2006年春季沙尘天气下背景地区大气气溶胶光学特性的观测研究

利用2006年3～5月北京上甸子本底站气溶胶细粒子(PM2.5)质量浓度、吸收和散射系数的连续观测资料,对2006年春季上甸子本底站清洁、污染输送及典型沙尘天气下气溶胶的消光特性进行了分析.结果显示:①本底站在春季清洁情况下PM2.5质量浓度、吸收和散射系数的日均值水平分别为:10 μg/m3、7 Mm-1和20Mm-1左右,单散射反照率分布在0.71～0.78之间;此次观测到的污染输送过程中PM2.5质量浓度、吸收和散射系数平均值分别为:145 μg/m3、44.5 Mm-1、374.3 Mm-1,单散射反照率分布在0.84～0.94之间;沙尘影响期间,PM2.5质量浓度、吸收和散射系数以及单散射反照率的测量结果分布在248.2～424.1 μg/m3、10.8～44.7Mm-1、225.4～392.5 Mm-1和0.89～0.96之间.②观测得出,沙尘影响集中的时段细粒子质量浓度、气溶胶散射系数和气溶胶吸收系数都成倍地上升,其中质量浓度和散射系数上升的幅度要高于吸收系数.③3种天气条件的对比结果显示.受沙尘天气影响PM2.5质量浓度明显上升,且逐时波动幅度大;吸收系数远高于清洁天气下的观测结果,但比污染输送过程的测量结果偏低;散射系数同样高于清洁天气下的观测结果,与污染输送情况下的测量结果接近.沙尘天气导致颗粒物浓度明显上升,其对气溶胶粒子散射作用的贡献要大于吸收作用.     

河西走廊农业区春季气溶胶光学特性

为研究干旱农业区农耕季节气溶胶的基本光学特性,2014年4月利用地面气溶胶移动集成系统在甘肃武威黄羊镇农场开展气溶胶综合观测试验。结果表明,河西走廊黄羊镇农场PM2.5和PM1.0的散射系数以及PM2.5的吸收系数分别为98.2±38.3、74.6±29和8.8±6.3 Mm-1,均小于中东部地区观测值。气溶胶单次散射反照率为0.90±0.03,PM2.5和PM1.0的Angstrom指数分别为1.31±0.29和2.10±0.24。散射系数和吸收系数的日变化具有明显的双峰特征,单次散射反照率在散射系数出现峰值的时间段出现谷值。黄羊镇农场受人为气溶胶影响较大,西、西南和东南方向来的气溶胶散射系数和吸收系数值较大,西北方向传输过来的气溶胶主要是农业生产活动产生的。     

南京北郊气溶胶粒子的光学散射特征

利用三波段积分浊度仪对南京北郊2009-2010年四季气溶胶散射系数进行观测和分析。结果表明：气溶胶散射系数具有明显的季节变化特征,春季最低,秋季最高,冬夏季差别不大;气溶胶散射系数变化范围为51．6～2748．3Mm-1,平均值为478．6Mm-1。气溶胶散射系数的日变化特征为双峰型。空气相对湿度与气溶胶散射系数呈正相关关系：地面风向与气溶胶散射系数关系密切,偏东风时气溶胶散射系数最大,偏南风和偏西风时气溶胶散射系数较小。降水对气溶胶有明显的清除作用。能见度大于5km时,能见度与散射系数呈负相关关系。四季大气中SO2和NO2与气溶胶散射系数存在一定相关性,其中秋季SO,与气溶胶散射系数的相关系数最大（0．68）,春季NO2与散射系数的相关系数最大（0．62）,均通过0．05信度的显著性检验。     

山西夏季气溶胶散射特征的飞机观测研究

利用3个架次的积分浊度仪和PCASP-100X（Passive Cavity Aerosol Spectrometer Probe）机载观测资料,分析了2013年山西夏季空中有云、无云和少云3种不同条件下气溶胶散射系数的分布特征,讨论了气溶胶散射系数垂直变化与气溶胶数浓度、气象条件的关系,并结合HYSPLIT（Hybrid of Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory model）后向轨迹模型研究气溶胶的运动轨迹和可能的污染来源。结果表明:山西夏季空中气溶胶总散射系数变化范围为0～499 Mm-1,晴空气溶胶数浓度和总散射系数明显大于有云和少云时。气溶胶总散射系数一般随高度的增加而递减。造成气溶胶总散射系数、数浓度偏高的原因有下垫面污染源多、风速小、相对湿度高以及逆温层的存在。550 nm波段气溶胶后向散射比大于0.1,粒径0.1～0.5 μm的气溶胶粒子对散射影响最大,说明山西空中细粒子污染比较严重。气溶胶总散射系数与数浓度有一定的相关性。引起气溶胶总散射系数、数浓度较高的气团传输路径主要为西南路径,局地排放的气溶胶大于远距离传输的气溶胶对散射系数的贡献。     

南京北郊2007年10～12月大气气溶胶吸收和散射特性的观测

通过对南京北郊2007年10～12月大气气溶胶吸收和散射系数的连续观测,分析了该地区大气气溶胶吸收和散射特性在不同天气状况下的演变规律.结果发现:霾日状况下大气气溶胶吸收和散射系数日变化剧烈,非霾日次之,雾日变化较稳定;在00时(北京时间,下同)至08时霾日气溶胶吸收和散射系数与雾日相差不大,而在08时至24时则雾日明显大于霾日;非霾日气溶胶吸收和散射系数最小;降水使得大气气溶胶吸收和散射系数明显降低.     

北京上甸子秋冬季大气气溶胶的散射特征

分析了北京上甸子秋冬季气溶胶散射系数的变化特征、散射系数与PM2.5质量浓度的关系, 结合气象资料分析了风场对气溶胶散射系数变化的影响。通过研究得出, 上甸子秋冬季气溶胶散射系数平均值和标准差分别为179.7 Mm-1和253.2 Mm-1；阴天条件下的散射系数明显高于晴天；散射系数与PM2.5质量浓度之间有较好的相关性, 其相关系数为0.93；此外, 由于上甸子特殊的地理位置, 风场对气溶胶散射系数的影响显著, 不同风向条件下气溶胶散射系数差别很大。     

气溶胶散射相函数的单站观测研究

利用2014年夏季在河北饶阳开展的“华北区域光化学立体试验”观测得到气溶胶辐射特性,根据三波长角散射浊度仪Aurora 4000测量获取的前向角散射系数（10°~90°）和后向散射系数,提出了一种基于浊度仪直接测量的气溶胶角散射系数和改进的HG相函数近似获取气溶胶散射相函数、不对称因子的拟合估算方法。分析了2014年6月16日—8月18日夏季观测试验期间河北饶阳地区大气气溶胶细粒子（PM_2.5）在635 nm,525 nm,450 nm 3个波段的不对称因子、相函数等的变化特征。结果表明:用改进的HG相函数近似能够较好地拟合河北饶阳实际观测的PM_2.5的气溶胶散射相函数。拟合得到河北饶阳地区观测期间干气溶胶细粒子在3个波段的平均不对称因子（g）分别为0.53±0.04（635 nm）,0.57±0.05（525 nm）和0.57±0.07（450 nm）。     

半干旱地区气溶胶散射和吸收特性的观测研究

利用兰州大学半干旱气候和环境观测站SACOL（Semi-Arid Climate and Environment Observatory of Lanzhou University）2007年11月1日-2008年10月31日AE-31黑碳仪和2007年8月1日-2008年7月31日M9003积分浊度仪的连续观测资料,对该地区气溶胶散射和吸收特性的变化特征进行了分析。结果表明,该地区气溶胶年平均散射系数为158.86M.m-1,吸收系数为14.11M.m-1,520nm单次散射比为0.83;散射系数和吸收系数的年变化呈单峰型,峰值分别出现在12月和11月;采暖期内日变化呈双峰型,非采暖期内近似表现为单峰型。在沙尘天气条件下,散射系数和吸收系数分别增大了103.8%和88.5%。结合同期APS-3321粒子谱仪的相关观测资料分析得出,无论是粒子数浓度还是质量浓度,与散射系数和吸收系数的相关系数均在0.8以上。     

乌鲁木齐冬季黑碳气溶胶污染特征初步研究

利用2010年2月乌鲁木齐大气成分观测站黒碳仪观测数据,结合散射系数及常规观测资料,对乌鲁木齐冬季黑碳气溶胶浓度变化特征进行了分析,并通过气流后向轨迹进行了来源分析。结果表明：(1)观测期间BC质量浓度日平均值为12707±4673 ng.m-3,浓度变化范围为4916~22997 ng.m-3,散射系数日均值为1086±561Mm-1,变化范围为350~2232 Mm-1。BC质量浓度和散射系数日均值变化趋势基本一致;(2)BC质量浓度日变化具有明显的峰值和谷值,峰值分别出现在9~11时和20~22时,谷值分别出现在4~6时和16~18时,散射系数与BC质量浓度日变化趋势基本一致,相对其有一定的滞后。春节期间燃放烟花爆竹对空气污染物浓度上升有明显作用,显著影响BC质量浓度日变化规律;(3)乌鲁木齐冬季大气层结稳定,污染物不易扩散,风速和降水对黑碳气溶胶浓度具有明显的稀释作用。在乌鲁木齐特殊的地形和气象条件下,本地源排放与来自周边城市群污染物输送的叠加使得污染更加严重。     

中国北方气溶胶散射和PM10浓度特征

利用积分浊度计和PM10浓度监测仪,对中国北方2005年观测的气溶胶散射系数σsp与可吸入颗粒物PM10质量浓度的分析表明,张北站σsp年均值为130 Mm-1,民勤站σsp年均值为116 Mm-1;四季中都是冬季均值最高,张北站sσp为301.6 Mm-1,民勤站σsp为170.9 Mm-1,这说明张北站的气溶胶散射情况比民勤站显著。而PM10浓度反映了不同的变化规律,张北站PM10年均值为53μg.m-3,民勤站PM10年均值为130μg.m-3;四季中都是春季均值最高,张北站PM10为82.2μg.m-3,民勤站PM10为190.1μg.m-3,这说明民勤站的PM10污染比张北站严重很多。张北站的质量散射效率α年均值为2.4 m2.g-1,民勤站的α年均值为1.1 m2.g-1,这与张北站全年主要受城市污染型气溶胶的影响,而民勤站全年主要受沙尘气溶胶的影响有密切关系。α具有反映中国北方两种典型气溶胶的能力。     

广州地区旱季一次典型灰霾过程的特征及成因分析

通过研究2009年11月广州市气溶胶颗粒物质量浓度(PM10、PM2.5、PM1)、黑碳浓度、散射系数(Scatter)等大气成分要素,以及微波辐射计、激光雷达及风廓线雷达所探测的风、温、湿等边界层结构,统计分析广州旱季一次典型灰霾过程(2009年11月23—29日)中气溶胶颗粒物及其光学特性的时空变化特征,并配合天气形势背景、边界层结构对其形成原因进行详细分析。在典型灰霾过程中,黑碳浓度高达58.7μg/m3,散射系数高达1 902.7 Mm-1,PM10浓度高达423.5μg/m3,PM2.5浓度高达355.7μg/m3,PM1浓度高达286.5μg/m3。通过对同期的气象条件分析表明在广州地区旱季,区域性污染过程,特别是灰霾天气的形成具有以下三种气象条件:大气边界层高度较低;高压变性出海的天气形势与之密切相关;在偏东和偏南气流带来的高湿度环境下,气溶胶吸湿增长效应显著,导致出现严重灰霾天气。     

Aerosol Properties and Their Impacts on Surface CCN at the ARM Southern Great Plains Site during the 2011 Midlatitude Continental Convective Clouds Experiment

Aerosol particles are of particular importance because of their impacts on cloud development and precipitation processes over land and ocean. Aerosol properties as well as meteorological observations from the Department of Energy Atmospheric Radiation Measurement(ARM) platform situated in the Southern Great Plains(SGP) are utilized in this study to illustrate the dependence of continental cloud condensation nuclei(CCN) number concentration(NCCN) on aerosol type and transport pathways. ARM-SGP observations from the 2011 Midlatitude Continental Convective Clouds Experiment field campaign are presented in this study and compared with our previous work during the 2009–10 Clouds, Aerosol, and Precipitation in the Marine Boundary Layer field campaign over the current ARM Eastern North Atlantic site. Northerly winds over the SGP reflect clean, continental conditions with aerosol scattering coefficient(σ_(sp)) values less than 20 Mm~(-1) and NCCNvalues less than 100 cm~(-3). However, southerly winds over the SGP are responsible for the observed moderate to high correlation(R)among aerosol loading(σ_(sp) 60 Mm~(-1)) and NCCN, carbonaceous chemical species(biomass burning smoke), and precipitable water vapor. This suggests a common transport mechanism for smoke aerosols and moisture via the Gulf of Mexico,indicating a strong dependence on air mass type. NASA MERRA~(-2) reanalysis aerosol and chemical data are moderately to highly correlated with surface ARM-SGP data, suggesting that this facility can represent surface aerosol conditions in the SGP, especially during strong aerosol loading events that transport via the Gulf of Mexico. Future long-term investigations will help to understand the seasonal influences of air masses on aerosol, CCN, and cloud properties over land in comparison to over ocean.     

天津夏季大气消光性质的研究

利用2010年夏季天津城市边界层观测站颗粒物、黑碳气溶胶、氮氧化物(NOX)浓度、地面能见度和气象梯度观测资料,分析了天津夏季大气消光特性及低能见度事件产生的原因。结果表明,天津夏季主要污染物为PM10和PM2.5,大气气溶胶消光系数为529.06M.m-1,其中,吸收系数为50.17M.m-1,散射系数为478.89M.m-1,气体吸收系数为7.74M.m-1,气溶胶单次散射反射率为0.87。天津夏季边界层大气状态有近一半的时间为中性或偏稳定层结,当出现中性或偏稳定层结大气时则有接近一半的情况出现低能见度事件(能见度<5km),影响人们的日常生活。     

南京北郊2011年春季气溶胶粒子的散射特征

利用南京北郊2011年春季积分浊度仪的观测资料,结合PM_2.5质量浓度、能见度和常规气象资料,分析了南京北郊春季气溶胶散射系数的变化特征、散射系数与PM_2.5质量浓度和能见度的关系。结果表明,观测期间气溶胶散射系数平均值为311.5±173.3 Mm^-1,小时平均值出现频率最高的区间为100~200 Mm^-1;散射系数的日变化特征明显,总体为早晚大,中午及午后小。散射系数与PM_2.5质量浓度的变化趋势基本一致,但与能见度呈负相关关系。霾天气期间散射系数日平均值为700.5±341.4 Mm^-1,最高值达到近1 900 Mm^-1;结合地面观测资料、NCEP/NCAR再分析资料和后向轨迹模式分析显示,霾期间气块主要来自南京南部和东南方向。     

Scattering Properties of Atmospheric Aerosols over Lanzhou City and Applications Using an Integrating Nephelometer

The data, measured by a three-wavelength Integrating Nephelometer over Lanzhou City during the winters of 2001/2002 and 2002/2003 respectively, have been analyzed for investigating the scattering properties of atmospheric aerosols and exploring their relationship and the status of air pollution. The aerosol particle volume distribution is inverted with the measured spectral scattering coefficients. The results show that the daily variation of the aerosol scattering coefficients is in a tri-peak shape. The average ratio of backscattering coefficient to total scattering coefficient at 550 nm is 0.158; there exists an excellent correlation between the scattering coefficients and the concentration of PM10. The average ratio of the concentration of PM10 to the scattering coefficients is 0.37 g m-2, which is contingent on the optical parameters of aerosol particles such as the size distribution, etc.; an algorithm is developed for inverting the volume distribution of aerosol particles by using the histogram and Monte-Carlo techniques, and the test results show that the inversion is reasonable.     

北京一次污染过程气溶胶光学特性及辐射效应

利用地面激光雷达、太阳光度计观测反演气溶胶光学特性参数,结合PM_2.5观测数据,分析了2018年1月25—28日北京一次完整污染过程中气溶胶光学特性变化。基于观测数据,利用短波辐射传输模式计算了不同程度污染日,晴空背景下气溶胶对辐射加热率的改变程度。结果表明:清洁日（25日）,PM_2.5日平均质量浓度为19.00 μg·m-3,440 nm气溶胶光学厚度为0.13,单次散射反照率为0.87,整层气溶胶消光系数低于0.10 km-1,短波辐射均为增温效应;污染期间（26—27日）,PM_2.5日平均质量浓度为83.21 μg·m-3,气溶胶光学厚度为2.48,气溶胶散射能力增强,单次散射反照率达到0.94,气溶胶主要消光层厚度提升至3.00 km高度,消光系数平均值为0.43 km-1,气溶胶在垂直方向的变化导致气溶胶中上层（1.50~3.00 km高度）加热作用强烈,短波辐射加热率平均值达到13.89 K·d-1,而低层（1.50 km高度以内）加热作用较弱,加热率平均值仅为0.99 K·d-1。气溶胶散射能力增强导致加热作用减弱,污染日加热率对于气溶胶散射能力变化更敏感。     

A Closure Study of Aerosol Hygroscopic Growth Factor during the 2006 Pearl River Delta Campaign

Measurements of aerosol physical, chemical and optical parameters were carried out in Guangzhou, China from 1 July to 31 July 2006 during the Pearl River Delta Campaign. The dry aerosol scattering coefficient was measured using an integrating nephelometer and the aerosol scattering coefficient for wet conditions was determined by subtracting the sum of the aerosol absorption coefficient, gas scattering coefficient and gas absorption coefficient from the atmospheric extinction coefficient. Following this, the aerosol hygroscopic growth factor, f(RH), was calculated as the ratio of wet and dry aerosol scattering coefficients. Measurements of size-resolved chemical composition, relative humidity (RH), and published functional relationships between particle chemical composition and water uptake were likewise used to find the aerosol scattering coefficients in wet and dry conditions using Mie theory for internally- or externally-mixed particle species [(NH₄)₂SO₄, NH₄NO₃, NaCl, POM, EC and residue]. Closure was obtained by comparing the measured f(RH) values from the nephelometer and other in situ optical instruments with those computed from chemical composition and thermodynamics. Results show that the model can represent the observed f(RH) and is appropriate for use as a component in other higher-order models.