富营养化水体中光学活性物质的垂向分布及其对遥感反射光谱的影响

富营养化水体中光学活性物质的垂向分布对水下光场分布具有重要影响,决定了水色参数定量遥感反演的精度.基于2011年8月和11月在太湖进行的垂直分层采样,分析了水体中光学活性物质含量的垂向分布特征,并探讨了其影响因素及其对水体遥感反射光谱的影响.结果表明,风速是影响富营养化水体中光学活性物质垂向分布的重要因子之一.风速较小(小于3.0 m·s~(-1))或无风时,表层叶绿素a浓度急剧增加,易形成水华;而风速大于5.0 m·s~(-1)时,水体发生垂直混合,底层叶绿素a浓度最大;其它风速条件下,叶绿素a浓度在某一水深处出现极大值.在风速小于5.0 m·s~(-1)的情况下,悬浮物浓度和有色溶解有机物(CDOM)的垂向分布相对均一;当风速超过5.0 m·s~(-1)时,底泥再悬浮过程对两者的贡献较大.在未发生藻华情况下,0~0.5 m水深范围内的叶绿素a浓度均值与波段比值的相关系数最大(r=0.86),对水体遥感反射比的影响较大;而表层悬浮物浓度对水体遥感反射比的影响最大,研究结论可为水色参数含量的精确估算提供方法论支持.     

Assessment of natural components of PM10 at UK urban and rural sites

Proposals from the European Commission have raised the possibility that Member States may be able to subtract the concentrations of natural components of airborne particulate matter from measured concentrations when evaluating compliance with EU Limit Values. By applying the pragmatic mass closure model [Harrison et al., 2003. A pragmatic mass closure model for airborne particulate matter at urban background and roadside sites. Atmospheric Environment 37, 4927–4933] to chemical composition data for PM₁₀, it has been possible to estimate the concentrations of natural sea salt, strongly bound water and secondary organic carbon (which is assumed wholly biogenic) to the measured mass of PM₁₀. Because of the difficulty in distinguishing between natural and anthropogenic crustal dusts, the contribution of natural windblown dust and soil has not been accounted for. When the natural components are estimated for two urban and one rural site in the UK, the long-term mean PM₁₀ concentration is reduced by between 5.2 and 7.3 μg m⁻³. The number of exceedences of the 50 μg m⁻³ 24-h limit value falls dramatically from 54 to 21 (from a total of 291 days) at an urban street canyon site, 7 to 3 (n=292 days) at an urban background site and from 8 to 0 (n=241 days) at a rural site when using gravimetric PM₁₀ concentrations. The calculations have also been performed using PM₁₀ concentrations measured by TEOM increased by a factor of 1.3 as recommended by the European Commission as an interim means of estimating gravimetric equivalency, and the number of exceedences of the 24-h limit value fell from 92 to 47 (from a total of 291 days) at the urban street canyon site, from 11 to 3 (n=292 days) at the urban background site and from 6 to 3 (n=241) at the rural site. Clearly, therefore, application of this proposed measure would make a very major difference to the likelihood of compliance or otherwise with the 24-h limit value for PM₁₀.     

长三角地区气溶胶光学性质与新粒子生成观测

2019年5月27日～6月27日对江苏省常州市的气溶胶光学性质参数、颗粒物数浓度和PM_(2.5)组分进行观测,联用扫描电迁移率粒径谱仪(SMPS)、黑碳仪(AE33)、腔衰减相移式单次反照率监测仪(CAPS)、在线离子色谱分析仪(MARGA)和RT-4型有机碳/元素碳(OC/EC)分析仪分析:①新粒子生成期间化学组分与光学参数的变化;②IMPROVE、 MIE理论重建消光系数与实测值的闭合性对比.观测期间共有两次明显的新粒子生成事件,粒子粒径从4 nm持续增长到64 nm,在新粒子生成初期硫酸盐贡献较大,生成过程中实测平均消光系数为95.40 Mm~(-1),IMPROVE模型重建平均消光系数为140.20 Mm~(-1),MIE理论模型计算平均消光系数为93.54 Mm~(-1),低于我国城市气溶胶消光系数均值300 Mm~(-1).本次观测采用多仪器联用的方式从颗粒物数浓度粒径谱、化学组分谱等不同的方面更好地对气溶胶理化性质进行表征.     

京津冀地区MODIS 3 km气溶胶光学厚度产品与10 km产品的对比分析

本文以京津冀为研究区,对该地区的大气气溶胶光学厚度的分布及变化进行分析.利用AERONET地基观测的气溶胶光学厚度(AOD)数据,对最新发布的MODIS/Aqua C6.1 3 km AOD产品在京津冀地区的适用性进行验证,并将3 km产品与MODIS/Aqua C6.1 10 km产品进行对比.分析结果表明:MODIS 3 km AOD产品比AERONET地基AOD的相关性高,相关系数达到了0.95;与MODIS 10 km AOD产品相比,其下垫面为城市地区的反演精度低;在时空分布上,MODIS 3 km AOD产品更好的呈现了气溶胶梯度变化,季平均结果中,四季3 km AOD值都略高于10 km产品.以上结论可为MODIS 3 km AOD产品在京津冀地区的使用提供了借鉴与参考.     

伊洛河和浑太河春季水体光学吸收特征的对比

为分析伊洛河和浑太河两流域水体光学活性物质的来源、吸收特征、空间差异以及在光合有效辐射(PAR)范围内对总吸收的贡献,于2017年和2013年5月分别在两流域进行河流样品采集,对两流域水体中悬浮颗粒物和有色溶解性有机质(CDOM)的吸收特性和水质参数进行测定.结果表明,两流域总悬浮颗粒物的吸收光谱[ap(λ)]与非藻类颗粒物的吸收光谱[ad(λ)]相似,与ad(λ)和浮游植物的吸收[aph(λ)]均显著相关.两流域ad(λ)均是总吸收的主要成分,伊洛河流域aph(λ)的贡献率大于CDOM,而浑太河则相反.通过对比蓝红比[aph(440)/aph(675)]发现,伊洛河流域样品蓝红比的变化幅度高于浑太河流域,说明同一季节浮游植物中辅助色素与叶绿素a浓度[Chla]的组成存在显著的空间差异.通过对比CDOM的吸收斜率(SCDOM),发现伊洛河CDOM的组成物质分子量较浑太河大,主要为外源性物质.另外,通过CDOM的相对分子质量Mr[aCDOM(250)/aCDOM(365)]的对比,发现伊洛河水体的变化幅度高于浑太河,而均值小于浑太河,表明伊洛河水体的颗粒物大小不一,浑太河水体更趋近于小分子颗粒物,与基于SCDOM得到的结果一致.     

台湾岛高分一号卫星WFV数据气溶胶反演与验证

针对国产中等分辨率遥感数据的特性,集成暗像元和深蓝算法的优势,提供了一种能够同时对低反射率和高反射率地表类型实现AOD反演的方法.基于该方法,以台湾岛为例,利用高分一号卫星(GF-1)WFV数据反演得到550 nm处的AOD.与MODIS气溶胶产品(MOD04)进行比较,二者空间分布具有很好的一致性,总体相关系数r优于0.9.利用全球气溶胶自动观测网(AERONET)站点数据进行反演结果的验证.反演结果与AERONET实测值具显著的相关性(r0.85),70%的反演结果满足误差精度要求.通过与暗像元法、深蓝算法的反演结果进行对比,本文方法在结果精度和空间覆盖度方面具有独特的优势.在台湾岛地区,夏、冬季分别采用海洋型和大陆型气溶胶模式比较适合;随着GF-1卫星数据空间分辨率的降低,气溶胶反演结果与地基观测值的相关性系数呈现先降低、后平稳的趋势,但整体变化不是太大.     

北疆地区MODIS 3km气溶胶光学厚度与PM10质量浓度的相关性分析

利用2016年MODIS 3 km分辨率的气溶胶光学厚度(AOD)日产品、PM_(10)质量浓度以及相关气象数据,开展了北疆地区AOD与PM_(10)质量浓度的相关性分析.结果表明,AOD与PM_(10)质量浓度的直接相关程度较低,相关系数仅为0.294.对比分析了利用能见度数据对AOD进行垂直订正,然后再用相对湿度数据对其进行二次订正(AOD垂直-湿度订正)和利用能见度数据对AOD进行垂直订正和相对湿度数据对PM_(10)质量浓度进行订正(AOD垂直订正-PM_(10)湿度订正)两种订正方法,结果指出"AOD垂直订正-PM_(10)湿度订正"可显著提高二者之间的相关性.订正之后,北疆地区AOD与PM_(10)质量浓度的相关系数达到0.755,呈显著正相关;阿勒泰的订正效果最好,相关系数为0.837.最后,基于垂直订正后的AOD和湿度订正后PM_(10)建立两者之间的最优拟合模型,并利用新建的模型反演了北疆地区PM_(10)质量浓度.反演得到的PM_(10)质量浓度与经过湿度订正后PM_(10)呈显著正相关,相关系数为0.688;昌吉和伊宁的反演效果最好,相关系数分别为0.910和0.829.本研究结果表明MODIS 3 km AOD产品经过垂直和湿度订正后,可作为北疆地区监测PM_(10)质量浓度的一个有效手段.     

辽河流域河流秋季CDOM光学特性及影响因素研究

了解有色溶解有机物(CDOM)的光学特性有助于对水生生态系统中溶解有机物(DOM)循环过程的研究,而环境要素对CDOM光学特性的影响会进一步影响水环境中的碳循环过程.利用2013年9月和10月辽河水体实测数据对水体反射特性、CDOM的吸收特性、荧光特性及各种水质参数对CDOM光学特性的影响进行研究.结果表明,辽河流域河流总氮(均值4.40 mg·L~(-1))、铬浓度(均值0.0065 mg·L~(-1))超过国家地表水V类标准.悬浮泥沙光谱特征较为明显的水样,其CDOM的吸收曲线非常相近,叶绿素a光谱特征较为明显的水样,其CDOM吸收曲线之间的差别较大.辽河流域水体CDOM的吸收斜率S275-295(0.0163~0.0191 nm-1)高于其他大多数河流,而低于湖泊、水库.对比辽河流域河流发现,东辽河与辽河水体CDOM组成物质的分子量相对较小,东辽河CDOM的芳香性最高,而西辽河最低.根据荧光指数、腐殖化指数及生物源指数分析发现,辽河流域水体主要以陆源的、高等植物DOM为主,太子河、大凌河CDOM具有较为明显的自生源特征.通过荧光峰的分布发现,辽河水体CDOM以类腐殖酸荧光峰(A峰、C峰)为主,部分河流(辽河干流)同时表现出较强的类蛋白质荧光峰(B峰、T峰).通过冗余分析(RDA)发现,水体中溶解有机碳(DOC)、总氮(TN)、总磷(TP)、总碱度(TAlk)、砷(As)及汞(Hg)与表征CDOM光学特性的参数之间存在显著的相关性(p0.05),是CDOM光学特征的主要影响因子.     

110℃热释光陷阱光转移现象的数值模拟

在光释光（optically stimulated luminescence,OSL）测年流程中,通常采用预热（180—260℃）来去除低温区不稳定的信号。尽管预热过程中浅陷阱（如110℃陷阱）电子被清空,但在之后的光照过程中由较深陷阱进入导带的电子会再次进入浅陷阱并发生积累,这种现象称为光转移（photo-transfer）。本文以110℃热释光（thermoluminescence,TL）信号的实验数据为基础,模拟了光转移现象,研究了不同实验条件（激发温度、光子通量）和不同动力学参数（110℃ TL陷阱的空间容量、入陷概率、光电离截面）对光转移过程的影响,结果显示：激发温度越高、光子通量越大、110℃ TL陷阱的光电离横截面越大,光转移信号越弱;110℃ TL陷阱的空间容量和入陷概率越大,光转移信号越强。模拟结果揭示了影响光转移程度的因素,加深了对光激发过程中OSL信号产生的物理机制的认识。     

次氯酸钠对水中腐殖酸结构及光学特性的影响

以腐殖酸（HA）作为溶解性有机质模型化合物,采用高压排阻色谱、有机元素分析、傅里叶红外光谱、紫外-可见光谱、荧光光谱及光降解动力学等手段研究了NaOCl对HA元素组成、结构特征、抗氧化性及光学特性等的影响.结果显示,当NaOCl与HA的浓度比由0增至20.0μmol/mg时,HA的分子量逐渐减小,并趋于集中分布;HA中的芳香酸、脂肪酸、酚和醇等含氧组分先增多后减少,使得HA的极性呈现出先增大后减小的变化趋势.值得注意的是,尽管实验浓度范围内的NaOCl不改变HA的腐殖特性,但其能显著减小HA的吸光能力、抗氧化能力和芳香度,并增大HA的荧光发光强度和表观光敏化活性.研究结果能促进对深度氧化处理改变溶解性有机质结构的认识,并为污水处理厂出水中溶解性有机质的环境效应评估提供基础信息.