2012年夏季太原气溶胶散射和吸收特性的研究

利用2012年夏季太原大气成分观测站黑碳仪、浊度仪、颗粒物监测仪的监测资料,运用统计分析方法分析了该地区气溶胶的散射和吸收特性。结果表明:2012年夏季,太原散射系数、吸收系数和消光系数小时平均值分别为(448.5±323.5)、(93.6±65.6)和(548.1±383.4)Mm~(-1)。在该地区气候特征、大气低层物理过程及人类活动的共同影响下,散射系数、消光系数日变化特征表现为单峰型,而吸收系数表现为双峰型。3个系数与PM_(2.5)和PM_(1.0)质量浓度有较好的相关性,特别是消光系数与PM_(2.5)质量浓度的相关系数达到0.93。通过比较PM_(2.5)和PM_(1.0)平均质量浓度散射效率、吸收效率和消光效率,得出小粒径粒子对3个系数的影响比大粒径粒子更明显。通过拟合3个系数小时均值最大出现频率,得出该地区3个系数本底值分别为252.3、59.2和287.2 Mm~(-1)。     

影响北仑区域能见度的因素研究

利用对北仑区域内的气溶胶散射系数、气溶胶浓度、黑炭浓度以及NO2浓度的监测和分析,对区域影响能见度的的因素进行了研究,研究结果表明,影响能见度的消光系数主要由气溶胶的散射、气溶胶的吸收,干洁大气的散射和气态污染物的吸收四项组成,且组成比例总体稳定,但是,不同空气质量级别和灰霾天与非灰霾天之间的消光系数值及组成差异较大;通过对气溶胶与光散射系数的拟合得到,两者存在较好的正相关性。     

基于PMF的武汉市大气细颗粒物消光来源解析

利用武汉2020年7月(夏季)和10月(秋季)的在线观测数据,同时将颗粒物的光学参数和化学组分数据输入正定矩阵因子分解(PMF)源解析模型,对PM_2.5消光系数的源贡献进行定量解析.研究发现,对吸收系数贡献较大的源为机动车(66.3%)和工业源(14.2%),对散射系数贡献较大的源为以硝酸盐为主的二次无机盐Ⅰ(38.4%)和机动车(27.0%),光散射的源贡献率呈现出明显的季节变化,二次无机盐Ⅰ在夏季(14.6%)的贡献较秋季(47.4%)显著降低.消光系数源贡献方面,夏季机动车(37.2%)和以硫酸盐为主的二次无机盐Ⅱ(21.2%)对消光的贡献较大,而秋季主要的消光源为二次无机盐Ⅰ(44.7%)和机动车(26.7%).最后,还获取了几个重要源的波长吸收指数(AAE)值:机动车(0.96)、工业源(1.04)、扬尘(1.39)、生物质燃烧(2.24).     

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.     

广州旱季双高污染及消光系数垂直分布特征

利用2017年12月6日～2018年1月3日地面常规气象资料、空气质量6参数、光化辐射资料、气溶胶吸收和散射系数、单次散射反照率、激光雷达反演的气溶胶消光系数与退偏比数据,分析广州地区气象参数变化对污染物浓度的影响和气溶胶对光化辐射的衰减,研究双高(高气溶胶与高O3)污染的形成机理,并从垂直角度探究了双高日边界层内消光...     

MODIS卫星遥感AOD反演近地面“湿”消光系数新模型的构建及应用

针对气溶胶含量随高度呈负指数递减这一假设存在的问题,通过对Mie散射激光雷达探测资料的系统分析和总结,论证了Logistic曲线能更好地表征大气消光系数在边界层内的垂直演变特征.在对MODIS卫星遥感气溶胶光学厚度(AOD)系统偏差进行校正的基础上,将大气消光系数的模拟值与实测值之间离差平方和最小作为目标函数,利用小波协方差法计算混合层高度,以订正后的AOD和混合层高度作为约束条件,再用免疫进化算法优化目标函数中的参数,据此提出了MODIS卫星遥感AOD反演近地面"湿"消光系数的新模型.基于成都市2013年6月—2014年5月的MODIS卫星遥感AOD资料及同时次的Mie散射激光雷达探测数据和地面细颗粒物浓度资料的实例分析表明,新模型反演得到的近地面大气"湿"消光系数与近地面细颗粒物质量浓度之间的相关系数在四季均能稳定在0.6以上.     

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.     

2013年1月南京北郊霾天气溶胶的光学特性

2013年1月南京出现了长时间、大范围和高浓度的灰霾. 利用三波长光声黑碳光度计(PASS-3)对南京北郊气溶胶的吸收和散射系数进行实时在线原位观测. 结果表明,霾天气溶胶吸收和散射系数平均值分别为(83.20±35.24) Mm^-1和(670.16±136.44) Mm^-1,分别为清洁天的3.85倍和3.45倍. 吸收和散射系数均呈现早晚高中午低的双峰型日变化特征,单散射反照率和散射埃系数平均值分别为(0.89±0.04)和(1.30±0.27),说明霾天气溶胶主要以细粒子中的散射性物质为主. 降雨对气溶胶有明显的清除作用. 地面风速与气溶胶吸收和散射呈负相关关系,与单散射反照率和埃系数呈正相关; 东南风时气溶胶散射系数最大,西南风时气溶胶吸收系数最大. 3次霾污染事件中,Haze 1主要受来自北部的老化污染气团影响,Haze 2主要受来自西南的生物质燃烧污染气团影响,而Haze 3主要由固定源污染引起.     

核壳模型下黑碳的吸收对南京大气消光贡献研究

黑碳是气溶胶粒子中最重要的吸收性组分,对大气辐射过程、气候系统具有重要影响.理论上黑碳的光吸收能力除了与质量相关外,还与粒径分布、混合方式有关,由于黑碳粒子的不可溶性,核壳结构可能是含黑碳气溶胶粒子的重要存在形态.本研究利用2013年10月15日—11月13日的观测数据,结合κ-EC-米散射模型对核壳结构假设下的大气气溶胶的消光特性进行了定量分析,计算了核壳结构假设下气溶胶的吸收系数和吸收对消光的贡献,并对不同粒径段吸收系数随相对湿度增长的规律进行了分析.结果表明,观测期间吸收对消光的平均贡献在干态下为5.8%,而在环境相对湿度下只有3.4%,在所有粒径段消光系数随相对湿度都是显著增加的,而吸收系数的吸湿增长曲线与气溶胶粒径密切相关,小粒径段的吸收随相对湿度的增加而增加,而大粒径段的吸收随相对湿度的增加而减小,在不同粒径段的粒子综合作用下吸收随相对湿度变化不明显.     

2010年1月北京城区大气消光系数重建及其贡献因子

于2010年1月1～31日在北京城区每天采集PM2.5样品.利用热光碳分析仪、离子色谱和X荧光光谱仪分别分析样品中有机碳/元素碳、水溶性离子和土壤元素,同步收集了大气散射系数(bsp)、吸收系数(bap)和气象数据.利用IMPROVE方程重建大气消光系数,并与实测大气消光系数进行对比.结果发现,PM2.5日均值质量浓度为(144.3±89.1)μg.m-3,实测值bap、bsp和消光系数(bext)分别为(67.4±54.3)、(328.5±353.8)和(395.9±405.2)Mm-1.IMPROVE方程适用于观测期间北京大气消光系数的解析.观测期间计算值b’ext均值为(611±503)Mm-1,(NH4)2SO4、NH4NO3、OM、EC和FS对b’ext的贡献分别为24.6%、11.6%、45.5%、11.9%和6.4%.     

基于Mie理论的带电沙尘媒质微波衰减特性研究

目的研究带电沙尘媒质中微波衰减特性。方法根据带电球形粒子Mie散射理论,分析带电沙尘粒子的散射特性及带电沙尘媒质的微波衰减。结果在同一频率下,消光系数随着沙粒半径增大而增大,带电沙粒的消光系数要大于不带电沙粒的消光系数。对于同一频率和能见度,带电沙的衰减要比不带电沙的衰减要大,且衰减随能见度的增大而减小。结论带电沙尘粒子对微波传播影响比中性沙尘粒子明显。     

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.     

西安泾河夏季黑碳气溶胶及其吸收特性的观测研究

为研究西安泾河夏季黑碳气溶胶及其吸收特性,利用2011年夏季西安远郊泾河大气成分站观测的黑碳气溶胶浓度、颗粒物质量浓度、探空资料、地面气象资料,计算边界层顶高度、气溶胶吸收系数、大气消光系数,导出单次散射反照率,并对其进行分析讨论.结果表明:西安夏季黑碳气溶胶浓度为6.07μg/m3;黑碳气溶胶占颗粒物质量浓度PM1.0比值为21.9%,黑碳气溶胶与颗粒物质量浓度PM1.0、PM2.5、PM10相关系数分别为0.69、0.85、0.91;黑碳气溶胶浓度受城市边界层顶高度影响,风向、风速对泾河黑碳气溶胶的堆积输送有不同作用;气溶胶吸收系数和大气消光系数日变化显著,气溶胶吸收系数占大气消光系数比值范围在12%~30%;季单次散射反照率平均值为0.76,变化范围在0.70~0.84.     

光散射式粒子计数器测定飘尘中的重叠误差计算

一、问题的提出 光散射式尘埃粒子计数器测定尘埃粒子的颗数和大小的原理是根据光的微粒散射的物理性质:当单个粒子随空气流经某一特定的“光灵敏区”时,就产生一个散射光脉冲,这个光脉冲经过光电转换为一个电脉冲信号,电脉冲的个数就是粒子的颗数,而粒子的大小可用已被标准粒子标定过的各档电脉冲的幅度来比较确定。问题在于当被测粒子的浓度过大时,记录下的电脉冲的个数会小于真正的粒子颗数。这种少记数而造成的误差现象,称为重叠误差。产生少记数的原因有二种,一种是二个或二个以上粒子同时进入光灵敏区,而它们各自的散射光合并为一个光脉冲;另一种是二个或二个以上的光脉冲经光电转换后只记录下一个电脉冲。本文只讨论由于粒子在光灵敏区(以下简称光区)重叠而造成光脉冲个数少于真实粒子数的这种重叠误差。     

大气气溶胶消光系数的计算方法研究

基于Mie散射理论,在过去的同种颗粒消光系数计算的基础上,对多种成分颗粒的大气气溶胶,建立了消光系数的平均(理论的)计算方法,同时,利用容积占比等效折射率,建立了消光系数的等效计算方法,验证了该等效法的可靠性。随着最近实验测量技术的发展,可将大气气溶胶分成成分相近的若干组分,应用上述方法可按这些组分去计算成分复杂的实际的大气气溶胶的消光系数。对Kleiner Feldberg测量数据的应用得到了较理想的结果,这充分说明了方法的可靠性和可行性。该方法的建立,不仅为气溶胶的光学特性研究提供了一个新的理论方法,也为分析大气环境质量提供了有力的支持。     

氯代十六烷基吡啶缔合微粒光度法测定二氧化氯

在pH3.49的NaAC-HCl介质中,ClO2与过量的KI反应生成I3-,I3-在350nm处有一吸收峰;当阳离子表面活性剂(CS)氯代十六烷基吡啶(CPCM)等存在时,形成淡黄色的较稳定的缔合微粒(CPCM-I3)n,在354nm处产生一个吸收峰,在470nm和520nm处产生2个共振散射峰。ClO2浓度C在0.0149～1.524mg/L范围内符合朗伯比耳定律,回归方程为△A=0.1136C+0.0001,相关系数R为0.9988,检测限为0.007mg/L。据此,建立了一种痕量ClO2光度分析新方法,用于样品分析,结果令人满意。     

北京地区大气温湿廓线对气溶胶垂直分布的影响

目的分析北京地区大气温湿廓线对气溶胶垂直分布的影响。方法利用北京地区2017年9月至2018年8月每日两次(08时和20时)的气象探空、地面PM_(2.5)浓度和气溶胶激光雷达消光系数资料,分析不同污染条件下大气温湿廓线与气溶胶消光系数廓线的关系。结果地面PM_(2.5)浓度和210m气溶胶消光系数的相关系数达到0.77。春季、秋季和冬季污染条件下的近地面消光系数约是清洁条件下的5倍,夏季污染条件下的近地面消光系数约是清洁条件下的3倍。相比清洁条件下,污染条件下各季节的大气温度垂直递减率偏小,并且低层大气相对湿度偏大。结论大气温度廓线代表大气层结稳定性,影响气溶胶的扩散高度,而相对湿度廓线与气溶胶吸湿增长密切相关,两者对气溶胶消光系数的垂直分布都有重要影响。     

基于激光雷达的北京市气溶胶光学参数季节特征

利用米散射激光雷达ALS300系统在北京城区开展了为期近1年的观测,观测时间为2009年6月~2010年5月份.先将观测数据划分为春(3~5月份)、夏(6~8月份)、秋(9~11月份)、冬(12~2月份)四个季节,再对数据进行质量控制.研究了气溶胶后向散射系数、消光系数以及气溶胶光学厚度AOT和大气边界层的日均值变化特征,以及这些要素的季节和全年特征统计值.结果表明,气溶胶消光系数和后向散射系数的日平均变化形态趋于相同,数量上消光系数是后向散射系数的约10倍.它们的季节平均值廓线形态结构也并没有呈现出明显的季节性结构特征差异,2个系数最大递减均发生在1km高度范围内.在0.15~3.0km高度范围做垂直平均,夏季的后向散射系数和消光系数有最大平均值(分别为31.2Mm^-1·sr^-1和517.0Mm^-1),说明夏季有较强对流.冬季后向散射系数和消光系数最低.对于冬、春2个季节,700m高度是2个量大小分化的高度.700m高度以上,春季的后向散射系数和消光系数均大于冬季.AOT和大气边界层高度的日均值波动特性明显,日均值最大振幅出现在春季.月平均来说,在春季,气溶胶层高度和边界层高度最高(分别为3450m和970m),冬季最低(分别为2970m和712m).春、夏季节AOT波动变化大,而在秋季和冬季变化比较平缓.春夏秋冬4个季节的平均气溶胶光学厚度分别是0.689、0.699、0.571和0.647.     

泰州地区激光雷达大气气溶胶观测

对激光雷达产品的消光系数、退偏振比、边界层高度和气溶胶光学厚度进行统计分析,并与环境监测数据和地面气象观测数据进行对比,验证产品的可靠性。总的来说,大气消光系数垂直变化趋势是接近的,从近地面开始增大,在1km左右高度达到峰值,这就是边界层的所在。4月、11月和12月大气消光系数较高,大气气溶胶浓度较高,8月、9月和10月较低,气溶胶浓度较低,与环境监测数据相吻合。地面能见度和消光系数具有较好的指数相关;近地面处PM_(2.5)、PM_(10)的浓度和消光系数均具有较好的幂相关性;气溶胶光学厚度与PM_(2.5)、PM_(10)浓度有线性正相关;边界层高度与PM_(2.5)、PM_(10)存在显著的负相关,但是相比其他相关性不高;气溶胶光学厚度与能见度有负相关。     

成都一次霾过程中颗粒物消光作用的垂直变化

基于2017年1月4~7日成都地区一次重霾过程中,颗粒物粒径谱的垂直加密观测和激光雷达同步观测数据,利用Mie散射理论计算颗粒物消光系数并与激光雷达反演结果对比,计算了不同粒径谱颗粒物消光系数以及消光贡献率.分析表明：重霾期间,在不同边界层高度上颗粒物消光系数表现为PM₁ > PM_2.5~10 > PM_1~2.5 > PM _{> 10},其中PM₁的消光贡献率整体上维持在49.5%~69.4%,是本次重霾过程中影响颗粒物消光系数大小的主要因子.在大气边界层内,不同粒径谱颗粒物消光作用呈现出显著垂直变化和昼夜差异,白天在600m以下和700~1100m之间颗粒物消光系数出现高值区;夜间颗粒物消光系数整体上随高度呈现出明显递减趋势,在1100m处出现高值.此外,夜间在200m以下颗粒物消光系数明显大于白天,且PM_>1的消光贡献率也明显大于白天.整体上,PM₁消光贡献率随高度递增,而PM_>1消光贡献率随高度递减.