气溶胶（55.57%）、燃煤（18.56%）,扬尘和生物质燃烧（7.32%）.后轨迹分析表明廊坊市以来自山东、河南的小尺度_,短距离和来自内蒙古东北部、中部的中短距离传输为主,占比接近80%,污染源的潜在分布区域主要是山东东北部、河南东部、山西东部、辽宁西南等地.     

天津市大气能见度与颗粒物污染的关系

利用天津市大气边界层观测站2009年能见度、相对湿度、风速逐时观测资料和2009年3月9~21日期间颗粒物的膜采样数据,分析天津市大气能见度与颗粒物污染的关系.结果表明,颗粒物质量浓度与能见度变化总体呈负相关,小粒径颗粒对能见度的影响作用明显,随着能见度的降低,小粒径颗粒与大粒径颗粒浓度的比值明显增加.能见度与颗粒物中总碳质量浓度变化呈负相关. SO42-,NO3-,OC和EC对大气消光贡献平均值分别为28.7%,6.1%,27.6%和19.2%.表明观测期间颗粒物中SO42-,OC对能见度的影响明显.     

北京地区大气消光特征及参数化研究

为了研究大气消光系数的特征及规律,从2013~2014年在北京地区对大气能见度、气溶胶质量浓度、气溶胶散射系数、黑碳质量浓度、反应性气体以及气象要素开展了系统加强观测,并对已发表的气溶胶光散射吸湿增长因子[f(RH)]拟合方案进行了对比,系统分析了大气消光特征和影响大气消光能力的关键因子,最终建立了大气消光系数参数化模型,探讨不同季节、不同污染条件下参数化方案的特征.结果表明,气溶胶散射作用占环境总消光作用的94%以上,在夏秋季,相对湿度可以使气溶胶的散射能力提升70%~80%.包含气溶胶质量浓度和相对湿度两个因子的参数化模型,可以较好地体现出气溶胶和相对湿度对大气消光系数的影响机制,以及消光能力的季节差异.     

气象条件对上甸子地区气溶胶散射特征的影响

利用北京地区上甸子站气溶胶散射系数、PM2.5质量浓度和气象要素1 a的观测资料,研究不同天气条件下上甸子地区散射系数的变化特征,并讨论了气象条件对散射系数的影响.结果表明,散射系数在雾霾天最高608.4 Mm-1,其次为雾天500.6 Mm-1和霾天423.7 Mm-1,是一般天气散射系数的6.4～9.2倍.在各类天...     

杭州市PM2.5中水溶性离子的污染特征及其消光贡献

对杭州市2013年大气PM_(2.5)进行采样分析,探讨了其中水溶性离子的污染特征和消光贡献.杭州市PM_(2.5)中总水溶性离子的质量浓度为37.5μg·m~(-3),占PM_(2.5)质量浓度的44.4%,二次离子SNA(SO_4~(2-)、NO_3~-和NH_4~+)是水溶性离子的主要成分,共占到水溶性离子的83.4%.PM_(2.5)和主要水溶性离子的质量浓度都在冬季最大,夏季最低,夏秋季水溶性离子占PM_(2.5)的比值明显高于冬春季,而SNA在总水溶性离子中的比例4个季节非常接近.燃料燃烧和汽车尾气排放导致的二次离子生成,对杭州市PM_(2.5)贡献最大.SOR和NOR的年平均值分别为0.27和0.15,SO_2在大气中的转化率大于NO_x,SOR和NOR与相对湿度都呈现出明显正相关,非均相氧化过程对SO_4~(2-)和NO_3~-的生成具有重要贡献.气溶胶中[NO_3~-]/[SO_4~(2-)]的年平均值为0.63,主要受到燃煤排放的影响.霾天随着霾污染等级的逐渐加重,PM_(2.5)、水溶性离子和SNA的浓度都逐渐增大,SOR和NOR值也不断升高,霾天稳定的天气条件,能有效促进污染物的积累和二次转化.PM_(2.5)和SNA的质量浓度与大气消光系数都呈现出明显正相关,使用IMPROVE公式对不同化学组分消光系数的计算结果能够基本反映出气溶胶对大气散射的变化趋势,其结果显示SNA对大气总消光系数的贡献达60.8%.SNA的消光系数冬季最高,夏季最低,随着霾污染等级的加重,SNA的消光系数和对总消光的贡献比例也逐步增加.     

霾污染环境大气能见度参数化方案的改进

霾污染是高浓度大气气溶胶造成低能见度的大气现象,为了完善目前空气质量模式的大气能见度参数化方案,以准确地预报霾污染过程的能见度变化,基于已有的大气总消光系数与大气能见度的关系,依据Mie理论和大气分子的消光特性,计算颗粒物和NO₂的消光系数,提出一种改进的大气能见度参数化方案.为了验证这一改进的参数化方案的大气能见度预报性能,①利用空气质量模式WRF-Chem3.7模拟2013年12月南京地区两次霾污染个例,并且与实际观测数据对比,证实其能够准确地模拟大气颗粒物和NO₂的浓度变化;②利用模拟的大气颗粒物和NO₂的浓度数据,分别采用改进的能见度参数化方案及已有的IMPROVE方案和CHEN的能见度参数化等3个方案,计算两次霾污染个例的大气能见度变化;③与观测能见度比较,评估3个能见度参数化方案的模拟准确性。评估表明,改进的参数化方案模拟的两个霾污染个例能见度的平均标准化偏差和平均偏差分别为17.19%、3.18%和517、173 m,并且和观测能见度的相关系数分别提高到0.76、0.87,其能见度模拟的准确性优于其它两种已有的参数化方案,并在不同相对湿度（RH）和能见度范围内改进的参数化方案模拟的标准化平均误差均小于其它两种参数化方案,其中,在RH < 80%和能见度≥ 1 km范围内标准化平均误差均低于50%.研究显示,改进的大气能见度参数化方案能够有效地提高空气质量模式的霾污染环境大气能见度的预报准确性.      

深圳冬季霾日的大气污染特征

2009年1月10日─2月16日,利用在线仪器获得深圳市冬季大气中气态污染物和PM₁主要化学组分的高时间分辨率数据,结合气象条件,对非霾日、霾日的大气污染物和PM₁主要化学组分浓度水平及其日变化特征进行了研究. 结果表明:深圳冬季霾日除O₃外,其他气态污染物和PM₁主要化学组分的平均质量浓度均明显高于非霾日,增幅均在40%以上;PM₁中的有机物是深圳冬季霾的首要污染因子;PM₁主要化学组分的日变化趋势不尽相同,但总体上表现出霾日高于非霾日的特征,尤其是午夜至清晨时段,这说明深圳冬季霾日的夜间大气扩散能力显著减弱.      

杭州黑碳气溶胶污染特性及来源研究

2011年7月~2012年6月对黑碳气溶胶(BC)、PM2.5、污染气体及气象因子进行同步观测,以评估杭州市BC污染特征、来源分布及对大气能见度的影响.结果表明:杭州市大气BC日均浓度范围为1.3~16.5μg/m3,年均值达到(5.1±2.5)μg/m3.BC呈明显的季节变化趋势,秋冬季高,夏季低.BC也呈典型的日变化趋势,交通高峰期高,下午低,同时与NOx呈较好的相关性,表明城市中BC受到机动车尾气排放的重要影响;而BC/CO低于其他城市则表明生物质燃烧排放可能是杭州BC的另一大重要来源.BC随风速下降呈上升趋势, BC超过10μg/m3的高浓度事件中,风速基本低于2m/s,北-西北-西风对高浓度BC的输送作用明显.观测期间BC的吸收系数为(44.8±23.0)Mm-1,占到总消光比例的10.4%.灰霾和重度灰霾天气下,吸收系数分别为(66.2±30.1),(100.2±49.2)Mm-1,达到非霾天气的2.2和3.4倍, 表明BC吸收消光作用是影响杭州市大气能见度下降和灰霾天气发生的重要因素之一.     

南京北郊冬季霾天PM2.5水溶性离子的污染特征与消光作用研究

为了探讨霾天下大气细颗粒物(PM2.5)中水溶性离子的污染特征及其对大气消光的影响,在2013年1月25日至2月3日于南京北郊进行了PM2.5连续在线监测.利用颗粒物-液体转换采集系统(PILS)连续采集水溶性样品,与离子色谱联用分析了其中SO2-4、NO-3、NH+4、Cl-、Na+、K+、Mg2+和Ca2+的含量;同时采用扫描电迁移率粒径谱仪(SMPS)和空气动力学粒径谱仪(APS)测量细粒子的粒径谱分布;采用三波长光声黑碳光度计(PASS-3)实时在线测量细粒子的散射和吸收消光系数;并实时监测痕量气体浓度.结果表明,观测期间霾与非霾天PM2.5中水溶性离子的总质量浓度分别为70.3μg·m-3和22.9μg·m-3;二次吸湿性组分SO2-4、NO-3和NH+4为主要的污染离子.霾天有利于SO2和NOx向SO2-4和NO-3的转化,尤其是NOx的氧化.运用多元线性回归统计方法,建立了PM2.5干消光系数与气溶胶化学成分之间的经验公式,发现NH4NO3对南京冬季消光的贡献最大,其次为(NH4)2SO4、有机碳(OC)和元素碳(EC).两次重污染事件中,污染前体物的一次排放和二次转化的增加分别是造成离子浓度升高的主要原因.     

河北城市霾污染来源的模拟研究

选取2007年12月作为模拟时段,以MM5-Models-3/CMAQ为核心工具,对河北地区4个主要城市(石家庄、邢台、邯郸、保定)的霾污染来源进行了模拟研究,结果表明:工业源和民用燃烧源对河北4城市PM2.5浓度贡献率最大,分别为28.1%³5.4%,29.1%35.4%,29.1%³1.8%。河北4市受工业源排放影响最大的为保定市(35.4%),其余为石家庄(31.7%)、邢台(28.3%)、邯郸(28.1%)。受民用燃烧源影响最大的依然为保定市(31.8%),其余为邯郸(30.0%)、邢台(29.1%)、石家庄(27.5%)。电厂源、民用非燃烧源和交通源的贡献率较小,分别为0.5%31.8%。河北4市受工业源排放影响最大的为保定市(35.4%),其余为石家庄(31.7%)、邢台(28.3%)、邯郸(28.1%)。受民用燃烧源影响最大的依然为保定市(31.8%),其余为邯郸(30.0%)、邢台(29.1%)、石家庄(27.5%)。电厂源、民用非燃烧源和交通源的贡献率较小,分别为0.5%².5%,0.4%2.5%,0.4%⁰.9%,2.0%0.9%,2.0%².3%。对于消光系数的部门来源,最大的依然是工业源和民用燃烧源,民用燃烧源对河北地区消光系数平均贡献率分别为石家庄20.7%,邢台29.1%,邯郸30.7%,保定30.6%;工业源的贡献率分别为石家庄18.2%,邢台15.9%,邯郸16.8%以及保定22.4%。     

机动车排放细微/超细颗粒物消光特性的Mie理论研究

机动车等燃烧源排放颗粒物离散系统的消光特性主要取决于颗粒群的物理化学组分和粒径分布特征. 利用内部混合模型,确定典型机动车排放颗粒物的密度和光学复折射系数(m),通过Mie理论模型研究不同粒径下单体颗粒物的光学特性,从而研究机动车排放的nm/μm级粒径下细微/超细颗粒物的无量纲光散射率(Q_scat)、无量纲光吸收率(Q_abs)以及无量纲消光率(Q_ext). 结果表明,不同国家的轻型柴油车(LDV)排放超细颗粒物的化学组分差异较大,而重型柴油车(HDV)则没有显著差别. 相关性分析表明,机动车排放颗粒物的EC组分所占比例与复折射系数的实部(n)和虚部(k)均有极强相关性,相关系数(R>/sup>2)分别为0.995 6和0.993 8.通过Mie理论计算 4种复折射系数下典型机动车排放颗粒物Q_scat,Q_abs和Q_ext随粒径的变化特征发现,粒径为400～600 nm范围的单体颗粒物消光作用最大. 当颗粒物粒径>1 μm时,Q_scat,Q_abs和Q_ext逐渐稳定为常数1.2,1.0和2.2, 此时消光率与复折射系数无关.