烟炱气溶胶的光学辐射特性研究

烟炱气溶胶是大气气溶胶的重要组成部分,它能直接或间接地影响地-气辐射平衡,进而对全球气候产生重大影响.目前,关于烟炱气溶胶光学性质的研究已经成为气溶胶科学中的前沿和热点课题,对其进行系统的实验室研究可以为更好地分析和认识外场观测结果提供基础,并为数值模式模拟研究提供准确的基本参数.本文简要介绍了烟炱气溶胶的来源和分类,...     

基于MODIS C6产品研究湖北省气溶胶光学特性的时空分布

气溶胶存在巨大时空变化特征,对其辐射效应的评估仍存在很大的不确定性,有效的评估很大程度地依赖于气溶胶光学特性。华中地区气溶胶水平长期以来居高不下,然而对这一区域的气溶胶光学特性研究存在很大的缺口。利用MODIS C6数据集的气溶胶产品(MYD04_L2)对湖北省2002—2016年气溶胶光学特性的时空变化情况进行分析,并提取武汉周边地区气溶胶光学参数及大气柱气溶胶质量浓度,对其时间变化特征进行分析。结果表明,整个湖北省气溶胶光学厚度(AOD)、细粒子比(FMF)、气溶胶柱质量浓度(AMC)均呈现显著的高低值分界线,与湖北东西部的地势和人口密集程度差异有关。其中,AOD与AMC高低值的范围相似,而FMF的高、低值区与AOD、AMC分布相反。AOD季节上呈现春夏高、秋冬低的态势;然而,夏季AMC值最小,这表明夏季AOD高值是由气溶胶吸湿性增长作用增强引起的。受局地扬沙和远距离沙尘输送影响,春季鄂中南部存在远高于其他三季的大范围AOD和AMC高值区。FMF高值出现在夏秋两季,与二次气溶胶增长有关;最低值出现在冬季,武汉及荆州周边地区FMF值最低,受人为排放的粗模态粒子增加和偶发性沙尘天气共同作用。武汉地区气溶胶光学厚度和柱质量浓度呈逐年下降趋势,其中AOD在2008年以前逐年上升,而在2010年以后以每年0.05的幅度下降;FMF和AOD月平均最大值均出现在2010年6月。     

基于飞机观测不同天气条件下北京地区黑碳气溶胶的垂直分布及其混合态特性

利用机载单颗粒黑碳光度计(SP2)针对北京地区不同天气条件下黑碳(BC,black carbon)气溶胶的垂直分布特征进行了10次的飞机探测研究.结果 显示,在霾和非霾条件下BC气溶胶的浓度都是随着高度升高而减小,而且浓度变化在1500 m高度存在明显的分界线.在1500 m以下,BC气溶胶浓度变化梯度均较大,霾条件下...     

2009—2011年北京地区大气气溶胶光学特性季节变化规律研究

利用AERONET北京站2009—2011年气溶胶地基反演资料,分析了该地区气溶胶光学特性的季节变化特征.结果表明,不同季节大气气溶胶光学厚度(AOT)、Angstrom波长指数(α)具有不同的日变化规律,AOT的变化受当地气溶胶人为排放、大气稳定度条件、大气辐射等因素的影响较大,因太阳辐射的影响,α在午后存在高值或有略微增加的趋势.AOT具有明显的季节变化特征,主要表现为春、夏季大,秋、冬季小,与北京地区温带季风气候特点有关.AOT年均值为0.63.α在四季中均表现为单峰型结构,春季受沙尘粒子不连续性导入的影响,α概率分布最宽,值最小,标准差最大,α0.5的概率超过10%,粗粒子在四季中占比最多.夏、秋两个季节α均值1.1,属于典型的城市-工业气溶胶粒子.4个季节α值均大于0.9,年均值为1.07,表明北京地区以气溶胶细粒子为主.水汽柱含量具有明显的季节变化,与降水量具有相同的变化规律,夏季最多达2.33 cm,冬季最少仅有0.3 cm,春、秋季次之.     

南京北郊秋冬季气溶胶散射特性研究

气溶胶散射特性对了解气溶胶的辐射效应具有重要意义。为进一步了解南京北郊秋冬季气溶胶散射特性,利用积分浊度仪观测了2015年和2016年秋冬季大气气溶胶散射系数,对比分析了秋冬季气溶胶散射系数的变化特征,并对散射特性相关参数Angstrom波长指数、后向散射比和不对称因子进行了讨论。结果表明,2015年1月平均气溶胶散射系数达到(359.52±254.24) Mm~(-1),是2016年秋冬季平均散射系数(98.95±36.13) Mm~(-1)的3.6倍,最高日平均散射系数可达877.6 Mm~(-1)。2015年冬季气溶胶散射系数频率分布范围较广(52-1 363 Mm~(-1)),而2016年秋冬季气溶胶散射系数主要集中在160 Mm~(-1)以下的低值区。气溶胶散射系数日变化在2015年冬季呈"三峰型"分布;而在2016年秋冬季呈"双峰型"分布。南京北郊2015年1月、2016年秋季和冬季气溶胶Angstrom波长指数平均值分别为1.08、1.3和1.2,由此可知2016年秋冬季的气溶胶粒子以细粒子为主控粒子,而2015年冬季颗粒物粒径相对较大。2015年1月气溶胶粒子的后向散射比(0.097±0.006)低于2016年秋冬季的值(0.123±0.009),表明2015年冬季气溶胶中含有一定比例粒径较粗的粗颗粒物(粒径1.5μm),而2016年秋冬季气溶胶粒子以粒径小于1.5μm的细粒子为主。其中2015年1月不对称因子高于0.67的样本约占总样本量的70%;而2016年秋冬季不对称因子主要集中在0.55-0.65之间,说明2015年冬季气溶胶粒子的粒径相对较大,且气溶胶粒子的散射以前向散射为主。     

基于遥感的秸秆焚烧对江苏省气溶胶光学厚度时空分布的影响研究

为了解秸秆焚烧对大气气溶胶光学厚度(AOD)时空分布的影响,利用江苏省2010—2015年卫星监测数据和气象观测数据,计算了5—7月份江苏省的AOD信息,采用基于上下文的增强的火点遥感识别方法提取了6月江苏省的火点信息,分析了AOD与火点的时空变化特征,以期为开展大气环境监测与评价提供依据,为政府秸秆焚烧防控决策提供参考。结果表明:江苏省秸秆焚烧火点主要集中于6月,2010—2013年6月秸秆焚烧火点较多,2014年和2015年的火点数明显减少,且火点主要集中于长江以北地区,而长江以南地区较少;在没有秸秆焚烧的情况下(以5月和7月作为对照),江苏省AOD的空间分布表现为苏南最高,苏中其次,苏北最低;而受秸秆焚烧影响的6月,全省平均AOD值均大于5月和7月,其中江苏西部、苏北、苏南大部分地区AOD值明显增大,AOD高值区跟秸秆焚烧火点高发区分布总体一致;秸秆焚烧对苏南、苏中和苏北的AOD值影响存在一定差异,针对5—6月AOD进行差值计算,发现苏北AOD平均差值为0.19,苏南为0.22,苏中最小,仅为0.11,且苏中部分地区的AOD差值与火点的分布并非完全一致,这是由于6月苏中地区以东到东南风为主,且苏中平原秸秆焚烧排放的污染物更易扩散,导致秸秆焚烧对苏中地区AOD值的影响程度小于苏南和苏北,与火点的分布并不完全一致。可见,秸秆焚烧可对江苏省AOD的时空变化产生较明显的影响。     

利用单颗粒气溶胶质谱仪(SPAMS)研究太原市冬季一次雾霾天气的污染特征及成因

2017年11月5日至6日太原市发生了一次重度污染天气,利用单颗粒气溶胶质谱仪(SPAMS)分析了细颗粒物的化学组成,根据太原市细颗粒源谱库对主要成分进行了来源解析,并结合激光雷达和气象条件研究了雾霾天气成因.结果表明,雾霾天时颗粒物主要包括如下9类:有机碳颗粒(OC)、元素碳颗粒(EC)、元素-有机碳混合颗粒(ECOC)、高分子有机碳(HOC)颗粒、富钾颗粒(K-rich)、富钠颗粒(Na-rich)、左旋葡聚糖颗粒、矿物质颗粒及重金属颗粒,9类颗粒中普遍存在的二次成分表明它们都经历了一定程度的老化过程.含碳颗粒物(OC、EC)与二次颗粒物(SO2-4、NO-3、NH+4)的相关性在干净天时高于雾霾天,二次颗粒物的相关性在两种天气状况下都较高.污染物来源解析结果表明,此次重污染过程主要是由机动车尾气和燃煤引起的.激光雷达及气象数据分析表明,此次污染过程是由外来污染物传输以及风速低、湿度高、大气边界层高度降低等不利的气象条件共同作用造成的.     

张家口市一次沙尘天气气溶胶单颗粒理化特征和来源研究

为了从单颗粒角度了解沙尘天气颗粒物特征和来源,利用单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪(SPAMS)对张家口市2016年春季一次沙尘天气期间的气溶胶颗粒进行了化学组分、粒径分布和来源的分析。根据颗粒的质谱图特征,将其分为沙尘(Dust)和非沙尘(Non-dust)颗粒两大类,两者占比分别为12.9%和87.1%。Dust颗粒粒径主要分布在0.5~1.1μm,包含沙尘-铝(Dust-Al)、沙尘-硅(Dust-Si)、沙尘-金属(Dust-metal)、沙尘-钙(Dust-Ca)颗粒4个主要子类别,比例均超过20%,表现出明显的矿尘颗粒特征。非沙尘类颗粒分布在0.4~0.8μm粒径段,包含4个子类别:含碳(Carbonaceous)、富钾(K-rich)、工业金属(Industrial Metal)和其他颗粒(Other)。结合后向轨迹分析,沙尘颗粒可能主要来自新疆、蒙古、内蒙古等地区的沙尘源,少部分来自当地、山西等地的矿尘源、工业源;非沙尘颗粒可能主要来自当地及周边地区工业排放和燃煤;Dust颗粒的NO_3~-/HSO_4~-(颗粒数)比值为1.31,颗粒老化程度较高。含Cl的Dust颗粒物占比为32%,说明颗粒中混有人为组分。研究结果表明SPAMS可用于沙尘天气颗粒物理化特征和来源的在线分析,可为沙尘防治提供参考信息。     

广州市冬季灰霾天气过程消光特性研究

为了解广州地区灰霾天气成因,以及为改善大气能见度提供基础数据和科技支撑,基于广州大气超级站,对广州冬季两次灰霾天气过程(2013年12月1—4日,5—8日)细颗粒物中水溶性离子、有机碳及元素碳进行在线观测,通过IMPROVE核算方程研究了灰霾天气过程的消光特性。结果表明:广州冬季大气消光系数均值为(505.55±241.05)Mm-1,主要消光物质为OM、(NH_4)_2SO_4、EC和NH_4NO_3,分别占总消光的43.84%、24.1%、13.17%和8.4%,OM消光贡献超过了(NH_4)_2SO_4成为广州首要的消光物质。观测期间,OM、EC消光变化趋势一致,说明OM和EC具有共源性,主要来自机动车排放。第一次污染过程NH_4NO_3消光贡献明显增大,与静稳天气,局地机动车排放有关。第二次污染过程(NH_4)_2SO_4的消光贡献较为显著,结合气溶胶激光雷达和HYSPLIT后向轨迹模型分析判断可能与区域污染输送有关。     

灰霾天气下重庆地区秋冬金属污染特征及来源分析

研究重庆地区大气颗粒物中金属元素的浓度水平、分布特征及来源,对认识重庆区域和城市大气污染状况和控制颗粒物的污染具有重要意义。该研究于2013年9月至2014年2月期间,利用美国Xact-625环境空气多金属在线监测仪对重庆大气中PM_(2.5)的23种金属元素进行了连续采样,对比分析了霾日与非霾日金属元素的污染特征。结果表明,雾霾天气下PM_(2.5)和其中的18种金属元素浓度较正常天气均有升高,其中K、Fe、Ca、Zn、Pb、Mn、Ba、As为PM_(2.5)中的主要无机污染物。重庆市灰霾期间秋、冬季主要金属浓度分别是非灰霾期的1.5~2.2和1.1~1.7倍。各金属元素浓度的逐时变化规律总体上呈现出"单峰"和"双峰"分布,秋、冬季霾日和非霾日的逐日变化规律大体一致,秋季Ca、Mn、As质量浓度高于冬季,可能受人为影响影响较大。因子分析结果表明,重庆市霾日PM_(2.5)中金属主要来源于土壤风沙、施工和道路扬尘,冶金化工,汽车尾气,燃煤燃油。其中Pb、Zn、As、Ba等富集因子较大,大部分来自人为排放。为研究空气污染物的区域尺度输送,该研究利用后向轨迹模型对秋、冬季两个典型污染时期的后向轨迹进行模拟,结果显示,由于污染气团的外来输送,本地燃煤燃烧、冶金化工等污染源贡献可能是以上区域及传输通道口和重庆本地源综合作用的结果。     

扫描电镜和X射线能谱法研究沈阳地区气溶胶颗粒的特性

本文提供了一种以玻璃态石墨为衬底,静电采样器采样,对气溶胶颗粒直接进行扫描电镜观察和X射线能谱分析的方法。通过对沈阳地区收集的大量气溶胶颗粒的观察和分析,发现亚微米颗粒近似球状,以硫氧化物为主要成份,含少量二氧化硅,可认为是二氧化硫的转化产物在细微的二氧化硅或硅酸盐上凝聚而成;微米颗粒呈不规则形状,以硅酸盐为基本成份,吸附少量二氧化硫的转化物,并普遍含铝、铁、镁、钙等地壳元素,其来源为风化的岩石粉尘。其它人为产生的污染元素主要存在于微米颗粒中。     

基于MODIS数据的长三角地区气溶胶直接辐射效应研究

以长三角地区为研究区,基于MODIS卫星遥感数据和6S大气辐射传输模型,模拟计算长三角地区地表和大气层顶的气溶胶直接辐射效应(aerosol direct radiation effect,ADRE),并利用南京信息工程大学北辰楼站点CE-318实测数据进行精度验证,在此基础上分析长三角地区气溶胶直接辐射效应的时空分布特征。结果表明,利用MODIS数据反演的地表ADRE、大气层顶ADRE与实测值的拟合精度R2分别为0.92和0.95。在空间上,地表与大气层顶直接辐射效应值的分布区域与变化趋势在整体上趋于一致,其绝对值均呈现北高南低的态势,地表ADRE为-31.60~-20.54 W·m-2、大气层顶ADRE为-3.48~-2.61 W·m-2之间的ADRE绝对值高值区主要集中在北部,尤其在江苏南部的苏州、无锡和常州地区,气溶胶辐射效应显著增大;在时间上,ADRE绝对值的年变化呈波动下降趋势,地表和大气层顶ADRE均值分别在-21.78~-5.94和-2.45~-0.73 W·m-2之间。其中江苏、上海地区气溶胶辐射效应的季节性变化明显,浙江地区辐射效应的季节性差异较小,地表ADRE变化范围大多分布在-10~0 W·m-2区间,大气层顶ADRE变化范围大多分布在-1~0 W·m-2区间。     

南京城市土壤的特性与重金属污染的研究

研究了南京市城市土壤母质组成、剖面结构、pH值、土壤质地、土壤有机质、重金属元素全量及其不同形态含量等理化性质和分布规律。结果表明，城市土壤母质来源复杂，剖面层次混乱，土壤反应石灰性、粗粒化、有机质含量升高和表聚现象较明显。城市土壤重金属污染较为严重。不同功能区的污染元素和污染程度有显著差异。综合污染程度以老工业区含量最高。依次为老居民区、商业区、风景区、城市广场、开发区。但各功能区土壤重金属的形态分异不明显。城市土壤的随机空间变异十分突出，无论是土壤性质还是重金属污染积累都如此。城市中可能存在一些高度污染的岛状区域，这在城市环境质量上必须予以密切关注。     

河流泥沙对污染河水中污染物的吸附特性研究

泥沙是河流水体的重要组成部分,在迁移过程中吸附一定的氮、磷进入底层或下游,从而改变水中污染物的分布。通过模拟试验,选择粒径76μm以下泥沙研究不同泥沙含量、不同污染程度等条件下,河流泥沙对污染河水中氮、磷等污染物的吸附特性。结果表明:河流泥沙对污染河水的氮、磷及高锰酸盐指数均有一定的吸附效果,特别是对氮、磷的等温吸附比较明显;与对照相比,含泥沙的试验组水体磷质量浓度最大降低值达0.53mg·L-1;水体溶解性总氮随时间延长,含量逐渐下降。污染物含量、泥沙含量、粒径等均会影响泥沙对污染物的吸附,污染物含量越高、泥沙含量越大、粒径越小吸附效果相对越好。泥沙吸附和富集污染物后沉降进入水体底层,离开水相,因而可以降低水中污染物含量,达到净化水质的作用。     

基于重金属污染的耕地生态承载力改进模型研究

将耕地重金属污染引入耕地生态足迹研究中,对传统耕地生态承载力模型进行了改进,并以江苏省为例进行实证研究.结果表明,运用改进的生态承载力模型计算所得2005年江苏省人均耕地生态承载力为0.127 hm2,比传统模型计算结果0.134 hm2小;人均耕地生态赤字为0.067 hm2,比传统模型计算结果0.060 hm2大;耕地生态可持续指数为0.39,比传统模型计算结果0.41小,但2种模型计算方式下耕地利用均属于弱不可持续状态.与传统模型计算结果相比,改进模型所得结果能够反映江苏省耕地利用的实际情况,以及重金属污染对江苏耕地可持续利用所产生的负面影响.     

低温下曝气生物滤池预处理污染河水的试验研究

采用两段曝气生物滤床串联工艺预处理入滇新运粮河河水,研究了其在冬天低温条件下对有机物和氨氮的去除效果,并考察了pH值的变化。结果表明,在进水流量为2.4 m3.d-1、水温为13-16℃、原水ρ（CODCr）为66.46-107.82 mg·L-1、ρ（氨氮）为22.15-30.68 mg·L-1的水质特征条件下,系统对CODCr和氨氮的去除率分别为36.08%-50.37%和76.98%-93.56%。其中,碳氧化段以去除有机物为主,硝化段以去除氨氮为主;系统中硝酸氮质量浓度明显升高,无亚硝氮的积累;装置对总氮的平均去除率为19.56%,可以认为总氮的去除是同步硝化反硝化的结果。系统中pH值有所变化但维持在7-8之间,其中碳氧化段pH值升高,硝化段pH值下降。系统对有机物和氨氮良好的去除效果为后续进一步的生物处理提供了条件。     

复合污染状态下尾矿区有害化学品的迁移研究

用混合尾矿浆及尾矿渣淋溶柱,研究选矿药剂在尾矿渣及尾矿废水中的静态分布及其淋溶作用,结果表明:①选矿药剂对整个尾矿区都污染,即使是水溶性好的药剂,它们在尾矿渣中的静态分布也占有相当的比例,油溶性好的药剂多存在于尾矿渣中,尾矿污染为多种药剂的复合污染,各种药剂在尾矿渣及尾矿废水中的总浓度成倍加大;②用尾矿渣淋溶柱测得单一药剂的淋溶值:25号黑药>MIBC> CN->二号油>乙基黄药>丁基黄药>Y-89黄药.但多种药剂复合污染时,药剂的淋溶距离明显加大,其中CN-和Y-89黄药加大近一倍.复合药剂污染加大药剂的残留期,也加大它们向地下水及其它水源迁移的几率.     

溶藻菌对受污染水源水除藻及脱氮特性研究

针对我国水源地藻类污染日趋严重等问题,利用前期分离获得的溶藻菌Streptomyces sp.HJC-D1研究固定化微生物技术强化污染水源水除藻以及脱氮性能。结果表明,对照组和试验组的水体叶绿素a平均去除率分别为（71.66±5.35）%和（80.94±4.36）%,NH4＋—N的平均去除率为（77.76±2.83）%和（72.36±3.18）%,而高锰酸盐指数（CODMn）平均去除率为（24.99±1.52）%和（18.74±1.38）%;不同曝气条件的影响研究发现,曝气/停曝时间比2：4、曝气量60 L.h-1工况下,系统CODMn和NH4＋—N去除率均有所提高,相比对照组NO3-—N积累更为明显;水力停留时间（HRT）变化对系统NH4＋—N、CODMn等的去除影响不大,但缩短HRT时叶绿素a去除率有所降低;分析反应器内填料表面微生物相发现,试验组填料表面有溶藻菌富集,推测对照组除藻主要通过填料对藻类的吸附去除,而试验组则是藻类吸附在填料表面后通过溶藻微生物实现藻类去除。