太阳辐射在山谷城市污染大气中的削弱

我们在1980—1981年冬季,在兰州市相对高度差为625米的两个点以及郊区对比点同时进行了地面太阳辐射观测,测量了山谷城市上空污染大气,尤其是山谷中的严重污染大气对太阳辐射的削弱。 太阳直接辐射在兰州市区污染大气中的减弱比在郊区大气中大得多,整层大气中的总减弱达72％,而在厚度为625米的河谷大气中的减弱约占整层大气中总减弱的41％。大气中的气溶胶粒子是削弱太阳辐射的主要因子,其对太阳辐射的削弱在整层大气中约占总减弱的66％,在河谷大气中则为96％。因此,地面上垂直于太阳光线面上的太阳直接辐射强度与大气浑浊度系数之间有很好的相关关系,以此建立了两个公式,在干旱地区,可以用它由大气浑浊度系数或到达地面的太阳直接辐射中的一个量计算另一个量。另外,本文还估计了冬季兰州上空河谷大气中气溶胶粒子对太阳辐射的吸收及其辐射加热率,並讨论了污染大气对于地面辐射平衡的影响。     

贺兰山地区大气气溶胶光学特征研究

利用M－120型太阳光度表的观测资料并结合有关资料，分析了贺兰山地区大气气溶胶的光学特征，并对在各类天气条件下，大气气溶胶光学厚度以及Angstrom浑浊度系数和波长指数的变化规律进行了讨论。利用实测地面大气气溶胶粒子谱资料，探讨了大气气溶胶粒子数浓度与Angstrom浑浊系数β之间的关系以及大气气溶胶粒子几可平均尺度与波长指数α之间的相关关系。     

高山地区太阳可见光辐射大气消光的观测研究

本文对高山地区的大气光谱消光系数、大气浑浊因子等光学特征量进行了观测分析。指出,即使在三千米以上的高山大气中,水汽和气溶胶仍然是主要的消光因子。和其他有关资料比较表明,大气光谱透明度随海拔高度的增大主要发生在低层大气。     

平流层气溶胶浓度反常对于中国上空大气浑浊度的影响

基于1959—1970年五个站太阳直射辐射的观测资料对大气浑浊系数的变化作了评价。结果表明:阿贡山和随后的几个火山爆发导致了1963年秋季以后大气浑浊度的普遍增加,特别是在秋冬季节。进入六十年代末期,当北方的大气浑浊度已明显减少时,南方的大气浑浊度仍保持较高水平,说明平流层气溶胶的传播具有纬度效应。     

兰州冬季大气气溶胶光学厚度及其与能见度的关系

利用光度计资料，计算了兰州冬季大气气溶胶的光学厚度，并利用计算结果进一步得出了Angstrom浑浊度系数β和波长指数α，对计算结果的分析表明，兰州冬季气溶胶与历史同期相比，光学厚度较大，浑浊度较高，且多为大粒子。此外，本文还对气溶胶光学厚度与能见度进行了分析、拟合，二者的变化趋势正好相反，光学厚度与能见度之间近似呈指数递减的关系。     

成都夏季气溶胶消光特性研究

本文利用成都2017年6~8月的米散射微脉冲激光雷达观测数据,对成都夏季气溶胶消光系数、边界层高度以及气溶胶光学厚度进行了反演,并结合太阳光度计观测资料、地面颗粒物浓度以及大气能见度数据研究了气溶胶消光系数日变化与月变化规律,气溶胶消光系数的垂直分布特征及影响因素。结果表明:气溶胶消光系数的日变化受人类活动以及边界层日变化影响显著,表现出凌晨与傍晚最大,早晨次之,午后最小的特征。消光高值出现在200m以下和300~700m的高度区间,夜间观察到的消光高值可能与颗粒物在夜间近地面浓度较高以及本地夜间降水频发有关。激光雷达反演的消光系数与光度计反演的气溶胶光学厚度在夏季各月的表现一致,夏季各月消光极值均出现在100~150m的近地面层。近地面消光系数与地面颗粒物浓度之间具有较好的正相关,并且粒子粒径更小时相关性更好。气溶胶光学厚度主要来自低层大气的贡献,0.1~0.2μm的细粒子气溶胶占比对于大气消光有主要影响,但气溶胶对大气的消光影响除了与粒子浓度有关,还与粒子的理化性质有关。      

复杂地形城市冬季边界层气溶胶扩散和分布模拟

着眼于城市冬季气溶胶扩散特征问题,针对地形复杂的兰州市及周边地区,开发了WRF模式,使之与包含了大气气溶胶辐射效应和气溶胶粒子扩散的综合大气边界层数值模式嵌套,以模拟城市冬季边界层气溶胶的扩散和分布规律。通过一个个例的模拟结果分析,揭示了兰州冬季气溶胶的扩散分布的如下特征;市区盆地内100 m以下存在东、西两个浓度高值中心,中心值为0.6~3.0 mg.m-3,往上浓度递减,1000 m高度处仅为0.02 mg.m-3。受排放源强、源高、气象场等因素的共同影响,白天盆地内气溶胶浓度随高度和时间的变化强烈,白天浓度随时间最大变化幅度为1.0 mg.m-3。气溶胶输送扩散高度可达到600~800 m,此高度以上浓度值很小。代表性测点上模拟的气溶胶浓度廓线表明,中午浓度达到最高,垂直扩散最强。这些结果与以往的烟雾层高度观测和气溶胶光学厚度观测结果吻合。夜间,盆地内气溶胶浓度随高度和时间的变化减弱,气溶胶输送扩散高度在400~500m,夜间浓度随时间变化平均幅度为0.05 mg.m-3。     

考虑湿度影响的城市气溶胶液晚温度效应

本文利用一维非定常模式，研究了城市上空干、湿气溶胶粒子对夜间边界层温度的影响。结果表明，湿气溶胶粒子对低层大气有明显的升温作用，而对中上层大气则起降温作用，同时改变了贴逆逆温层结构和边界层稳定度。     

夜间城市大气边界层和气溶胶的相互作用

本文利用能量闭合的二维非线性、非定常模式，结合地面热量平衡方程，研究了夜间城市边界层和气溶胶的相互作用问题。结果表明:气溶胶在夜间对大气低层起保温作用，对大气上层起冷却作用；使大气低层稳定度减小，上层稳定度增加；此外，气溶胶还能够削弱贴地逆温强度。在正常城市气溶胶污染情况下，气溶胶对城市热岛强度影响不大，但可使城市热岛环流稍有增加。夜间城市边界层对气溶胶的反馈作用使大气下层气溶胶浓度减小，上层气溶胶浓度增加。上述部分结论得到了在天津取得的城市热岛观测资料的直接验证。     

考虑湿度影响的城市气溶胶夜晚温度效应

本文利用一维非定常模式，研究了城市上空干、湿气溶胶粒子对夜间边界层温度的影响。结果表明，湿气溶胶粒子对低层大气有明显的升温作用，而对中上层大气则起降温作用，同时改变了贴地逆温层结构和边界层稳定度。     

浑善达克沙地沙尘气溶胶的辐射强迫

利用2001年春季浑善达克沙地外场观测的辐射资料及大气辐射模式,对沙尘气溶胶的局地辐射强迫进行了分析和模拟估算。计算结果表明,浑善达克沙地大气透过率日变化显著,晴天可达0.80以上,沙尘天气最低在0.01以下;白天沙尘的辐射强迫对地表有冷却作用,夜间起保温作用。观测期间,平均大气透过率为0.6,白天沙尘对地面向下长波辐射的平均强迫增加量为16.76 W.m-2,对地面净辐射能收支的平均强迫减少量为62.76 W.m-2;夜间地表长波辐射净损失量因沙尘作用减少,平均为67.84 W.m-2。     

我国西北大气沙尘气溶胶的辐射效应

利用HEIFE地面辐射平衡观测资料和同期NOAA-11/AVHRR卫星遥感资料定量估算春季我国西北大气沙尘的辐射效应。大气沙尘减小地面净辐射冷却地面,对地-气系统和大气的辐射效应均与地表反照率有关,严重浑浊的沙尘大气在沙漠为短波加热和长波冷却,在绿洲则相反,但净效应都是加热。文中给出了4月大气浑浊度系数约由0.1增大到0.6,在沙漠和绿洲上空沙尘层（850～600 hPa）内大气的附加短波、长波和净加热/冷却率。     

1992年冬季兰州城市污染大气的辐射状况

利用１９９２年１２月在兰州进行的辐射观测资料，特别是使用了以前未有的空中辐射观测资料，分析了冬季城市污染大气的辐射状况。分析表明，直接辐射在大气中的减弱较大，其中６００ｍ以下所占的比例尤为显著，最大可达４２％，平均为２４％，低层大气浑浊度比１９８０年稍有减小，但最大值仍较大；总辐射大气中的减弱主要集中在２００－４００ｍ高底；低层大气的短波辐射加热率约为３．６℃／ｄ；空中测得的城市反射率平均为０．１     

宁波一次罕见持续重度污染事件的成因分析

2013年12月1—10日宁波市出现历史罕见持续性重度污染事件。基于常规天气观测、浙江省自动气象站、宁波慈溪边界层风廓线雷达和凉帽山岛370 m高塔、宁波市和舟山市污染物监测等资料,应用美国NOAA HYSPLIT4模式进行粒子后向轨迹分析,并将CALMET诊断模式应用到WRF中尺度数值模式输出,对本次污染发展和消散过程宁波市3 km以下气象要素进行精细化诊断分析,计算通风系数。结果表明：（1）合适的环流背景是污染发展和持续的主要原因。气溶胶粒子浓度升高过程中有3次弱冷空气影响,主要表现在800 m以上层次,为粒子的输送提供了好的动力条件,却又不影响边界层风速和稳定性。弱冷空气间歇期风力弱,风向快速变化,利于粒子的循环滞留。（2）污染发展和持续阶段宁波市区3000 m以下持续弱下沉气流,夜间边界层高度低,200 m以下存在明显逆温层,导致气溶胶粒子在低层的堆积和能见度的降低。（3）污染发展和持续阶段夜间通风系数均小于1 m²/s,扩散条件很差,而污染消散阶段通风系数明显增大。没有外源性粒子输入时,通风系数与气溶胶粒子浓度成负相关。     

基于太阳光度计的兰州市秋季气溶胶光学特性

利用2015年9-11月兰州市CE318太阳光度计地基观测数据,反演了这期间气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)、Angstrom波长指数(α)、大气浑浊度系数(β)等气溶胶光学特性参数,研究了兰州市秋季气溶胶光学特性的时间变化特征,并根据Angstrom阈值范围和图解分析法对兰州市气溶胶主要类型及其分布特征进行分析。结果表明:兰州市秋季AOD_(500 nm)均值为0. 47±0. 22。10月α440～870 nm最小,为0. 95±0. 26;9月α440～870 nm最大,为1. 21±0. 14。9月大气浑浊度系数最低,为0. 15±0. 05;11月最高,为0. 28±0. 12。AOD秋季日变化较小,AOD_(500 nm)变化范围在0. 27～0. 52之间。2015年9-10月AOD_(500 nm)集中在0. 2～0. 6之间,11月AOD_(500 nm)集中在0. 4～0. 8之间,说明兰州市2015年秋季AOD_(500 nm)分布较为集中,大气气溶胶含量逐月增加。9月波长指数集中在1. 0～1. 4之间,峰值中心在1. 2～1. 4区间;10月波长指数主要集中在0. 6～0. 8和1. 0～1. 2两个区间;11月波长指数集中在1. 0～1. 4区间。总体来看,兰州市秋季气溶胶以细粒子为主。AOD_(500 nm)与β显著相关,大气光学厚度与大气浑浊度系数均能表征大气污染程度。兰州市秋季气溶胶主要类型为细颗粒模态下的人为源和混合型气溶胶,分布特征表现为高AOD时受细颗粒气溶胶的吸湿增长影响,其中细颗粒吸湿增长是兰州市秋季气溶胶光学厚度偏高的主要原因。     

中国超大城市综合实验:京、沪、穗气溶胶理化和吸湿特性

气溶胶对环境、气象和人体健康都有较大影响,这些影响与气溶胶理化特性(粒子尺度谱、化学组分、混合状态等)密切相关。为了深入研究气溶胶的环境和气候效应,发展了一套气溶胶在线综合观测系统。本文介绍了利用该系统在北京、上海、广州三个超大城市开展的综合观测实验结果。通过对比分析发现,广州气溶胶数浓度最高,其粒子尺度谱分布特征与北京特征相似,均以核模态为主,上海气溶胶数浓度则整体较低。对比三个超大城市的新粒子生成(New Particle Formation,NPF)特征发现,北京NPF的发生频率低于广州,主要由于北京地区大气中大粒径气溶胶更多,较高的碰并汇抑制了NPF的发生和发展。研究发现,观测期间北京和上海站点气溶胶的吸湿性强于广州,人为一次性排放气溶胶吸湿性较弱。气溶胶吸湿性日变化特征与人为活动、气溶胶老化程度密切相关。此外,三个超大城市中气溶胶光吸收系数的日变化特征存在明显差别,北京站点的气溶胶吸收系数呈现白天高、夜间低的特点,而广州站点气溶胶的吸收系数呈现相反的日变化趋势,这可能是由观测站周边的环境差异及大气边界层的变化特征差异造成的。     

重庆市区大气气溶胶粒子的时空分布和物理特性

1990年12月13日—1991年1月4日,用LG—83型光电粒子计数器,在重庆市沙坪坝气象站进行大气气溶胶粒子的观测,结果表明大气气溶胶粒子的平均浓度为252.7个/厘米~3,最大浓度为452.9个/厘米~3,最小浓度为84.8个/厘米~3,均较北京等地浓度为大。 重庆大气气溶胶粒子可分成两部分,细粒子(粒径小于2微米)区间服从Deirmendjian谱分布,粗粒子(粒径大于等于2微米)区间则服从Junge谱分布。气溶胶粒子与相对湿度、雾、降水都有着明显的关系。无雾和降水时,根据气溶胶粒子浓度求出的气象视距和目测能见度相一致。     

沈阳大气气溶胶光学特性及其影响因子

利用2010年3—10月沈阳大气成分监测站CE－318太阳光度计观测资料,计算沈阳大气气溶胶光学厚度和波长指数等大气光学特性参数,结合地面气象观测资料,分析大气气溶胶光学特性及其影响因子。结果表明：沈阳气溶胶光学厚度在3—6月较高,8月较低,9—10月气溶胶光学厚度略有增加;除4月和8月外,气溶胶光学厚度与风速基本呈反相关;气溶胶光学厚度与可吸入颗粒物（particulate matter,PM）质量浓度变化趋势基本一致;气溶胶光学厚度日平均值距平的绝对值、改变率均与降水强度成正比;地面能见度与气溶胶光学厚度呈负相关。由气溶胶浑浊度系数计算的能见度在4—6月与实际观测的能见度基本吻合,由气溶胶标高计算的水平能见度整体小于实际观测的水平能见度。     

大气气溶胶浓度及其谱分布的某些特征

本文简要描述了光电仪器测量大气气溶胶粒子的工作原理;根据实测结果对不同大气条件下气溶胶粒子的浓度、谱分布特征进行了分析。结果表明,对于洁净大气和浑浊大气而言,气溶胶粒子的浓度和谱分布都有着明显的差别,相对变化最大的是那些半径处于0.2—1.0微米范围内的粒子;实际大气中粒子谱的演变过程是复杂的,并且具有多峰分布特征;相对湿度对气溶胶粒子物理特征的影响是明显的,并且这种影响主要是改变粒子的谱分布和折射指数。     

利用激光雷达观测资料研究兰州气溶胶光学厚度

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站（SACOL）2006—2011年晴空无云时激光雷达（CE-370—2）资料,结合2006年12月至2007年5月多波段太阳光度计（CE-318）资料,对比验证了激光雷达资料的反演结果,并分析了兰州地区气溶胶光学厚度的分布特征。结果表明：激光雷达反演得到的光学厚度与光度计观测得到的光学厚度,两者具有较好的相关性,相关系数为0．86。兰州地区气溶胶光学厚度3—5月和11-12月较大,主要原因是3—5月是当地沙尘频发期,11—12月是居民集中采暖期,沙尘排放和燃煤排放显著增加了大气气溶胶光学厚度。气溶胶光学厚度6～10月偏小,湿沉降清除是主要的影响因素。光学厚度季节分布为春季0．42,冬季0．36,秋季0．30,夏季0．21。光学厚度频数分布于0．0～0．3的最多,占总数的一半,且存在季节差异。兰州上空夏季干净,春季浑浊,冬季次浑浊。