MODIS气溶胶产品在大气能见度监测中的应用

利用MODIS气溶胶产品和气象观测资料分析了能见度与MODIS气溶胶产品和气象要素的相关关系,并运用多元回归方法建立了安徽省不同季节能见度的反演模型,在此基础上分析安徽省能见度的时空分布特征。结果表明:(1)能见度与气溶胶光学厚度(AOD)、气溶胶质量浓度(MASS)和相对湿度呈显著负相关,AOD、MASS经气溶胶标高垂直订正后,与能见度相关性显著提高;(2)反演能见度与实测能见度相关系数为0.689(P0.001),对于平均值为16.80 km的能见度观测值,反演的平均偏差MBE为-0.25 km,均方根误差RMSE为4.21 km;(3)安徽省能见度空间分布不均,皖南山区、大别山区,以及淮北平原能见度较高,沿江、江淮之间中部,以及沿淮部分地区为能见度的低值区;能见度有明显的季节变化特征,春、夏季高于秋、冬季,6月份能见度明显小于下半年的其他月份,可能与秸秆焚烧有关。     

长江三角洲背景地区大气污染对能见度的影响

通过分析2008~2015年临安区域大气本底站在线观测能见度,研究长江三角洲背景地区能见度的时间变化特征及影响因素,尝试建立长江三角洲能见度特征值的筛选方法,探讨长三角能见度的区域特征值,评估人为源排放对能见度的影响程度.结果表明,临安站能见度的日变化分布表现为单峰型形态,与相对湿度的日变化分布呈显著负相关;季节变化特征表现为春夏季较高,秋冬季较低,主要受到大气污染季节变化的影响;2008~2015年临安站春、夏季能见度的年增长幅度较大,秋冬季则保持稳定.高相对湿度、高污染是造成临安地区低能见度的重要因素.结合气象要素和大气污染物排放建立能见度特征值的筛选方法,得到长三角背景地区的能见度特征值为(9.7±2.2)km,人类活动的影响将导致能见度下降约4.4km.     

南京北郊能见度变化中二次无机盐消光的重要作用

利用2013年5月~2014年5月的能见度和大气气溶胶化学组分资料,分析南京北郊能见度变化特征、气溶胶化学组分与能见度变化的关联及其对大气消光的贡献,识别在能见度变化中二次无机盐消光的重要作用.结果表明,观测期间平均能见度为(6.78±3.68)km,能见度存在显著的季节变化.粒径小于2.1μm的细粒子对能见度降低有较大影响,SO2-4、NO-3、NH+4和OC是细粒子主要成分,其中二次无机离子对重霾日能见度恶化具有重要贡献.利用修正的IMPROVE方程重建观测期间消光系数,均值为(527.2±295.2)Mm-1,PM2.1化学组分中硫酸铵、硝酸铵以及有机物对消光系数贡献最大,达到80.6%.尽管在清洁日(VR10 km)有机物的消光贡献高达43.51%,但随着能见度降低,有机物消光贡献减少,二次无机盐组分消光贡献增加,在低能见度的重霾日(VR5 km)二次无机盐消光贡献达到58.96%,表明二次无机盐消光对能见度恶化具有重要作用.     

雾和霾对北京地区大气能见度影响对比分析

年10月8日—12月7日,在北京城区对ρ(BC)(BC为黑碳)、ρ(PM_2.5)、大气能见度和气象要素进行连续观测,利用该资料分析雾和霾对大气能见度下降的影响. 结果表明:观测期间大气能见度为0.6～26.7 km,其中40%以上的时间大气能见度不足5 km,ρ(PM_2.5)和ρ(BC)小时平均值最高分别达416.0和17.87 μg/m3. 大气能见度小于5 km且持续时间超过24 h的过程出现5次,过程1~5持续的时间分别为84、79、70、35和66 h. 过程1和2主要由霾导致,大气RH(相对湿度)小,持续时间长;过程3和5则均由雾引起,大气能见度平均值分别仅为1.70和1.99 km. 尽管过程4持续时间最短,但是由于存在低层逆温的大气层结,并且地面风速<1 m/s,导致颗粒物在水平和垂直方向的扩散均受到抑制,加之大气平均RH达到90.8%,形成雾霾复合影响,造成颗粒物污染程度超过其余4个过程,ρ(PM_2.5)和ρ(BC)平均值分别达到192.1和10.15 μg/m3.      

PM_(2.5)及其组分对成都大气能见度的影响分析

该研究利用在成都市3个点位开展的为期1年(2013年9月-2014年8月)的连续监测数据和收集的气象观测数据,分析成都市大气能见度的主要影响因素。利用IMPROVE公式对消光系数进行重建,识别影响能见度的主要PM_(2.5)组分。研究结果表明:观测期间成都大气能见度水平整体较差,年平均值为8.3 km,8月最高,1月最低;PM_(2.5)和SNA(NH_4~+、NO_3~-、SO_4~(2-)的简称)与VIS呈非线性关系,且VIS与SNA的负相关性最好。硫酸盐对消光的贡献最大(34.8%),其次是硝酸盐(26.3%)。夏季能见度水平主要受硫酸盐的影响,冬季能见度水平的显著降低主要是硫酸盐、硝酸盐和有机物的共同作用。二次粒子是造成极低能见度现象的主要PM_(2.5)组分,尤其是硝酸盐的贡献导致能见度下降明显。进一步加强对燃煤和机动车的控制才能有效缓解大气能见度下降的问题。     

近45年中国12个一级站大气气溶胶光学厚度变化特征

利用常规观测的总辐射和散射辐射日曝辐量资料,结合NASA GISS的月平均平流层气溶胶光学厚度(AOD)产品,反演计算了北京等12个台站1961～2005年0.75μm对流层AOD和气溶胶标高数据.基于这些数据,分析了各站AOD、气溶胶标高和地面能见度的年、季、月变化特征.结果表明:①就12个站45a总平均而言,光学厚度为0.276,年增长为0.0034;气溶胶标高为1.65km,年增加为0.015km;能见度为17.1km,年变化值为-0.08km;AOD春夏较大,秋冬较小;气溶胶标高夏季最高,春季次之,冬季最低.②各站点45a平均AOD范围为0.116～0.387;除格尔木外,各站AOD均有增长.年变化值为0.0010～0.0079.③20世纪70、80年代AOD增加明显;20世纪90年代以来,多数站点AOD有所下降,能见度有转好趋势.     

石家庄春季大气气溶胶的散射特征

利用2010年5月积分浊度仪、PCASP-X2和能见度仪的观测资料,分析了石家庄大气气溶胶的散射特征及其与气溶胶粒子浓度、能见度、气象条件的关系.结果表明,观测期间,450,550,700nm 3个波段的气溶胶散射系数平均值±标准差分别为(257±293),(199±237)和(143±173)Mm-1,散射系数的变化很大,但气溶胶微物理特征相对比较稳定.散射系数日变化呈3峰分布,峰值出现在8:00、13:00和0:00.以550nm波长为例,气溶胶散射系数的变化范围为144~308Mm-1,夜间散射系数大于白天,非晴天散射系数平均值(524.9Mm-1)是晴天散射系数(112.3Mm-1)的4.7倍.气溶胶3个波段后向散射比均大于0.15,说明石家庄细粒子污染比较严重.散射系数和体积浓度成正比,但由于局地气象条件和污染源的影响,有气溶胶体积浓度变大,散射系数变化不大的情况出现.气溶胶散射系数和能见度呈负相关;根据Koschmieder公式计算得到的能见度,能较好反映实际观测情况.当大气相对湿度较高时,气溶胶散射系数随湿度增大呈现两种不同的变化趋势,即一部分气溶胶的散射系数有明显的增大,而另一部分则随着相对湿度的增加并未增大,反而比干气溶胶散射系数要小.局地风场也会影响气溶胶散射特性.     

北京东灵山地区主要大气污染物浓度变化特征

2009年8月～2011年6月在北京东灵山森林站连续观测了SO2、NOx、O3和PM2.5的浓度,利用观测数据分析了大气污染物的月变化、季节变化和统计日变化特征,结合气流轨迹探讨了传输对污染物的影响.结果表明,观测期间NO、NO2、NOx、O3、SO2和PM2.5浓度的平均值分别为(2.0±1.6)、(13.2±7.2)、(15.3±8.2)、(61.0±19.6)、(3.6±3.6)、(35.6±32.0)μg.m-3,均低于北京城区的观测值.NOx浓度秋季最高,夏季最低,分别为(17.0±8.0)μg.m-3和(13.8±4.1)μg.m-3.O3浓度春、夏季高于秋、冬季,最高值出现在6月份.SO2冬季浓度最高,夏季浓度最低,冬季与夏季的比值约为2.7.PM2.5夏季的浓度要远高于其他3个季节,达到56.4μg.m-3.NOx、O3和SO2浓度日变化显著,其中NOx日变化为双峰型,O3和SO2日变化为单峰型,PM2.5日变化幅度较小.     

太湖北部不同湖区春、夏季溶解性酸性多糖分布

为研究太湖dAPS(dissolved acidic polysaccharides,溶解性酸性多糖)的时空变化,探讨湖泊水体中dAPS对有机碳的贡献和重要性,于2012年春、夏季调查了太湖北部不同湖区(竺山湾、梅梁湾、贡湖湾、湖心区)水体中ρ(dAPS),分析了其时空变化特征及其与ρ(Chla)之间的关系,并探讨了不同湖湾中dAPS对DOC(溶解性有机碳)的贡献率. 结果表明,太湖北部水体中ρ(dAPS)春、夏季变化范围为3.02~9.93mg/L,平均值为(6.10±1.59) mg/L. 夏季太湖北部各湖区之间ρ(dAPS)没有显著性差异,春季梅梁湾中ρ(dAPS)显著高于湖心区(P<0.05),其他湖区并没有显著性差异. 春、夏两季ρ(dAPS)的最低值均出现在湖心区. 除贡湖湾外,夏季太湖北部各湖区ρ(dAPS)与ρ(Chla)都存在显著线性正相关,而春季各湖区则无显著线性关系. 这说明春、夏季dAPS的受控因素不一样,夏季ρ(dAPS)受藻类影响较大. 夏季各湖区dAPS对DOC的贡献率以贡湖湾最高,平均值高达46.7%±7.7%,春季则以梅梁湾的贡献率较高,平均值为68.6%±5.9%,这意味着dAPS在太湖水体有机碳循环中起着重要的作用.      

西安冬季非灰霾天与灰霾天PM2.5中水溶性有机氮污染特征比较

2012年12月4~13日在西安市运用大流量大气采样器进行每小时1次PM2.5样品采集,对其进行有机碳(OC)、元素碳(EC)、水溶性有机碳(WSOC)、水溶性总氮(WSTN)、水溶性有机氮(WSON)以及无机离子分析,探讨其浓度、组成、时间变化特征和来源.结果表明,采样期间西安PM2.5中WSON小时平均浓度为(12±9.4)μg·m-3,最高达31μg·m-3,平均占水溶性总氮(WSTN)的47%±9.8%,而无机氮NH+4-N和NO-3-N则平均分别占WSTN的29%±8.5%和23%±8.1%.WSON∶WSOC(N∶C)质量比值范围为0.04~0.65,平均为0.31±0.13.在非灰霾天(能见度>10 km)、轻霾天(5 km<能见度<10 km)和重霾天(能见度<5 km),WSON分别为(1.6±0.9)、(6.5±3.9)和(23±4.7)μg·m-3.WSOC/OC质量比值在整个观测期间无明显变化,但是WSON/WSOC(N∶C)质量比值从非灰霾天、轻霾天到重霾天呈逐步增大趋势,其均值分别为0.2±0.1、0.3±0.1和0.4±0.1,与颗粒物碱度减弱酸度增强相一致.此外,整个采样期间WSON与NH+4、SO2-4和NO-3呈强线性相关(R2>0.80),阴阳离子当量平衡进一步显示:WSON与颗粒物中和度呈负相关(R2=0.53).研究结果表明,大气中有机胺等气态水溶性含氮有机物可通过酸碱中和与颗粒相酸性物质反应,由气相转移到颗粒相,并且重霾天低温、高湿和静风的气象条件有利于这种酸碱中和导致的气固相转化,促使更多的WSON生成.     

南京北郊冬春季大气能见度影响因子贡献研究

为研究南京北郊气象要素以及气溶胶对大气能见度的影响,利用2014年1~5月的能见度、相对湿度、温度、颗粒物浓度及其化学成分等观测数据,探讨了气溶胶不同化学组分对消光系数的贡献,提出了该地区能见度基于不同参数的拟合方案.结果表明,观测期间平均能见度为(5.78±3.64)km,能见度与相对湿度、PM_(2.5)存在明显的负相关,相关系数分别为-0.66、-0.48.冬季平均消光系数为(398.72±219.88)Mm~(-1),Organic、NH_4NO_3、(NH_4)_2SO_4和EC对消光的贡献率分别为38.81%、27.81%、23.95%和7.15%;春季平均消光系数为(248.36±78.42)Mm~(-1),Orgamic、NH_4NO_3、(NH_4)_2SO_4和EC对消光的贡献率分别为31.59%、24.36%、32.63%和8.64%.对比不同的能见度拟合方案时,基于颗粒物成分的能见度拟合方案优于基于散射系数的.不同相对湿度区间内PM_(2.5)对能见度的影响程度不同,基于PM_(2.5)、相对湿度和温度的能见度拟合方案说明:低相对湿度的条件下,PM_(2.5)对能见度的影响较大;随相对湿度增大,相对湿度成为更为重要的影响因子.     

西安咸阳国际机场高速公路低能见度事件变化特征及影响因子分析

利用西安咸阳高速公路交通气象自动观测站网2013年8月—2015年4月共21个月的交通气象实时观测资料,对该路段大气低能见度事件变化特征及其主要气象影响因子进行了初探。结果表明:造成低能见度事件主要有霾(52.9%)、雾(31.3%)和降水(15.8%)三种天气现象发生。各月低能见度事件发生频率秋季最高,春季次之,夏季最低。各时次出现低能见度事件的频率呈白天低、夜间高的单峰单谷型变化。秋冬季节低能见度事件发生期间,高速路段雾、霾所占比例相当;当相对湿度大于80%时,与能见度呈多项式型负相关。秋冬季节机场高速路段低能见度发生期间,96.0%以上为小风或静风天气。夏季高速路段能见度与逐分钟降水量变化趋势呈镜像反相关,且二者呈显著的幂指数型相关(R2=0.7076)。     

1980—2011年北京城区能见度变化趋势及突变分析

选取1980-2011年5个位于北京城区的国家级地面气象台站(海淀、朝阳、北京观象台、石景山、丰台)人工观测的大气水平能见度(下称能见度)数据,采用Mann-Kendall趋势分析及突变检验法、滑动t检验方法对能见度进行分析,以了解其变化趋势和突变.结果表明:海淀和石景山站的年均能见度呈下降趋势,而朝阳、北京观象台和丰台站则呈上升趋势;能见度最大和最小变率分别出现在朝阳和丰台站,分别为2.50、1.11 km/10 a;北京城区年均能见度(对5个台站数据平均得到)呈上升趋势,变率为0.47 km/10 a.2007-2011年北京城区平均能见度为18.5 km.突变分析表明,海淀、石景山、北京观象台和丰台站的年均能见度均出现了突变,但突变类型不尽相同,而朝阳站和北京城区的年均能见度未出现显著突变.     

2008年1月广州大气污染特征及能见度观测研究

利用颗粒物在线观测仪、污染气体在线观测仪、现时天气现象传感器以及自动气象站,于2008年1月对广州大气污染物质量浓度、能见度和气象因子进行了连续观测. 结果发现:ρ(PM_2.5)与ρ(NO₂)日变化趋势基本相似且均呈双峰现象,分别出现在09:00—10:00和19:00—21:00时段;ρ(SO₂)呈单峰现象,出现在08:00—13:00时段. ρ(PM_2.5),ρ(SO₂),ρ(NO₂),ρ(NO)和ρ(O₃)日均值分别为(82.8±66.0),(81.6±80.9),(106.5±67.2),(66.1±57.0)和(25.1±17.0) μg/m3,能见度日均值为(6.8±4.4) km. 能见度与ρ(PM_2.5)和相对湿度呈负相关关系,相关系数均为-0.47. 研究还表明,低边界层高度、小风天气、高水平的污染物质量浓度和相对湿度是导致广州低能见度天气的主要因素.      

贵阳市相对湿度及PM2.5浓度对大气能见度的影响分析

利用2019年1月1日至12月31日贵阳市能见度、相对湿度(RH)和PM2.5浓度逐时观测资料,分析了能见度与相对湿度及PM2.5浓度的关系.结果表明:夏季贵阳市相对湿度与PM2.5浓度较低,能见度较高,冬季则相反;能见度日变化为单峰型分布:06:00时左右最低,16:00时左右最高,与相对湿度呈反向变化.能见度与RH...     

基于微波辐射计分析低能见度的液态含水量特征

利用广州国家基本气象站2013年11月~2014年4月的能见度（Vis）、相对湿度（RH）、微波辐射计液态含水量（LPR）小时资料和云资料,分析了广州地区能见度的时间变化,以及低能见度时液态含水量变化特征.结果表明广州地区Vis<10km的出现频率为66.37%;Vis ≤ 1km只在RH ≥ 95%情况下出现,1km < Vis ≤ 2km只在RH>90%出现,Vis>5km在RH>95%区间出现频率为0,Vis>15km在RH>90%的出现频率为0;低能见度事件出现的频率高低顺序依次为早 > 晚 > 中,与相应时段低空LPR的平均值高低一致,说明低能见度事件与低空大气中高液态含水量存在一定的正相关;当Vis<10km时,大气液态水含量都处于较高的水平,在3000m以下存在一个大于0.02g/m³的高含水量层,液态含水量出现最大值的高度在1550m左右;当Vis ≥ 10km时,大气液态含水量都处于较低的水平,液态含水量出现最大值的高度大约在2000m,未出现有大于0.02g/m³的情况;广州地面低能见度过程不是低云（或低云接地为雾）过程导致的概率基本在50%以上,Vis ≤ 1km情况下LPR值基本为0（微波辐射计没有监测到液态水）,但由于RH>95%接近饱和且出现高浓度的颗粒物,说明广州地区低能见度（Vis ≤ 1km）应为雾霾混合情景.表明只有联合利用微波辐射计的液态含水量、相对湿度与颗粒物浓度等要素变化特征的综合分析才能为雾、雾霾混合与霾现象分辨提供一定的参考.     

重庆城区能见度特征与颗粒物消光贡献

为了解重庆市城区颗粒物消光对能见度的影响,对近年城区能见度特征进行统计分析,并在城区开展了为期一年典型季节PM_(2.5)的采样与主要化学组分分析,时间为2014年7月-2015年5月期间,利用化学组分消光重建的方式分析主要组分消光贡献,结果表明,重庆城区近年来能见度平均值为6 120 m,月变化趋势为秋冬低夏季高,日变化趋势为早上低下午高;IMPROVE方程式对颗粒物消光的重建方程可以较好地应用在重庆市城区,重建后2014年城区夏季、秋季、冬季和2015年春季消光系数平均值分别为214、247、422、213 Mm~(-1),PM_(2.5)化学组分对消光系数的主要贡献依次为硫酸盐、硝酸盐、OC和EC,不同季节PM_(2.5)化学组分对消光贡献略有不同,夏季主要贡献因子为硫酸盐,占比42%,秋季主要因子为硫酸盐22.7%和硝酸盐24.3%,冬季主要消光因子为OC 32.6%、硫酸盐23.2%,春季主要消光贡献为硫酸盐25.6%、OC 22.0%。     

冬季和夏季长江口及其邻近海域一氧化碳的分布、海-气通量和微生物消耗的研究

海洋是大气中一氧化碳(CO)的重要来源,河口区域在调节气候活性气体收支方面发挥着重要作用。本文旨在研究长江口作为典型河口在全球海洋CO生物地球化学循环中的地位,并进一步了解河口区域海水和大气中CO浓度的变化情况。本文基于2021年冬季和夏季在长江口及其邻近海域的现场调查,对该海域CO分布、海-气通量和微生物消耗速率进行了研究。结果表明,冬季和夏季调查海域大气中CO的体积分数平均值分别为(530.39±120.40)×10^-9和(416.91±102.01)×10^-9,大气中CO含量受人类活动影响较大;受光照强度和陆源输入有机物的影响,夏季表层海水中CO的浓度平均值[(4.52±2.13) nmol/L]显著高于冬季[(1.30±0.79) nmol/L];相应地,夏季海—气通量平均值[0.95μmol/(m²·d)]亦显著高于冬季[0.10μmol/(m²·d)]。冬季的微生物消耗速率常数(k_bio)的平均值[(0.46±0.31)/h]明显高于夏季[(0.26±0.07)/h...     

河北省气溶胶标高时空变化及其成因

以2012年河北省20个监测站的MODIS AOD(气溶胶光学厚度)和近地面水平能见度数据为基础,应用Peterson 模型和高斯模型,计算气溶胶标高月均值年内变化模型系数;应用全微分近似计算原理,构建了气溶胶标高时空变化的成因模型.结果表明:①全省平均气溶胶标高以夏季最高,为3.298 km;春、秋季次之,分别为2.864和2.284 km;冬季最低,为1.597 km. 全省气溶胶标高空间分布以夏季地域差异最显著,最大值为3.193 km;冬季地域差异最小,最大值为1.487 km. ②在全省尺度上,大气颗粒物排放强度和大气边界层高度每变化1%时,将会引致气溶胶标高分别变化0.577%和0.143%,二者对气溶胶标高变化的贡献率分别为80.1%和19.9%;在省内6个次级区域尺度上,大气颗粒物排放强度越大的区域,大气边界层高度对气溶胶标高的贡献率越大,如冀中南平原、沧州沿海平原和冀东平原的贡献率分别达到63.7%、57.8%、54.2%;反之则贡献率较低,如冀中平原、冀西北山区和冀东北山区的贡献率则分别仅为45.4%、32.6%、8.6%.      

上海地区大气相对湿度与PM10浓度和大气能见度的相关性分析

以大气RH(相对湿度)为基准对上海2005─2009年大气质量和气象资料的日均观测资料进行了分类统计,分析了RH与ρ(PM10)、大气能见度的相关关系. 结果表明:在将RH以5%的间隔进行分段后,各区段ρ(PM10)平均值与RH平均值呈显著线性负相关,R(相关系数)达0.97;随着RH增大,大气能见度随ρ(PM10)变化率的绝对值增大;RH在75%以上时,增加相同的ρ(PM10)所导致的大气能见度下降量是RH在40%~45%时的5倍以上;RH小于75%时,大气能见度可较好地反映ρ(PM10)的变化,而RH大于75%时,大气能见度的降低主要反映PM10含水量的快速增加而并不指示ρ(PM10)的增加.