非洲地区大气气溶胶光学厚度时空变化及亚速尔高压对沙尘越大西洋传输的影响

研究了非洲地区大气气溶胶光学厚度（AOD）的时空变化及沙尘气溶胶越大西洋海区的传输。结果表明：1）源于撒哈拉沙漠的沙尘及其随赤道东风向西输送使得沙尘气溶胶成为非洲沙漠地区和紧邻的大西洋海区的主要气溶胶组分;AOD高值区和沙尘气溶胶光学厚度高值区在1—7月随赤道辐合带北移同步向北移动,而在8—12月则向南回撤。2）刚果盆地大气气溶胶主要为热带雨林和稀树草原排放的有机碳（OC）和黑碳（BC）气溶胶;其中与生物质燃烧源排放有关的OC、BC高值主要集中在干季（6—9月）的后半段（8—9月）;而生物源OC排放全年连续,其排放峰值出现于雨季开始时;生物质燃烧排放高值期与生物源排放高值期前后相继,形成干季（尤其是后半段）时期的OC、BC光学厚度高值。3）亚马逊河入海口地区主要气溶胶组分为海盐气溶胶,9—11月该区风力输送增强,风向由东南风转变为东风,海盐进入亚马逊河入海口处,形成AOD和海盐气溶胶光学厚度高值区。4）撒哈拉沙漠沙尘气溶胶向大西洋传输的偏北月份为7—9月、偏南月份为1—3月;2000—2016年海区沙尘气溶胶的传输路径存在向南移动的变化趋势,与同期亚速尔高压的增强和沙尘传输路径以北北风分量的增强以及赤道辐合带的移动一致。上述研究结果揭示了利用大气气溶胶时空变化特征反映区域大气环流和气候变化的可能性。     

近地面臭氧研究进展

近地面臭氧是空气中氮氧化物和挥发性有机物发生光化学反应的产物,其浓度与气象条件密切相关。晴天少云、紫外辐射较强、温度较高、相对湿度较低以及风速较小的天气,均有利于臭氧的生成,其中紫外辐射是产生臭氧最关键的因素。臭氧前体物（氮氧化物和挥发性有机物）的浓度及其比值是影响近地面臭氧浓度的另外三个重要因素。我国大多数城市的O3处于VOC控制区,即NOx浓度的增加会引起O3浓度的降低,而VOCs浓度的增加则会使其浓度升高。因而VOC源解析问题成为近年来O3研究的一个热点问题。同时,由于气溶胶可以直接吸收、散射太阳紫外辐射、短波辐射以及大气长波辐射,因此气溶胶的存在会影响大气中光化学反应的进程,从而影响臭氧的光化学生成,气溶胶对近地面臭氧的影响已成为目前大气环境的前沿课题。     

京津冀周边秸秆燃烧对PM2.5无机组分影响

华北平原是我国主要农作物产区,田间秸秆焚烧现象普遍存在,选取秋收季节（2014年10月）分析了秸秆燃烧的排放特征,利用区域化学传输模型WRF-Chem模拟研究了燃烧排放对气态前体物及其氧化产物的影响,以及最终导致的PM_2.5中硫酸盐、硝酸盐和铵盐的变化。研究表明:2014年秋收季节,河南和山东等省份的秸秆燃烧排放会在东南风的输送作用下影响京津冀地区;秸秆燃烧排放大量挥发性有机物（VOCs）,导致火点源及周边地区大气中主要氧化剂浓度上升,提升了区域大气氧化能力;当携带大量VOCs的秸秆燃烧烟羽与以化石燃料排放为主的城市气团相混合时,大气氧化性增强会加速城市地区人为源排放的NO_x和SO₂等气态前体物的氧化过程,提高硫酸盐和硝酸盐的形成速率、促进二次无机气溶胶的生成。     

污染气溶胶对“7.21”极端降水的影响

运用完全在线耦合气溶胶—云—降水相互作用的WRF-Chem模式研究了污染气溶胶在2012年"7.21"极端降水事件中的作用,结果表明:在耦合人为排放源的情况下,通过与多种观测资料对比发现,WRF-Chem能较好地模拟此次极端降水事件中气象要素和气溶胶的发展趋势;不同水平的污染气溶胶在此次极端降水事件有不同的作用,相对于无污染气溶胶排放的情况,低排放水平的污染气溶胶对降水有激发作用,使降水增强,高排放水平污染气溶胶使降水更加的集中到降水中心,200 mm以上的降水区域增加了7倍以上,污染气溶胶对此次极端暴雨事件的形成有着重要作用;加入人为气溶胶的排放后,凝结核的增多、更加充沛的水汽条件及额外的凝结潜热的释放,使对流增强,降水粒子的含量增加是导致大暴雨更加强烈的原因。     

北京PM1中的化学组成及其控制对策思考

通过分析北京城区2007年夏季和秋季、2008年冬季和春季4个季节PM₁中硫酸盐、硝酸盐、铵盐、有机物和黑碳等气溶胶化学组成,结合对我国及全球主要区域PM₁₀中上述气溶胶组分及矿物气溶胶组成的评估,发现因受干旱区产生的沙尘和城市逸散性粉尘的共同影响,整个亚洲大陆,尤其是我国的矿物气溶胶浓度与欧美国家城市区域气溶胶总和的平均值相当或更高。我国在重视控制PM_2.5等细粒子污染的同时,不应忽视对PM_2.5~PM₁₀之间粗粒子的控制力度;北京城区春、夏、秋、冬的PM₁平均质量浓度分别约为94,74,66 μg·m-3和91 μg·m-3,全年平均约为81 μg·m-3,其中有机物气溶胶约占41%,硫酸盐占16%,硝酸盐占13%,铵盐占8%,黑碳和氯化物分别占11%和3%,细矿物气溶胶约贡献7%。对于PM_2.5污染的控制,关键是消减PM₁中主要气溶胶粒子的排放与转化,其中对有机物的控制更为重要,尽管对于北京而言进一步污染控制的难度已经很大。从科学上来说,即使我国的控制措施能百分之百实现,也很难稳定地达到欧美国家的空气质量水平,因为我国本底矿物气溶胶的浓度较高。应进一步评估各项控制措施的适用性,并制定考虑我国人群健康状况的PM_2.5空气质量标准。     

近五年来东亚春季黑炭气溶胶分布输送和辐射效应的模拟研究

通过对2000～2004年2～4月东亚地区人为和生物质燃烧排放黑炭气溶胶的模拟,分析5年平均的结果,发现:春季,东亚地区印度、中南半岛、中国东部存在三个显著的黑炭气溶胶大值区,最大柱含量均在1 mg·m-2以上,印度半岛的排放能影响中国南方25°N～30°N之间区域,而中南半岛的排放能影响中国25°N以南的大陆地区.850～700 hPa是中南半岛排放输送进入中国的主要层次.中国华北和东北的排放向东输送影响朝鲜半岛、日本等地,但中国春季的输出量小于境外对中国的输入量;境外注入对中国西部和江南地区影响显著,对中国北方地区影响较小.黑炭气溶胶引起晴空和云天大气顶净向下辐射通量增大,地表净向下辐射通量减小,辐射通量变化最显著地区在中国四川、湖北一带,大气顶辐射通量增大最大为4 W·m-2,地表通量减小最大约-5.5 W·m-2.     

华北地区气溶胶垂直分布特征的观测与分析

利用2006 2013年CALIOP激光雷达Level 1B数据的气溶胶衰减后向散射系数、退偏比和色比观测,分析了华北地区大气气溶胶光学特性的垂直分布特征。统计结果显示:2010-2013年,华北地区4-8 km高度范围内衰减后向散射系数均值呈减小的趋势,而0-4 km高度范围内衰减后向散射系数均值呈增长趋势。说明2010年以后近地面层(0-2 km)气溶胶散射作用逐渐增强,高层(4-8 km)气溶胶散射作用逐渐降低,这与近年华北地区霾天气(颗粒物主要聚集在近地层)日趋增加、沙尘天气(沙尘气溶胶层经常存在于4-8 km的范围)有所减少相吻合。20062013年,华北地区冬季0-4 km高度范围内衰减后向散射系数均值最大,近地面层气溶胶散射作用最大,这与该地区冬季取暖燃烧排放增加有关。春、秋两季4-8 km高度范围内衰减后向散射系数均值较大,夏季0-8 km各高度范围内衰减后向散射系数均最小,说明春、秋季节的气溶胶散射贡献主要来自4-8 km的对流层上部大气。春季对流层上部的高后向散射系数与华北地区春季频发的沙尘天气有关,秋季对流层上部的高后向散射系数与华北收获季节的生物质燃烧有关。2008年以后,华北地区2-8 km范围内各高度层的退偏比均值逐年减小,这说明规则的球形气溶胶粒子在近几年有所增加。0-4 km范围的低层大气,2009年后色比均值缓慢增加。而6-8 km范围内的色比均值从2008年后一直都是减小的,说明2008年后对流层上部大气(4-8 km)气溶胶粒子的尺度在减小,这也与近几年沙尘天气减少、霾天数增加的现象是一致的。0-8 km各个高度范围内的退偏比和色比均值春季最大,且退偏比随着高度的增加而增加,再次证明春季华北受沙尘天气影响,不规则的粗粒子气溶胶最多。夏、冬季节近地面层(0-2km)退偏比和色比均值略大于2-4 km高度层的,夏、冬两季近地面主要以人为活动排放的气溶胶为主,冬季除了汽车尾气排放和工业排放外,还有取暖增加的排放。近地面层易受人为活动影响混合一些不规则气溶胶。     

植物挥发性有机物的分析方法

为了分析植物排放到大气中的挥发性有机物，在2000年1-6月期间，与美国国家大气研究中心（NCAR）的科学家共同发展和研究了一套自动的气相色谱系统和分析方法。该系统引入一个小型冰箱以除去空气样品进样时的水分，得到了对挥发性有机物样品进行分析时比较好的准确度。在5℃以及稳定的进样速率的条件下，可以得到比较好的除水效果。对NCAR附近的大气进行了采样，并利用此系统做了分析。本简单介绍此自动系统以及样品分析结果。实验结果表明，此套系统具有良好的重复性和稳定性，主要的挥发性有机物的成分如异戊二烯和单萜烯等具有明显的日变化。     

山东地区三类典型制药企业的VOCs源成分谱及排放特征研究

制药行业因在提取等过程中使用有机溶剂排放大量挥发性有机物（VOCs）而备受关注.本研究在山东省选择化学合成、生物发酵、中药共三家制药企业开展了107种VOCs组分的监测和分析,并建立制药企业的VOCs源成分谱.研究结果表明：化学合成类和生物发酵类制药企业排放总质量浓度均超过20 mg/m³,中药制药企业的样品的平均质量浓度相对较小,为902.66 μg/m³.本研究所分析的107种组分中,以含氧挥发性有机物（OVOCs）为主,三家企业均超过75%,其中,化学合成制药类卤代烃物种的占比较高.企业类型、生产环节、收集排放措施等是影响VOCs成分的重要因素.     

人为气溶胶对东亚夏季风直接气候效应的成因分析

采用耦合气溶胶模式的区域气候模式RegCM3对1988—2009年南亚和中国的人为排放气溶胶对东亚夏季风的直接气候效应影响进行数值模拟,采用合成分析、相关分析方法对其进行气候动力学诊断分析。结果显示:在气溶胶排放大值区域中,中国夏季排放最多,而南亚则是春季、冬季排放较多。总体而言,中国气溶胶柱的浓度含量高于南亚。中国境内气溶胶分布主要呈西南-东北走向,其中四川盆地附近为一高值中心。由于气溶胶负的短波辐射作用,改变了海陆气压梯度,从而对东亚夏季风的强度、分布产生一定影响,削弱了东亚夏季风在江淮以北地区的发展。同时讨论了东亚夏季风对于中国境内气溶胶大值区柱浓度含量、分布的反馈作用。      

中国不同区域大气气溶胶化学成分浓度、组成与来源特征

为获得中国不同区域大气气溶胶化学组成的总体"图景",进一步探讨污染治理方向,需要分区域评估其化学成分浓度水平、组成与来源特征。通过对近地层中国内陆大气气溶胶中6种主要化学成分(硫酸盐、硝酸盐、铵、有机碳、黑碳和矿物气溶胶)至少有1 a观测研究的评估分析,获得不同区域气溶胶化学成分质量浓度水平与组成的评估结果,认识到在气溶胶污染最严重的4大区域(即北京以南的华北与关中平原区域、以长三角为主体的华东区域、以珠三角为主体的华南区域以及四川盆地)的PM_(10)中矿物气溶胶(所占比例在20%38%)、硫酸盐(14%-24%)、有机碳(11%-18%)是3个主要组分;其中华北与关中平原气溶胶污染在中国最重,硫酸盐浓度在35—47μg/m~3(远高于北京(13—18μg/m~3))、有机碳28—45μg/m~3(约是北京(19—22μg/n~3)的1.8倍)、硝酸盐19—22μg/m~3(约是北京(9.9—12μg/m~3)的2倍)、铵14—16μg/m~3(仍然比北京(6.2-8.4μg/m~3)高1倍),黑碳在北京和北京以南城市的浓度差别不大(9.1—12μg/m~3)。这其中燃煤对硝酸盐和有机碳气溶胶的贡献超过50%,农业活动是铵的最重要来源。华东、华南和东北城市区域气溶胶化学成分浓度水平与北京相近,但四川盆地城市站各组分浓度均高于北京,污染较重。西北兰州城市站,除了黑碳浓度低很多、硝酸盐浓度稍高外,其他气溶胶化学成分浓度水平与北京相当。西北偏远区域沙漠站点,各种气溶胶化学成分的浓度都要远低于北京。青藏高原和云贵高原城市站气溶胶化学成分浓度与北京相比也明显偏低。不同区域气溶胶化学组成分析显示,燃煤、机动车、城市逸散性粉尘和农业活动是4个最需要关注的污染源,加强除发电行业外的燃煤脱硫,进一步消减燃煤氮氧化物、一次有机碳和挥发性有机物排放,并有效减少农业活动排放到大气中的氨,更有效限制硫酸盐和硝酸盐的形成是已有大气污染治理对策基础上,未来应特别关注的控制方向。     

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。     

东南亚生物质燃烧对我国霾和降水的影响

基于生物质燃烧排放源清单、地面观测和数值模式对东南亚中南半岛生物质燃烧气溶胶的排放特征,以及其在2020年春季对我国云南地区霾天气和南方前汛期降水过程的影响进行了分析。结果表明:中南半岛生物质燃烧气溶胶排放主要集中于每年3—4月,排放峰值时段集中于3月下旬至4月上旬,主要排放区域为缅甸东部和老挝北部。中南半岛生物质燃烧气溶胶在地面主要影响我国云南南部城市的霾天气,缅甸的生物质燃烧气溶胶是最主要的贡献源。中南半岛生物质燃烧气溶胶在低空西南急流作用下,可以在800~600 hPa高度传输至我国华南和江南南部大部分区域上空。传输至我国南方上空的生物质燃烧气溶胶通过抑制对流性降水、增强非对流性降水,可以改变南方前汛期降水过程的空间分布,使降水更集中于切变线附近。     

相对温度对大气气溶胶可见辐射吸收的影响

本文实验测量了在不同相对温度下大气气溶胶吸收系数,研究了气溶胶可见辐射吸收性以和单一排放源排放的气溶在不同相对湿度下的吸收性质及吸收系数大小,实验结果表明,相对湿度对大气气溶胶可见辐射吸收有较大的影响,大气气有收系数随相对湿度增加而增大,而相对湿度对单一排放源的气溶胶几乎无影响,这与近期国内外同类研究结果相一致。     

对流层光化学过程中的气粒转化研究

在MM5和RADM耦合的基础上，考虑了NH3的源排放，获得了NH3的时空分布、演变特征；在此基础上，讨论了气体向粒子的转化，结果表明:干气溶胶总量分布与大气中H2SO4、NH3的浓度分布有非常好的对应，富氨环境条件下，产生干气溶胶的多少是由H2SO4浓度决定的；气溶胶中的含水量与干气溶胶的浓度分布没有太多的联系，主要取决于大气中相对湿度的大小。     

人为气溶胶对中国东部冬季风影响的模拟研究

采用美国国家大气研究中心(NCAR)的公共大气模式CAM5.1研究了人为气溶胶排放增加对中国东部冬季风的影响,同时通过对比中国东部地区不同人为气溶胶排放源的敏感性试验结果,探讨了人为硫酸盐、黑碳及总人为气溶胶(硫酸盐+黑碳)增加对东亚冬季风的影响。结果表明:冬季硫酸盐气溶胶排放增加的直接和第一间接效应减少了到达地表的短波辐射通量,引起了陆地地表和对流层低层降温,海平面气压升高,增加了海陆间气压梯度,使得东亚冬季风增强。其第二间接效应导致中国南部大尺度降水率减少;黑碳气溶胶排放增加导致到达地表的短波辐射通量减少和大气中短波辐射通量增加,其半直接效应部分抵消了直接效应,故地表温度变化微小且不显著。加热的对流层低层导致中国南部对流活动和对流降水率增加;总人为气溶胶排放增加导致的大气温度变化表现为弱的降温作用,引起中国北部对流和大尺度降水率减少,而南部对流降水率增加。总人为气溶胶和黑碳气溶胶排放增加是导致中国北(南)部的东亚冬季风增强(减弱)的重要因素。     

关于硝酸盐气溶胶光学特征和辐射强迫的研究进展

在过去的20多年里,中外对硫酸盐气溶胶做了大量的研究,对它在大气中的排放、含量、光学特征和辐射强迫有了深入的认识;由于硝酸盐气溶胶在大气中平均含量比硫酸盐低很多,因此过去人们对硝酸盐的研究没有给予重视。然而,近年来的研究表明,硝酸盐气溶胶的散射性质在某些波段甚至强于硫酸盐;同时,由于未来对人为硫酸盐前体物的减排,硫酸盐气溶胶排放会大幅度减少,而硝酸盐气溶胶的排放却增长迅速,其在人为气溶胶中所占的比重越来越高,将会导致其在未来造成的辐射强迫有可能超过硫酸盐,使得其在地区范围内和季节尺度上成为重要的辐射强迫和气候影响因子。中国是硝酸盐气溶胶排放量较大的地区,硝酸盐对未来中国气候和气候变化的影响显得越来越重要。因此,就近年来有关硝酸盐气溶胶的排放和在大气中的浓度变化、光学厚度分布特征及其辐射强迫的研究进展做了回顾和介绍,并对其未来的研究做了展望。     

华北香河站一次霾污染事件的综合观测研究

利用激光雷达、太阳光度计、系留气艇低空探测数据及MODIS卫星数据等多源资料,对2007年2月初发生在我国中东部地区的一次大范围霾污染事件进行了综合分析,重点分析了华北香河站垂直向气溶胶光学特性的变化特征,并初步讨论了气溶胶区域输送。分析结果表明:霾污染中心位于大城市、城市群或者盆地等污染物源排放强度大或者地形不利于污染物扩散的地区,形成了6个污染中心;2日霾最严重时,近地面气溶胶消光系数(355nm)达到1.8 km~(-1),是霾发生前的3倍;霾最严重时气溶胶光学厚度(340 nm)为1.4,较前后日的高;随着边界层高度的下降,底层气溶胶快速积累;香河站气溶胶在垂直向存在明显的分层现象,上层600—1000 m高度气溶胶受区域输送的影响,其光学厚度占整层气溶胶的比值能达到43.6%,甚至更高;本次霾过程以细粒子为主;弱高压系统、低至100 m左右的逆温层高度及低风速等气象条件对此次霾的形成起到了重要的作用;而3日出现的大风则很可能是驱散霾的重要因子。     

北京北郊冬季低空大气气溶胶分析

文章分析了2001年1月10～16日和2月20日～3月2日两时段北京北郊中国科学院大气物理研究所325 m高的气象塔上距地面320、100和8 m 3个高度所采得的气溶胶样品的物理化学特征.计算了气溶胶的TSP浓度、化学组分及其分布和粒度谱.探讨了气象条件对气溶胶浓度及其来源和分布的影响.初步发现在所测的高度范围内,气溶胶TSP的浓度随高度的增高而下降,70%以上浓度分布在细粒组(d<2.1 μm).气溶胶中浓度最高的前20个元素是S、Fe、Ca、Al、K、Na、Mg、Zn、P、Ti、Pb、Ba、Mn、Cu、V、As、Cr、 Rb、Sb和Br.挥发性元素主要分布在细粒组,元素浓度随高度增加而减少.气溶胶的离子浓度也有相同的分布特征.风速变小、层结呈现稳定,尤其逆温以及大气湿度升高均为气溶胶浓度升高的因素.人为排放源是大气气溶胶的主要贡献者.导致北京严重空气污染的气溶胶源地以北京当地及其周边邻近地区的污染源为主.     

利用WRF-Chem模式模拟分析人为气溶胶对台风Fitow(1323)强度及降水的影响

利用气象与化学模块在线耦合的模式WRF-Chem V3.5(Weather Research and Forecasting Model coupled to Chemistry Version 3.5) 对1323号台风Fitow进行了模拟,设计无人为排放源、含人为排放源和人为排放源增加的三组模拟试验,对比分析了人为气溶胶对台风的影响。结果表明:人为气溶胶对台风移动路径影响较小。人为气溶胶增加,台风强度减弱,台风主体总累积降水量减少,靠近陆地阶段台风主体降水率减少。气溶胶的增多可提供更多的凝结核,台风外围云水增加,更多的云水可上升至冻结层以上形成过冷水,促进冰相粒子的形成,释放的潜热增加,使外围对流增强,降水增加。台风外围对流的发展,使低层入流的暖湿空气更多的在外围上升,向台风中心的入流减弱,眼墙的发展减弱,降水减少,台风强度减弱。台风外围的对流发展弱于眼墙的对流,降水仍以眼墙区为主,使累积降水量和降水率整体上表现为减少。