利用激光雷达观测黄沙气溶胶

作为传统的黄沙监测技术的发展和延伸，激光雷达已经成为一种全新的黄沙观测手段，它的使用标志着对黄沙的观测由二维空间发展到三维空间。本文简要阐述了NIES型激光雷达的工作原理，激光雷达的构成，对利用激光雷达观测黄沙气溶胶进行了讨论，提出了利用激光雷达观测黄沙天气，具有连续性、准确性和可视化的三大特点。     

辽宁地区大气黑碳气溶胶质量浓度在线连续观测

利用2008年3月—2009年2月辽宁沈阳、大连、鞍山、抚顺和本溪ρ(黑碳)观测资料,分析了其变化特征及重要影响因子. 结果表明,5个城市小时ρ(黑碳)的变幅较大,最小值出现在抚顺秋季的2008年9月23日00:00,ρ(黑碳)为0.14 μg/m3,最大值出现在本溪冬季的2008年11月11日08:00,ρ(黑碳)为64.52 μg/m3;本溪ρ(黑碳)日均值最高,为6.87 μg/m3,其次是沈阳、鞍山和抚顺,大连的ρ(黑碳)日均值最小,为3.18 μg/m3;ρ(黑碳)日变化有明显的峰值和谷值,最高值一般出现在06:00─09:00和17:00─19:00,低值出现在02:00─04:00和12:00─15:00;风速对ρ(黑碳)有重要影响,当风速<3.5 m/s时,ρ(黑碳)随风速增大而减小,当风速>3.5 m/s时,风速对ρ(黑碳)的影响不大;后向风轨迹较好地反映污染物在不同城市区域间的传输特征,在冬季沈阳以上风区域北部影响为主;ρ(黑碳)日均值变化和大气低层垂直温度梯度变化有较好的对应关系.      

杭州市区大气气溶胶吸收系数观测研究

利用2011年6~8月和2011年12月~2012年2月杭州国家基准气候站内黑碳及气象观测资料,分析了杭州市区气溶胶吸收系数的变化特征.结果表明,杭州市区气溶胶吸收系数冬季[(42.3±17.7)Mm-1]要高于夏季[(35.8±10.5)Mm-1],且冬季气溶胶吸收系数变化较为剧烈.在边界层变化以及人类活动的共同影响下,气溶胶吸收系数呈现明显的双峰型日变化特征,峰值出现在07:00~09:00,谷值出现在14:00,次峰值出现在19:00~20:00.通过拟合小时平均值最大出现频率得出该地区气溶胶吸收系数本底值为24.7Mm-1.霾时气溶胶吸收系数要高于非霾时,随着霾污染的加重,气溶胶吸收系数呈现阶梯上升趋势.霾期间气溶胶吸收系数的增加是造成能见度下降的重要原因之一.     

南京上空气溶胶光学特性的激光雷达观测

文章利用偏振微脉冲激光雷达对南京上空大气散射特性进行了为期一年的连续观测,同时结合MODIS卫星数据对空气中气溶胶光学特性的日季变化进行了分析研究,利用HYSPLIT模式分析了其变化的原因。研究结果表明,在春、秋、冬季,气溶胶消光后向散射比分别为48 sr,45 sr和40 sr,退偏振比分别为0.18,0.19和0.2,且气团主要来源为我国西北及北方地区;夏季,气溶胶消光后向散射比为63 sr,退偏振比为0.11,气团主要来自东南部工业污染城市以及南京周边地区;气溶胶的垂直分布有明显的季节变化趋势,低层(1 km)气溶胶光学厚度从大到小为:冬季-夏季-秋季-春季,高层(1 km)为:夏季-春季-秋季-冬季;气溶胶光学厚度有明显的日变化特征,在夏冬两季表现为早晚高,中午低;在春秋两季则为早晚低,中午高。文章对南京上空大气气溶胶的光学特性进行了详细系统的研究,对于该地区大气环境以及气候效应的研究具有重要的学术价值。     

石家庄冬季典型污染过程气溶胶激光雷达观测

基于2016年冬季石家庄市微脉冲气溶胶激光雷达观测资料,采用归一化梯度法和梯度法两种方法反演了大气污染边界层高度,并将结果与相同时段探空资料获得的边界层高度进行对比验证,同时选取典型个例对污染边界层高度的过程演变特征进行了分析,探索了不同污染等级下污染边界层结构.结果表明,归一化、梯度法反演结果均与探空位温确定的边界层高度存在一致性,相关系数分别为0.62、0.55,均通过了0.05的显著性检验,但归一化相对误差为19%,梯度法为34%,表明归一化梯度法优于梯度法且其反演结果是可靠的.空气质量优良日,归一化梯度法反演结果准确度降低,与位温确定边界层高度最大偏差约1000m;随着污染程度加重,反演结果与位温确定边界层高度差减小,污染期间,污染边界层高度总体低于1000m,污染最重时段降到400m左右.不同空气质量等级、不同高度气溶胶消光系数垂直递减率具有明显差异,污染天气400m高度垂直递减率最大,表明该层以下为较重污染聚积层,之后随高度升高消光系数明显减小,700m以上为清洁空气.     

石家庄冬季典型污染过程气溶胶激光雷达观测

基于2016年冬季石家庄市微脉冲气溶胶激光雷达观测资料,采用归一化梯度法和梯度法两种方法反演了大气污染边界层高度,并将结果与相同时段探空资料获得的边界层高度进行对比验证,同时选取典型个例对污染边界层高度的过程演变特征进行了分析,探索了不同污染等级下污染边界层结构.结果表明,归一化、梯度法反演结果均与探空位温确定的边界层高度存在一致性,相关系数分别为0.62、0.55,均通过了0.05的显著性检验,但归一化相对误差为19%,梯度法为34%,表明归一化梯度法优于梯度法且其反演结果是可靠的.空气质量优良日,归一化梯度法反演结果准确度降低,与位温确定边界层高度最大偏差约1000m;随着污染程度加重,反演结果与位温确定边界层高度差减小,污染期间,污染边界层高度总体低于1000m,污染最重时段降到400m左右.不同空气质量等级、不同高度气溶胶消光系数垂直递减率具有明显差异,污染天气400m高度垂直递减率最大,表明该层以下为较重污染聚积层,之后随高度升高消光系数明显减小,700m以上为清洁空气.     

广州城区冬季大气边界层气溶胶激光雷达探测

激光雷达是大气边界层气溶胶和云的一个高效探测工具。2010年12月利用Mie散射激光雷达对广州城区冬季大气边界层进行系统观测,分析讨论了测站地域上空大气气溶胶的消光系数垂直分布和时间变化的主要特征。结果表明:冬季广州大气边界层气溶胶主要分布在1100m以下区域,气溶胶分布具有多层结构;大气边界层高度稳定分布在500~620m左右,边界层高度日变化不明显;冬季广州气溶胶源较为稳定并且变化慢;广州城区气溶胶浓度白天比晚上大,峰值出现11颐00~14颐00左右,谷值出现在20颐00左右。     

大气气溶胶多层结构的激光雷达探测

目的探测大气气溶胶的垂直分布,表征气溶胶的垂直结构和各层气溶胶的性质。方法使用金华站点激光雷达观测数据进行个例分析,用梯度法对边界层进行反演,利用退偏振比、颜色比和光学厚度对大气中不同高度的气溶胶层进行分析。结果大气垂直结构会出现多层不同性质的气溶胶层,激光雷达可以准确地探测气溶胶随时间变化的垂直结构特征。选取0点至8点进行分析表明,在1.5km高度上下出现两层气溶胶层,上下两层气溶胶层呈现出不同的性质,且其性质会随时间变化而改变。结论大气边界层以外气溶胶分布较为复杂,利用激光雷达探测的气溶胶消光系数、退偏振比、颜色比和光学厚度等参数能够较好地表征气溶胶的垂直结构和各层气溶胶的性质。     

南京上空大气边界层的激光雷达观测研究

为了研究南京地区大气边界层结构的变化特征,利用2010年11月到2011年10月期间米散射激光雷达对南京上空大气散射特性的连续观测资料,通过小波协方差法得到了该地区的大气边界层高度,分析了其日变化和季节变化特性以及夹卷层的日变化特性,并讨论了引起这些变化的原因,得到以下主要结论:南京上空边界层具有典型的日变化特征以及季节变化特征,夜晚低(小于0.5 km),白天高(大于1 km);最大混合层高度春季高(1.77 km),冬季低(1.34 km);边界层的日变化以及最大混合层高度与地表温度存在明显的正相关,与地表的相对湿度存在负相关;云层可以有效的降低最大混合层高度并且使最大混合层高度出现的时间提前。     

本溪大气黑碳气溶胶浓度的观测研究

对2008年3月至2009年2月本溪黑碳气溶胶浓度观测资料进行了研究分析.结果表明,本溪黑碳平均浓度值为6.877 μg/m3,日平均浓度变化范围为0.592～20.577 μg/m3,每小时平均浓度最大值达64.518 μg/m3;黑碳浓度具有明最的季节变化,夏季的平均浓度最低,最高值出现在冬季的1月份,这与冬季取暖...     

基于移动激光雷达观测的徐州市区气溶胶分布特征

将微脉冲激光雷达与GPS等仪器集成在车辆上组成移动观测系统,以徐州市为研究区域,开展大气环境立体走航式观测获取了2015年1月11日（重度污染）、12日（空气质量良好）、17日（轻度污染）3d的市区不同路线的1.5km以下的气溶胶消光廓线信号.结果表明,空气质量良好和轻度污染情况时,徐州市近地面气溶胶消光系数相对高值点主要位于商业区域和工业区域.商业区域的污染物主要来自车辆尾气的排放,车流量的大小决定了消光系数值的高低;工业区域的污染物主要来自火电厂的排放,占比达到70%以上.重度污染天气情况下,近地面气溶胶消光系数主要受污染过程的时间演变控制.气溶胶的垂直分布与边界层的演变密切相关,下午的边界层高度比上午普遍要高,晴朗且空气质量良好的情况下,边界层最高,达到1km以上.气溶胶消光系数高值基本出现在250m以下的近地面.工业区域火电厂排放的烟尘主要出现在1km左右.使用不同的仪器测量得到的气溶胶光学厚度趋势大致相同,激光雷达反演的气溶胶光学厚度波动最大.微脉冲激光雷达与GPS等仪器组成的移动观测平台能够有效地探测城市小范围的气溶胶时空分布,而且便捷有效,具有灵活机动性和推广应用价值.     

南京北郊大气气溶胶的吸湿性观测研究

大气气溶胶的吸湿性不仅影响气溶胶的光学特性进而影响大气能见度,并且影响气溶胶的直接和间接气候效应.本文利用加湿串联差分迁移分析仪H-TDMA,于2012年5~7月在南京地区,对40~200nm大气气溶胶粒子在不同相对湿度下的吸湿增长因子进行了观测研究.统计结果表明:在90%相对湿度下,颗粒物的吸湿增长因子GF多为双峰分布,分为GF1.15的强吸湿组分.弱吸湿组分的吸湿增长因子(GFLH)在1.10~1.14之间;对应的强吸湿组分增长因子(GFMH )范围在1.47~1.58之间变化.相同粒径下的离散程度(σ)强吸湿组大于弱吸湿组,说明强吸湿组的粒子化学成分更复杂,异质性更强.相对湿度的变化对粒子吸湿增长的影响与粒子大小及化学组分有关,爱根核模态和积聚模态粒子在相同的相对湿度下潮解点不同,硝酸铵和硫酸铵是颗粒物中的主要吸湿成分.对不同天气条件下的气溶胶吸湿性分析,发现污染期间的吸湿增长因子(GF)和强吸湿组的数目比例(NFMH)都高于清洁期间,这与当时的气象条件以及粒子的内外部混合状态相关.观测还发现气溶胶粒子的吸湿性有明显的日变化特征,白天光照所引发的光化学反应以及混合层演变而造成粒子的吸湿性较强.机动车尾气排放的黑碳等不吸湿或弱吸湿颗粒物也会因为影响颗粒物的化学成分并进而对气溶胶吸湿性产生影响.     

冬季南京城市大气气溶胶吸湿性观测研究

气溶胶吸湿性不仅影响颗粒物非均相化学反应过程和大气能见度,且对云凝结核形成起决定性作用.本研究运用加湿串联拆分迁移分析仪(H-TDMA)对冬季南京城市大气气溶胶吸湿性进行外场观测研究.结果表明:吸湿增长因子概率分布函数(GF-PDF)呈双峰分布,峰值分别为1.000±0.010(弱吸湿峰)和1.400±0.035(强吸湿峰);在85%相对湿度条件下,不同粒径段(40、80、110、150、200 nm)弱吸湿组粒子数目占比(NFLH)随粒径的增大从40%降低至20%,而强吸湿组粒子数目占比(NFMH)却从60%增加到80%.弱吸湿组GF-PDF离散程度(σLH)在0.04~0.05之间,而强吸湿组GF-PDF离散程度(σMH)0.1,说明强吸湿组粒子化学成分较复杂,外混合程度较高.对比各粒径段气溶胶吸湿性日变化规律发现,平均吸湿增长因子(GFmean)和NFMH均呈双峰特征,峰值分别出现在7:00和17:00左右.受夜晚边界层降低、强吸湿性组分非均相转化生成等影响,GFmean和NFMH夜间数值整体大于白天;受降水等气象条件影响,污染时段所有粒径段气溶胶的GFmean和NFMH均高于清洁时段.     

重庆典型灰霾天气下大气气溶胶的激光雷达探测

简要介绍了法国Losphere公司ALS300型偏振Mie散射激光雷达的基本结构、探测原理及反演算法,并通过在重庆主城区2009年11月23～27日一次典型灰霾天气条件下连续的气溶胶激光雷达探测结果分析得出,重庆冬季典型灰霾天气下PBL平均高度约为600米,AOD值在4及以上。     

黄山大气气溶胶新粒子生长特性观测分析

利用2012年9月22日~10月28日黄山地区大气气溶胶、二氧化硫和臭氧观测数据,结合气象数据,分析气溶胶新粒子的生成-增长特征.分析发现,在33个有效观测日中,有新粒子生成-增长的观测日占总数的18.2%,其中晴天的发生频率为37.5%,新粒子生成-增长都开始于晴天上午,与无新粒子观测日相比,太阳辐射量、风速、SO2及O3浓度较高,环境温度和相对湿度较低.气溶胶新粒子的增长具有由小及大的特点,核模态气溶胶粒子(10~20nm)数浓度最先增加,爱根核模态粒子(20~50nm)数浓度随着时间推移逐渐增大,但浓度峰值依次下降,平均增长率为3.58nm/h. SO2浓度先于核模态气溶胶数浓度到达峰值,其氧化后的产物H2SO4为新粒子的核化提供前体物,并且参与新粒子的增长过程,当SO2浓度较低时,不会发生新粒子生长事件.     

北京地区大气气溶胶光学厚度的观测和分析

利用中国科学院大气物理研究所研制的中分辨率太阳-天光光谱自动观测系统(MORSAS)于北京对太阳直射光谱和天空散射光谱进行准连续观测,其中无云情况(包括晴天和浑浊天气)下的观测资料用于获取大气气溶胶光学厚度.该仪器与一台美国NASA主持的国际气溶胶观测网仪器CIMEL CE-318太阳光度计进行对比观测,二者所得结果一致性较好.作者给出了近3年北京地区大气气溶胶光学厚度和表征粒子谱宽度的Angstrom指数(a)的变化情况.与20世纪90年代中期相比,近3年北京秋冬季气溶胶光学厚度有所减小,表明北京的环境治理有一定成效;而春季气溶胶光学厚度则在近2年有明显增加,源自沙尘天气,且Angstrom指数亦变小,表明大粒子比例增加,因此需要加强对沙尘源的治理.     

云岗石窟地区大气气溶胶污染特征研究

云岗石窟群(山西大同)正在受到大气污染的危害,特别是气溶胶粒子所造成的危害十分显著。本工作采集并分析了该地的气溶胶粒子并研究了其物理化学特性。结果显示,大部分气溶胶是由人为污染产生并且主要集中在粒径较小的范围。细粒子中有较多的酸性污染物并比粗粒子酸性强,这些细粒子对石窟有侵蚀作用。本文还对侵蚀机理进行了探讨并评价了危害程度。      

广州市大气气溶胶散射吸湿增长因子的观测研究

利用环境湿度的日变化,对广州市大气气溶胶散射吸湿增长因子进行了观测研究.基于反向轨迹模型HYSPLIT,将2006年7月到达广州市区的气溶胶分为海洋型、海洋/城市混合型、城市型3个类型.整个观测期间,海洋型、海洋/城市混合型、城市型气溶胶的散射吸湿增长因子f(RH=80%)的平均值分别为2.68±0.59、2.29±0.28、2.04±0.28.经验公式f(RH)=1+a(RH/100)b能够较好地拟合3种类型的气溶胶散射吸湿增长因子,海洋型、海洋城市混合型、城市型气溶胶的散射吸湿增长因子的拟合经验参数a分别为4.92、3.26、2.06,经验参数b分别为5.04、3.85、3.60.     

北京及周边地区大气边界层中花粉气溶胶的观测

利用改制的花粉采样仪,分别在北京,兴隆,香河3个不同的地点,对华北本底大气,大都市及其周围近郊城镇的近地面边界层大气中花粉气溶胶浓度的日变化和季节变化进行了近2年的连续观测.结果表明,花粉气溶胶浓度的日变化和季节变化显著,季节变化模式为:春季>秋季>夏季>冬季;统计分析显示花粉浓度与气象因子间具有显著的相关性,其与大气的相对湿度显著负相关(r=-0.227,P=0.012),与风速呈极显著正相关(r=0.288,P=0.001).花粉季节中,大气中花粉气溶胶的清除与风速和风向的变化也有明显的相关性.     

沈阳大气气溶胶中水溶性无机离子的观测研究

为了解沈阳大气气溶胶中水溶性无机离子浓度水平和季节变化,探究污染期与清洁期气溶胶特性的差异,本研究采集了2012年6月至2013年5月沈阳大气气溶胶分级样品,测定了其中水溶性无机离子浓度.结果表明,沈阳细粒子和粗粒子中水溶性无机离子的浓度总和分别为22.30μg·m~(-3)和14.29μg·m~(-3),其中含量最高的离子分别是SO~(2-)_4和Ca~(2+).细粒子中NH~+_4主要以(NH_4)_2SO_4和NH_4NO_3的形式存在,SO~(2-)_4/NO~-_3质量比为2.28.细粒子中水溶性无机离子的浓度总和(total water soluble inorganic ions,TWSI)季节变化明显,冬春季浓度高,夏秋季浓度低,化石燃料燃烧是细粒子中二次离子冬季出现高值的主要原因;粗粒子中TWSI季节变化不明显,秋季略高,冬季略低,风沙扬尘使秋季粗粒子中的Ca~(2+)出现了显著高值.SO~(2-)_4、NO~-_3、NH~+_4这3种离子浓度总和在冬季清洁期细粒子中比例为80%,污染期则上升为94%;清洁期的离子在细粒径段的峰值主要出现在0.43~0.65μm粒径处,而污染期的离子在细粒径段的峰值主要出现在0.43~2.1μm处,污染期SO~(2-)_4、NO~-_3、NH~+_4这3种离子在细粒径段的峰值由0.43~0.65μm处转移至1.1~2.1μm处,出现了由凝结模态向液滴模态转移的现象;清洁期气团主要生成在贝加尔湖附近,经高空远距离传输至采样点;而污染期气团主要生成并经过我国东北工业区,经低空短距离输送至采样点.