黄山大气气溶胶微观特性的观测研究

根据2008年4—7月黄山大气气溶胶观测资料,研究了气溶胶粒子的数浓度、谱分布特征及其与气象因子的关系,探讨了雾天和非雾天气溶胶颗粒物时间和尺度分布特点。分析发现,黄山光明顶春、夏季大气气溶胶数浓度的平均值分别为3.14×103个/cm3和1.80×103个/cm3,其中超细粒子(粒径小于0.1μm的粒子)在春夏季分别约占总粒子数浓度的79%和68%;高数浓度值集中在粒径0.04～0.12μm;积聚模态气溶胶粒子(0.1～1.0μm)在体积浓度分布和表面积分布中占很大比例。结合气象资料比较了雾天与非雾天气溶胶分布的差异,发现细粒子浓度非雾天大于雾天,而气溶胶数浓度与温度呈正相关,与相对湿度成反相关。结果还发现,黄山在春季以西北风和偏南风为主,西北风时气溶胶数浓度较高,在夏季主要以偏南风,特别是西南风为主,但是气溶胶数浓度的高值多发生在偏东风的条件下。     

南京市夏季城市不同功能区气溶胶污染特征

利用ＷＰＳ（宽范围颗粒粒径谱仪）、Ａｎｄｅｒｓｏｎ Ⅱ型９级撞击采样器测量了２００８年夏季典型日南京钟山风景区、鼓楼商业区与江北工业区大气气溶胶数浓度谱分布和质量浓度,分析了城市不同功能区气溶胶粒子的分布特征．结果表明：各功能区大气颗粒物浓度均比较高,达到１０４ｃｍ－３,数浓度谱均为单峰型,峰值集中在００１～００４μｍ;其中气溶胶粒子数浓度主要集中在００１～０２μｍ粒径范围内,其日变化受汽车尾气排放、混合层高度变化的影响较大,且呈现明显的双峰型;粒径为００１～０１μｍ的超细粒子对总数粒子贡献较大,鼓楼为９３２８％,江北为８１６６％,钟山为６６５２％;细粒子（粒径＜１１μｍ）与ＴＳＰ质量浓度的比值钟山为９２％,鼓楼３３７７％, 江北２４９８％;质量浓度主要为粗粒子（粒径≥１１μｍ）贡献,但是鼓楼与江北的细粒子的贡献也非常大,说明这两个功能区的细粒子的污染值得关注;数浓度和相对湿度（ＲＨ）有密切联系,当ＲＨ＜７５％时其峰值随着相对湿度的增大而增大,当ＲＨ＞７５％时其峰值随着相对湿度的增大而减少,并且相对湿度对细粒子的影响要大于对大粒子的影响．     

一次霾条件下石家庄上空气溶胶的观测研究

利用2010年9月1日石家庄市区一次飞机探测的气溶胶资料,分析了石家庄市区上空大气气溶胶的数浓度与直径的垂直、水平分布特征及粒子谱分布。结果表明:600—3000 m高度范围内,气溶胶粒子平均数浓度为1443.1个/cm~3,粒子平均直径为0.194μm。3000—6900 m高度范围,气溶胶粒子平均数浓度为95.3个/cm3,粒子平均直径为0.192μm。气溶胶数浓度随着高度增加而迅速减少,受逆温层与云区分布的影响,数浓度曲线呈现一定程度的波动。由于探测当天高空风的影响,粒子数浓度明显比其他霾天气条件下的研究结果要低。云中,气溶胶数浓度与粒子平均直径数呈负相关性。云层对气溶胶的垂直分布影响较大。气溶胶粒子谱覆盖了0.10~1.05μm的尺度范围,粒子主要集中在0.1~0.3μm的范围内。600 m、1200 m、1800 m和3000 m的气溶胶粒子谱呈双峰分布,粒子谱谱型较为相似,4500 m和6900 m粒子谱呈单峰分布。气溶胶粒子尺度谱峰值随高度增加而减少,谱变窄。气溶胶粒子浓度水平变化幅度远小于垂直方向上的变化幅度,受天气条件及下垫面、云区等局地影响因子的影响较大。     

2009年石家庄地区大气气溶胶的飞机探测研究

利用2009年石家庄地区不同季节的3次机载粒子探测系统PMS(Particle Measurement System)的探测资料,结合地面天气形势、风场和探空资料对石家庄地区,晴空背景下大气气溶胶的统计特征、数浓度、平均粒径的垂直分布特征以及谱分布特征进行了分析。结果表明:晴天条件下气溶胶的数浓度随高度递减,粒径随高度变化不大;在数值上,4月16日气溶胶数浓度和粒径最大,其次是10月15日,最小的是6月10日,3次粒径变化幅度都不大;逆温层底层气溶胶明显积累,气溶胶浓度在1.5 km以下大气边界层内明显高于其他层次,逆温层的高度和厚度影响气溶胶的分布;3次不同季节晴天背景下石家庄地区气溶胶谱型基本一致呈单峰分布,小于0.3μm的细粒子对气溶胶的数浓度贡献最大。     

上海夏季大气气溶胶观测和分析

本文介绍了1986年夏季上海大气气溶胶粒子观测结果,分析表明,该地区大气气溶胶绝大部分为细粒态;粒子谱分布符合Junge分布;粗、细粒子浓度及其对气溶胶质量的贡献大小与天气状况和气象因子关系较密切;降雨对气溶胶的冲刷作用与雨强有紧密关系。     

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。      

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。     

郑州市大气气溶胶数浓度和质量浓度时空变化研究

利用激光粒子计数器和颗粒物自动测定仪测量的郑州市大气气溶胶粒子的数浓度和质量浓度,分析了局地气溶胶的干沉降和湿沉降以及郑州市大气气溶胶数浓度和质量浓度的时空变化,结果表明:郑州市局地区域大气气溶胶中粒径≥2μm的粒子,沉降速度随粒径的增大而增大,而粒径≤0.3μm的粒子,沉降速度变化不大;湿沉降率大于干沉降率。气溶胶浓度有明显的日变化特征,17:00-19:00为最高峰,6:00-9:00为次高峰,这是早晨及下午上下班汽车运行高峰期向大气排放的尾气和汽车扬尘所致。在垂直分布上,45-80 m处的粒子数多于1.5 m处的粒子数;在水平分布上,交通建筑区内的浓度高于其他功能区的浓度。     

2003年夏季临安地区大气气溶胶离子成分的尺度分布特征

文中利用2003年夏季在浙江临安大气本底污染监测站观测的资料,分析了临安的气溶胶质量浓度、离子成分的尺度分布特点及主要离子间的相互关系。初步结果显示,该期间临安气溶胶主要以粒径小于2.1μm的细粒子为主,约占总质量浓度的66%,其中粒径小于0.65μm的粒子可达总质量浓度的50%,远高于其他各级尺度段上的粒子浓度。与质量浓度分布相似,可溶性无机离子成分主要集中在粒径小于2.1μm(记为PM2.1)的细粒子中,PM2.1粒子中可溶性无机离子约占所有尺度段(包括所有5级)离子质量浓度总和的88%。其中粒径小于0.65μm的亚微米粒子中的离子质量浓度是细粒子的主要部分,占所有尺度段上离子质量浓度总和的77%。SO42-,NH4+和K+是PM2.1中决定性的离子成分。相关分析和离子平衡表明,PM2.1中SO42-与NH4+和K+有很高的相关,在粒径小于0.65μm的亚微米粒子中,非海盐硫酸盐(Nss-SO42-)主要为(NH4)2SO4,由气-粒转化产生;而在粒径为0.65~2.1μm尺度段,Nss-SO42-除(NH4)2SO4外,可能还有K2SO4,Na2SO4等存在。     

重庆冬季大气气溶胶的物理、化学特征

利用2001—2002年重庆冬季大气气溶胶粒子观测资料，分析了气溶胶粒子的数浓度、质量浓度、谱分布、化学元素组成及其与气象因子的关系。结果表明，重庆冬季大气气溶胶数浓度与我国其他大城市处于同一水平，大于0．3μm气溶胶粒子的平均数浓度为225．3个／cm^3（最大337．8个／cm^3）；冷空气入侵和降水是局地气溶胶的主要清除机制，雾的存在可以显著地改变气溶胶数浓度的一般日变化规律；PM10占TSP（Total Suspended Particles，总悬浮颗粒物）质量浓度的60％～80％；人为污染元素S、zn、As、Ph等在细粒子中富集较高。     

2009年石家庄地区不同天气条件下大气气溶胶分布特征

利用2009年石家庄地区的4次机载PMS探测资料,对不同天气条件下大气气溶胶的数浓度、平均直径垂直分布和谱分布及一次晴天条件下的水平分布进行分析。结果表明：PCASP 探头探测的0.1-3.0 μm气溶胶粒子最大数浓度的量级为102-104 cm-3之间,平均值量级为102-103 cm-3之间,平均直径最大值介于0.225-0.717 μm,平均值介于0.148-0.167 μm。晴天条件下,气溶胶的数浓度随高度递减,直径随高度变化不大;逆温层底气溶胶明显积累,气溶胶浓度在大气边界层内明显高于其他层次;阴天轻雾情况下边界层内的气溶胶数浓度大于雨天和晴天,雨天气溶胶浓度最低;晴天气溶胶数浓度的水平分布不均匀;在云中气溶胶浓度明显下降,在云外气溶胶浓度较高。不同天气条件和晴天不同高度情况下,石家庄地区气溶胶谱型呈单峰分布,小于0.3 μm的细粒子对气溶胶的数浓度贡献最大,且随着高度的增加谱宽变窄。     

一次秋季冷锋降水过程气溶胶与云粒子分布的飞机观测

利用机载PMS（Particle Measuring Systems）测量系统,对2008年10月4—5日石家庄地区一次冷锋降水云系的3次气溶胶和云粒子探测资料进行了分析。结果表明,冷锋过境降水前后,气溶胶粒子分布差异较大。降水发生前,气溶胶粒子平均数浓度约为103cm-3,平均直径为0.95μm;气溶胶主要集中于3000m高度以下的对流层低层,云内气溶胶数浓度明显减少。降水发生后,气溶胶粒子平均数浓度约为102cm-3,比降水前约小1个量级,平均直径为1.28μm;气溶胶主要集中于1200m以下的近地面层,其数浓度随高度增加而降低。气溶胶粒子浓度在低层云区内水平变化较小,而在无云区和云下近地层水平起伏较大。云粒子平均浓度比气溶胶小1～2个量级。气溶胶粒子平均谱主要呈双峰型,而云粒子谱主要为单峰型。     

青藏高原中东部气溶胶特征的飞机观测

利用2011年和2013年夏秋季在青藏高原中东部开展的11架次气溶胶特征飞机观测数据,分析气溶胶数浓度、数谱及核化相关特征。结果表明:受天气系统、地形和地表影响,观测区内气溶胶数浓度（N_a）和体积直径（D_v）的垂直和水平分布差异较大,N_a呈西北高、东南低,D_v低层大、高层小,局地中高层有沙尘。格尔木盛行东风时,云降水对低层气溶胶有清除作用,N_a和D_v明显降低,6.2 km高度和7.2~7.4 km高度的中高空受高原大风或对流影响形成沙尘;盛行西风时,低层D_v以0.5~0.8 μm为主,随高度升高和风速增大N_a升高,D_v变幅较小,6.2 km高度也有沙尘;不同天气系统影响下6.5 km高度以上均输入亚微米颗粒,N_a达5×103 cm-3,8.0 km高度盛行东风时比西风时N_a更高,D_v更小,谱垂直分布也有以上特征,整层输入以偏北或偏西路径为主。不同过饱和度测量云凝结核数浓度（N_ccn）表明,除格尔木6.0 km高度以下核化率（N_ccn/N_a）在21%~47%外,其他观测区平均核化率介于1%~16%,6.0~8.5 km高度的核化率总体偏低;当N_a增加时核化率明显下降,且过饱和度1%~2%,-15~-5℃层或粒径1~3 μm时的核化率相对偏高。     

一类光滑Chua''s电路的自适应同步

利用2009年5月8日多普勒雷达资料和飞机穿云观测资料,综合分析了西风槽影响下山西省一次积层混合云的形成过程和微物理结构。结果表明,此次飞机探测到的积层混合云是由对流单体多次并合形成的带状对流云团减弱后形成的,云中嵌有明显的对流泡,最大强度为45～50dBZ,最大垂直尺度在6km左右。CDP（cloud droplet probe,前向散射粒子谱探头）、CIP（cloud ima-ging probe,二维灰度云粒子探头）、PIP（precipitation imaging probe,二维灰度降水粒子探头）测量的平均数浓度变化范围分别是132.4～220.2cm-3、1.54×10-1～6.28×100cm-3、9.09×10-4～7.34×10-3cm-3。二维图像表明,冷层中的固态粒子主要是形状不规则的霰粒子,说明过冷水供应充足;在-7℃左右观测到柱状聚合体和凇附程度不同的冰雪晶粒子,表明柱状冰晶通过凝华形成后,碰并和凇附是其增长为霰粒子的重要机制。不同高度的CDP平均谱（2～50μm）存在一定的差异,因低层水汽凝结作用较强,2～18μm的云粒子数浓度基本随高度的增加而降低;因暖层中碰并效率低和冷层中小冰晶浓度随高度增加,24～35μm粒子数浓度随高度增加而增大。CIP平均谱（25～1550μm）,除4100m为双峰谱外,其他高度均为单峰谱。PIP平均谱（100～6200μm）,4450m高度处的粒子谱宽和数浓度最大,3200～4000μm之间出现大值区域,表明对流单体及周边区域为较大固态降水粒子的形成提供了良好的环境。     

Weather effects on the aerosol characteristics in the surface layer of the atmosphere

On the basis of 14-year (1994–2007) series of the semi-annual (January to June) measurements of the atmospheric aerosol microstructure in Dolgoprudny, Moscow region, effects are analyzed of pressure, wind speed, precipitation, and surface temperature inversions on the aerosol particle concentration. It is shown that the weather parameters affect concentration of the particles within a certain range of sizes (0.1 to 1 μm). Concentration of the smaller particles practically does not depend on the weather conditions. The weather effects on large (> 1 μm) particle concentration are not detected due to too high variability of the latter. From three the most available weather parameters (pressure, wind, daily precipitation amount), the observed weather conditions are classified, and for the detected types of weather, typical concentrations are determined of the aerosol particles of different sizes, which allow approximately estimating, from the standard weather data, the aerosol pollution under different meteorological situations.     

Observed changes in aerosol physical and optical properties before and after precipitation events

Precipitation scavenging of aerosol particles is an important removal process in the atmosphere that can change aerosol physical and optical properties. This paper analyzes the changes in aerosol physical and optical properties before and after four rain events using in situ observations of mass concentration, number concentration, particle size distribution, scattering and absorption coefficients of aerosols in June and July 2013 at the Xianghe comprehensive atmospheric observation station in China. The results show the effect of rain scavenging is related to the rain intensity and duration, the wind speed and direction. During the rain events, the temporal variation of aerosol number concentration was consistent with the variation in mass concentration, but their size-resolved scavenging ratios were different. After the rain events, the increase in aerosol mass concentration began with an increase in particles with diameter 0.8 μm [measured using an aerodynamic particle sizer(APS)], and fine particles with diameter 0.1 μm [measured using a scanning mobility particle sizer(SMPS)]. Rainfall was most efficient at removing particles with diameter ～0.6 μm and greater than 3.5 μm. The changes in peak values of the particle number distribution(measured using the SMPS) before and after the rain events reflect the strong scavenging effect on particles within the 100–120 nm size range. The variation patterns of aerosol scattering and absorption coefficients before and after the rain events were similar, but their scavenging ratios differed, which may have been related to the aerosol particle size distribution and chemical composition.     

临安大气气溶胶理化特性季节变化

分别利用碳成分分析仪、离子色谱仪和原子吸收光谱仪等获取浙江省临安地区大气气溶胶在春、夏、秋、冬四季的质量浓度、离子与碳成分特性，并对不同粒径气溶胶成分分布特点作了较详细分析。结果表明:气溶胶质量浓度、可溶性离子浓度以及碳成分浓度具有明显的季节变化趋势。整个尺度范围内，气溶胶质量浓度季节变化特点为春季浓度最高，达到534 μg/m3；冬季次之，质量浓度为117.21 μg/m3；夏季浓度最低，平均为65.7 μg/m3；秋季质量浓度98.6 μg/m3。可溶性离子成分在气溶胶中所占比例具有明显的季节性，其中夏季最高为49.4%，春季最低为11.3%。硫酸根离子SO₄2-和氨根离子NH₄+和硝酸根离子NO₃- 3种离子浓度之和约占离子总量的75%~83%。受温度影响，硝酸根离子NO₃-浓度随季节变化幅度较大，夏季平均浓度为1.7 μg/m3, 冬季平均浓度为11.5 μg/m3，是夏季浓度的6.8倍。碳浓度分布特点显示，气溶胶中元素碳浓度春季最高，夏季最低。有机碳浓度春季最高，冬季最低。气溶胶粒度分布特点也非常明显。四季中粒径小于11 μm（PM₁₁）的气溶胶均占气溶胶总量的90%以上，粒径小于2.1 μm（PM_2.1）的气溶胶占到气溶胶总量的53%以上。可溶性离子在粒径小于2.1 μm气溶胶颗粒中，以硫酸根离子、氨根离子和硝酸根离子为主。碳成分尺度分布特征为颗粒越小，有机碳及元素碳浓度越高。     

北京乡村地区分粒径气溶胶OC及EC分析

利用北京上甸子区域大气本底站2004年观测的分粒径大气气溶胶资料,分析了气溶胶中有机碳 (OC) 及元素碳 (EC) 的质量浓度水平、季节变化、尺度分布特征、OC与EC比值及其相关性。结果显示:上甸子站总悬浮颗粒物 (TSP) 中OC平均质量浓度为7.5~31.5 μg·m-3,EC质量浓度为1.4~6.6 μg·m-3;PM_2.1(粒径小于2.1 μm) 中OC质量浓度为4.0~19.1 μg·m-3,EC质量浓度大约为0.8~4.3 μg·m-3。冬季OC及EC质量浓度明显高于其他季节,其中冬、夏、秋季OC及EC峰值粒径出现为0.65~2.1 μm,但在春季峰值粒径移至2.1~4.7 μm。观测期间,OC与EC质量浓度比值平均为4~6,该比值略高于文献报道的我国一些城市地区的观测结果。     

北京等地对流层低层晴天气溶胶微物理特征

1982年4—7月对北京等地对流层低层晴天气溶胶数浓度、尺度谱分布进行了飞机观测。结果表明:来自西、西北和北部气团的气溶胶数浓度相当低（平均为10-1—100 /厘米3）。尺度谱分布用dn/dD=C/DA拟合，相关显著水平α≤0.01，幂指数A值多小于3（占总数73%以上），比Junge给出的A=4值小些。鉴于直径D=0.5—2微米粒子在大气中的重要性，也按dn/dD=C′/DB进行拟合，多数测值α≤0.01，少数α≤0.05。幂指数A、B和D=0.5—1微米粒子相对数浓度f1在水平、垂直方向上是相当均匀稳定的。受城市影响时，混合层内气溶胶数浓度明显增大，尺度谱分布斜率变陡（A、B增大），特别是和“气-粒”转化有关的D=1微米左右粒子数浓度增加非常显著，比不受城市影响时，增加了1—2个量级，最大可增加3个量级。可见，城市影响是造成混合层气溶胶数浓度增大、尺度谱分布变陡、局地大气污染加重、低层能见度变坏的重要原因。     

衡水湖湿地气溶胶分布的飞机观测

利用机载粒子探测系统PMS（particle measurement system）对华北衡水湖湿地进行了一次晴空气溶胶飞机探测,研究结果表明：衡水湖上空气溶胶粒子比城市、城镇上空气溶胶粒子小。在低层,衡水湖上空气溶胶数密度比衡水市、枣强镇大;在高层,城市、城镇气溶胶数密度比衡水湖大许多。衡水湖地区气溶胶粒子直径绝大多数为0．1-0．25μm,直径为0．25—3．0μm的气溶胶粒子非常少。衡水湖上空与城市、城镇上空气溶胶特征和垂直分布不同。