北京春季大气气溶胶光学特性研究

为了解北京春季气溶胶光学特性,利用AERONET Level 2.0数据资料研究了2010～2014年北京市春季大气气溶胶光学参数,以晴空作为背景,比较分析了春季及沙尘期间大气气溶胶光学性质的差异.研究发现,北京春季与沙尘期间粗粒子消光占总消光的28%和59%,沙尘期间粒子吸收仅占消光的11.4%,说明沙尘天气发生时以粗粒子消光为主且吸收作用弱.沙尘天气溶胶光学厚度呈现出高值,其值为春季平均值的1.7倍.Angstrom波长指数在沙尘期间远小于非沙尘期间,且有85%小于0.6.北京春季体积尺度谱以粗模态峰为主,其中沙尘天粗模态的体积浓度为0.81μm³/μm²明显大于春季的值(0.25μm³/μm²).沙尘期间单次散射反照率随波长增加递增,在波长440~1020nm间的平均值大于春季均值.复折射指数实部在沙尘过程的平均值达到1.51(440nm),春季均值为1.48(440nm),表明沙尘气溶胶的散射能力更强;复折射指数虚部随波长增大呈减小趋势,且春季平均值大于沙尘期间的值.沙尘期间辐射强迫大于春季值,并远高于春季晴空条件下均值.     

北京雾霾天气期间气溶胶光学特性

为了解北京地区雾霾天气条件下大气气溶胶的光学特性,利用2002～2008年AERONET资料分析了雾霾天气期间气溶胶光学厚度、Angstrom波长指数、粒子尺度谱分布和单次散射反照率等气溶胶光学特性参数.结果表明,北京地区雾霾天气期间气溶胶光学厚度表现出较高值,且随波长增大而减小,440 nm时平均气溶胶光学厚度达到1.34.Angstrom波长指数在雾霾天气时也表现出较高值,平均值达到1.11;其中高于0.9的波长指数出现频率达到94%,说明北京雾霾天气期间气溶胶粒子主要以细粒子为主.气溶胶体积尺度谱分布表现出双峰型结构,细模态的平均峰值半径随光学厚度增大而增大,而粗模态的平均峰值半径却随光学厚度增大表现出减小趋势;气溶胶粒子尺度谱中的主模态峰与光学厚度有关.雾霾天气期间平均单次散射反照率达到0.89,且随光学厚度增大表现出依次增大趋势,但对波长变化表现不敏感.     

寿县地区气溶胶光学特性研究

利用2014年9月-2015年8月寿县综合观测数据分析了该地区气溶胶光学特性的变化特征以及重污染过程中气溶胶光学参数的变化。(1)统计分析表明PM_(2.5)年平均质量浓度及525 nm波段散射系数、后向散射比、吸收系数、单次散射反照率分别为71.6μg/m~3、399.9 Mm~(-1)、0.15、31.6 Mm~(-1)和0.92;而最大频率分别出现在35~75μg/m~3、100~200 Mm~(-1)、10~20 Mm~(-1)、0.12~0.13和0.9~0.96。其中PM_(2.5)质量浓度、散射系数、吸收系数秋冬季节较高,夏季最低且双峰结构的日变化特征明显;后向散射比和单次散射反照率在秋季均较其它季节小,但后向散射比白天大、夜晚小而单次散射反照率在早晚交通高峰期间明显减小。(2)气团后向轨迹聚类分析表明来自人为活动频繁区域的颗粒物后向散射比较大,来自西北地区的颗粒物后向散射比较小;而来自海洋和局地的颗粒物单次散射反照率较大。(3)重污染个例分析表明秸秆焚烧使PM_(2.5)质量浓度、散射系数、吸收系数增大,但伴随的吸湿增长和化学反应过程使得单次散射反照率、后向散射比增大。     

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.     

石家庄一次沙尘气溶胶污染过程及光学特性

为掌握沙尘气溶胶远距离输送特征及其规律,对2015年4月15日影响石家庄空气质量的沙尘天气背景、污染特征进行了分析,利用HYSPLIT-4模式分析了沙尘气溶胶的后向轨迹,并利用微脉冲激光雷达和太阳光度计CE318监测资料分析了沙尘气溶胶的垂直分布和光学特性演变,与大风无沙尘沉降另一过程进行了对比,探讨了沙尘沉降对消光系数的影响,估算了沙尘沉降对地面PM₁₀浓度的贡献.结果表明:来自蒙古国的沙尘气溶胶以西北路径远距离输送沉降是导致石家庄PM₁₀浓度骤升的主要因素;沙尘沉降对消光系数和地面PM₁₀浓度具有重要贡献;气溶胶快速沉降时间与冷锋过境、冷空气下沉相一致;微脉冲激光雷达监测到整个沙尘气溶胶输送沉降过程,沉降之前沙尘气溶胶主要分布在1500~3000m高空,气溶胶消光系数随高度上升而增大,输送飘浮空中到沉降持续时间较长,为沙尘污染预警提供了\"强信号\"特征;气溶胶光学厚度随沙尘到达明显上升,浑浊度较高,粒径偏大,地面能见度随气溶胶光学厚度呈幂指数递减.     

气溶胶光学特性及其影响因素研究进展

气溶胶作为大气的重要组成成分之一,通过直接吸收和散射太阳辐射影响太阳辐射传输和地气系统的辐射收支平衡;又可以作为云、冰凝结核影响云的微物理特性,间接地影响对太阳辐射的吸收和散射。这一过程对能见度变化、空气质量状况及气候变化有着重要作用。综合以往研究,文章详细阐述气溶胶光学特性和气溶胶化学组分、混合态及吸湿性对光学特性的影响因素,为气溶胶光学特性的后续研究提供参考。     

艾比湖地区气溶胶光学特性分析

精河县气溶胶光学特性的定量评估是理解艾比湖盐尘传输过程的关键.本文利用2019年精河县CE-318太阳光度计站点观测资料,分析了气溶胶光学厚度(AOD)和Angstr?m波长指数(α)的变化特征.结果表明AOD日变化呈单峰曲线,与α呈反向变化特征;气溶胶粒子浓度和主控模态具有明显的季节性差异,与夏、秋季相比,春季AOD较高且变化幅度剧烈,粗粒子气溶胶占主控地位,粒子粒径和变化幅度较大; AOD和α呈负相关关系,从春季到秋季,气溶胶逐渐从粗模态向细模态过渡;与夏季相比,春季局地气溶胶对风速、风向和相对湿度的变化较为敏感;温度不是导致局地气溶胶变化的内在因素,但与气溶胶粒子扩散能力成正比;非采暖期,精河县AOD高值主要受粗粒子为主的沙尘气溶胶的影响,小颗粒的气溶胶的增加以及气溶胶吸湿增长都不是造成该地区AOD增加的主要原因.     

云贵高原昆明站点不同气溶胶污染个例下气溶胶特征对比研究

利用地基CE-318太阳光度计反演数据、中分辨率成像光谱仪（Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS）、云-气溶胶激光雷达、红外路径探测卫星（Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation,CALIPSO）遥感产品及拉格朗日混合单粒子轨迹模型（Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model,HYSPLIT）,研究了中国西南云贵高原昆明站点混合型气溶胶日（2012年3月31日）、生物质燃烧气溶胶日（2012年4月4日）、城市工业气溶胶污染日（2013年8月15日）中气溶胶光学特性、辐射特性的差异及气溶胶三维分布和可能来源.结果表明,相比于其它两种类型气溶胶污染日,生物质燃烧气溶胶污染日气溶胶光学厚度（AOD）最高,达到1.18;吸收波长指数（AAE）值最大,为1.61;消光波长指数（EAE）值最大,为1.55,细模态气溶胶粒子占比更多,细模态体积浓度峰值达到0.15 μm³·μm^-2;生物质燃烧气溶胶污染日气溶胶直接辐射强迫（ARF）绝对值均为3个污染日中最高（地表ARF为-149 W·m^-2,大气顶ARF为-40 W·m^-2,大气ARF为109 W·m^-2）,气溶胶对地表的降温效应达到最大,对大气的加热作用最明显.气溶胶直接辐射强迫效率（ARFE）结果显示,生物质燃烧气溶胶相比于城市工业气溶胶对大气顶的降温作用较小,对大气的加热作用更强.气溶胶混合污染日后向轨迹来源于当日有大量生物质燃烧的中南半岛区域和以城市工业气溶胶为主的中国华南及四川盆地区域,生物质燃烧污染日气流则来自中南半岛地区,上述地区同时也为MODIS AOD高值区;城市工业污染日的气流来自位于昆明局地和四川盆地的AOD高值区.气溶胶混合污染日昆明站点附近气溶胶主要位于海拔2300 m（来源于东北部的城市工业气溶胶）和4600 m（来自缅甸的生物质燃烧气溶胶）高度处;生物质燃烧污染日气溶胶浓度随高度增加而降低,3000、3500、4100 m 3个主要峰值高度处的气溶胶都来至于缅甸地区;城市工业气溶胶污染日峰值高度处气溶胶主要来自局地东北部区域,且气溶胶浓度随高度增加先增加后减小.     

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.     

南京一次典型雾霾天气气溶胶光学特性

利用太阳光度计测得的直射太阳辐射和天空扫描数据,对南京北郊2010年冬季一次雾霾天气过程中气溶胶的光学特性进行了反演研究.研究表明,雾霾影响期间气溶胶光学厚度(AOD)明显增加,在1020,870,675,440nm四个波段上,雾霾前AOD为0.16~0.43,雾霾影响期间为0.31~0.84,雾霾后为0.19~0.48;本次雾霾天气的局地气溶胶散射能力增强,单次散射反照率(SSA)由发生前的0.8~0.86增大到发生时的0.89~0.91,而复折射指数的虚部降低,气溶胶的吸收能力明显减弱;雾霾过程伴随了大尺度气溶胶的导入,同时也有人为排放的贡献.其中雾霾影响期间粗粒子模态的体积浓度是发生前的2.5倍,细粒子浓度也比发生前增长了90%.     

东南亚生物质燃烧输送影响我国西南气溶胶辐射特性研究

利用2013年地基CE-318太阳光度计观测数据,结合中分辨率成像光谱仪(MODIS)遥感产品和HYSPLIT后向轨迹分析,研究了一次东南亚生物质燃烧污染长距离输送至中国西南昆明站点过程(2013年4月5～8日)中,气溶胶光学特性和辐射特性的变化及其可能来源.结果表明,此次污染过程期间,我国西南地区生物质燃烧活动较少,...     

南京地区典型霾天气个例特征的比较分析

利用2011年南京大学城市大气环境观测站气象因子及污染物浓度资料、58238站点气象探空资料及NCEP再分析资料、CALIPSO卫星资料,比较分析了南京地区4类典型霾天气(烟花爆竹、沙尘、秸秆燃烧及不利气象条件污染)的污染特征.结果表明:烟花爆竹个例污染物排放集中,以细颗粒物为主,除夕和初五的PM2.5小时浓度分别达到0.46 mg·m-3和0.34 mg·m-3,受逆温层影响,能见度持续降低,最低达到1.16 km;受北方沙尘暴南下影响,沙尘个例以粗颗粒为主要污染物,PM10小时最高浓度为0.78 mg·m-3,PM2.5/PM10平均值为0.39,粒子形状不规则,体积偏退比为0.17;秸秆燃烧个例为重霾污染,能见度最低值为0.97 km,后向散射系数为0.0039 km-1·sr-1,PM10和PM2.5最高小时浓度达到0.80 mg·m-3和0.49 mg·m-3,颗粒物主要来自南京东南地区秸秆的集中燃烧;不利气象条件导致的污染过程在冬季比较常见,下沉气流活跃,出现双层逆温,近地面静小风造成污染物积累,PM2.5与能见度的相关系数达到0.86,细颗粒物为主要污染物.可见,南京市霾天气可分为两类,分别是由不利气象条件导致的累积性污染和由高强度排放源造成的暴发性污染,具有不同的气象和污染特征.     

2009年春季成都城区碳气溶胶污染特征及其来源初探

于2009年4月19日至5月17日在成都城区每天采集PM2.5样品,然后对样品进行8种碳组分、水溶性有机碳、左旋葡聚糖及水溶性离子分析,初步探讨了碳气溶胶的来源.结果发现:成都春季PM2.5日均值质量浓度为(133.2±55.5)μg·m-3,TC、OC、EC和WSOC质量浓度分别为(26.4±7.2),(20.7±6.0),(5.7±1.8)和(10.4±3.4) μg·m-3,左旋葡聚糖质量浓度为(396.5±405.3) ng·m-3,最大值达到1820.9 ng·m-3.因子分析结果表明OC2、OC3、OC4和WSOC主要来源于生物质燃烧排放,EC1主要来源于燃煤排放,EC2、EC3主要来源于机动车排放.利用中国地区生物质燃烧源成分谱LC/OC比值计算得到生物质燃烧对OC和TC平均贡献率分别为46.0%和36.6%.     

春节期间南京市大气气溶胶粒径分布特征

为研究春节期间燃放烟花爆竹对城市大气气溶胶数浓度粒径谱分布的影响,对2012年1月19~31日南京大气气溶胶数浓度、污染气体浓度和质量浓度进行了观测分析.结果表明,烟花爆竹的燃放期间10~20 nm气溶胶浓度远低于非燃放期,50~100、100~200和200~500 nm数浓度有较大增加,20~50 nm和0.5~10μm气溶胶数浓度变化不大.烟花爆竹的燃放对气溶胶数浓度谱影响较大,非燃放期数浓度谱为双峰型分布;在燃放期数浓度谱为单峰性分布,且峰值向大粒径段偏移.烟花爆竹燃放期间质量浓度谱为双峰型分布,对细粒子的质量浓度影响较大,燃放期间PM2.5/PM10和PM1.0/PM10的值可升高10%.烟花爆竹的大量燃放对1.0~2.1μm粒径段气溶胶密度影响最大,对其他粒径段密度影响较小.     

亚洲大陆2000～2002年春季大气沙尘时空特征的数值模拟

将矿物沙尘释放与沉降模式和全球大气化学传输模式相耦合,建立了一个能够完整描述沙尘的扬起、输送和沉降动态过程的模式系统,并利用实时气象资料强迫该模式,对2000、2001和2002年春季(3～5月)亚洲大气沙尘时空特征进行了数值模拟研究.结果表明,模拟的3年春季平均大气柱沙尘浓度分布与地面观测的3年春季平均沙尘暴频率分布范围基本吻合,模拟的沙尘气溶胶光学厚度与卫星观测的气溶胶指数具有显著的相关性,验证了该模式对亚洲沙尘的扬起、传输和沉降过程及大气沙尘载荷时空特征有较好的模拟能力,并基于模拟的沙尘释放通量与沙尘气溶胶光学厚度的相关分析,探讨了亚洲沙尘可能的传输路径.     

珠江三角洲秋季生物质燃烧对有机气溶胶的贡献

本研究基于2018年和2019年秋季在珠江三角洲地区的两次外场观测,应用热脱附-化学电离飞行时间质谱(FIGAERO-ToF-CIMS)获取了高时间分辨率(每小时)的生物质燃烧示踪物左旋葡聚糖的浓度数据,并估算出生物质燃烧对有机气溶胶(OA)的贡献值.结果表明,秋季珠江三角洲地区城市站点和区域站点的左旋葡聚糖平均浓度分别为(0.07±0.08)和(0.14±0.12)μg/m³,呈现区域站点高于城市站点的空间分布特征以及早晨和夜间出现峰值的日变化特征.观察到两个站点的左旋葡聚糖与CO和乙腈之间相关性较低,但与OA之间呈现显著正相关关系.进一步基于受体示踪物法估算出生物质燃烧对OA的平均贡献分别为7.4%(城市站点)和11.4%(区域站点),且两个站点均显示出生物质燃烧对OA的贡献在夜间明显高于白天.     

生物质燃烧源类腐殖质的臭氧老化特征

针对生物质燃烧排放类腐殖质（BC-HULIS）的臭氧（O₃）氧化开展模拟研究,利用总有机碳分析仪（TOC）、紫外-可见吸收光谱（UV-vis）、荧光激发发射矩阵光谱结合平行因子分析（EEM-PARAFAC）以及傅里叶变换红外光谱（FTIR）表征老化前后HULIS的光学性质和化学结构变化.研究表明,经臭氧氧化后BC-HULIS占相应的水溶性有机碳（WSOC）的比例降低,表明部分HULIS发生降解生成水溶性小分子化合物.此外经O₃老化后,HULIS的质量吸收指数（MAE₃₆₅）和芳香性指数（SUVA₂₅₄）分别从1.8~2.7和4.2~5.0m²/gC下降到1.1~1.3和3.7~4.1m²/gC,表明老化后HULIS的吸光能力和芳香度均呈现降低.EEM-PARAFAC解析结果显示,BB-HULIS中荧光发色团主要由类蛋白荧光组分（C2）和类腐殖质荧光组分（C1、C3、C4）组成.O₃老化后,BB-HULIS的总荧光强度显著降低,两种性质的荧光组分相对含量和荧光参数发生显著变化,如老化后HULIS中类腐殖质荧光组分的相对含量和腐质化指数（HIX）均显著高于老化前样品,表明老化过程发生类蛋白的降解和类腐殖质的聚合.另外,FTIR分析结果显示O₃老化后含氧官能团含量显著增强,表明了O₃老化对HULIS官能团的影响.     

华北平原夏收期间气溶胶卫星遥感探测分析

为研究2014年华北平原在夏收期间气溶胶污染的时空分布特征及形成原因,对2014年6月MODIS卫星的华北平原的气溶胶光学厚度（AOD）、细粒子比（FMF）、火点分布及后向轨迹进行了分析.结果表明,2014年6月华北平原的气溶胶光学厚度值在1.2～2.0之间,远高于年平均值1.0～1.2,而6月的火点分布主要集中在6-14日,此阶段的气溶胶光学厚度值高于6月6日前及14日以后的气溶胶光学厚度值.在两个特定研究区——华北南部及长三角地区,通过对6月的3个阶段的细粒子比进行分析,发现火点集中阶段细粒子排放增多,确定此次污染极有可能是由秸秆燃烧造成.在火点集中时期,两个研究区的后向轨迹说明,污染主要来自火点分布密集区域,进一步确定了秸秆燃烧是华北平原在夏收期间的主要污染源之一.