2010-2011年鞍山市能见度特征

利用2010年6月至2011年5月鞍山大气成分观测站的能见度资料,统计分析能见度与PM₁₀、PM_2.5、PM_1.0质量浓度、风速、降水强度和气溶胶光学厚度等气象要素的相关性。结果表明：鞍山市能见度月均值从8月份开始呈上升趋势,11月份达到峰值后开始显著下降,2月份达到最低值,自3月开始又出现较大幅度增长,进入夏季后略有下降;PM_2.5/PM₁₀、PM_1.0/PM₁₀比值与能见度呈反相关,能见度增大,PM_2.5/PM₁₀、PM_1.0/PM₁₀比值减小,且PM_1.0/PM₁₀的减小趋势更大,说明影响能见度的颗粒物以细粒子为主。平均风速与能见度变化趋势基本一致,与PM_2.5/PM₁₀、PM_1.0/PM₁₀的变化趋势呈反相关。随着雨强的增大,降水日能见度平均值随之减小,降水前一日和后一日的能见度平均值均大于降水日,且降水前一日及后一日的能见度改变量及改变率的绝对值随着降水强度的增加而增加。波长指数的变化说明影响鞍山能见度变化的污染物粒子整体较稳定,能见度与AOD成明显的反相关。     

基于地基观测的成都彭州气溶胶光学特性研究

利用2017年成都市彭州地区CE318型太阳分光光度计的观测数据,反演了该地区的气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)、Angstr?m指数(α)和大气浑浊度(β),分析了AOD与α、β以及可吸入颗粒物(PM₁₀、PM_(2. 5))之间的关系。结果表明:AOD表现出冬季>春季>夏季>秋季的季节变化特征,高值主要出现在冬、春季,低值主要出现在夏、秋季。Angstr?m指数在全年的波动不大,月平均值为1. 22±0. 19,低值出现在春季,高值出现在夏季。除了冬季,在其他季节观察到和Angstr?m指数具有相同的月变化趋势。AOD与β之间具有较强的相关性,但与PM₁₀、PM_(2. 5)的正相关关系表现偏弱。该地区气溶胶光学特性受北方沙尘的影响并不明显,但受到人类活动的影响显著,该地区主控态气溶胶是以细粒子为主的城市—工业型气溶胶类型。     

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。     

长三角工业区夏季近地层臭氧和颗粒物污染相互关系研究

利用2013年5月15日到8月31日南京江北工业区（长三角典型工业区）同步的观测资料分析了近地层臭氧（O₃）和细颗粒物（PM_2.5）、气溶胶光学厚度（AOD）的变化特征及相互间的关系,并结合光化学箱模式分析了AOD对近地层O₃生成的影响。结果表明,观测期间PM_2.5平均质量浓度为56.2±20.1 μg m-3;AOD（500 nm）均值为1.4±0.9;波长指数α（440~870 nm）均值为1.0±0.3。PM_2.5质量浓度24 h均值超国家二级标准20.2%,超标时AOD均值增加14.7%,α平均值增加23.9%,O₃体积分数均值减少12.3%。O₃超国家二级标准10.1%,超标时段AOD增加34.9%,α变化不显著。高温低湿条件下,O₃日变化峰值（y）和PM_2.5质量浓度（x）存在较高的线性相关。相对湿度＜60%时,两者拟合曲线为y＝0.97x+43.96（拟合度R2=0.60）,温度＞32°C时,两者拟合方程为y＝1.24x+30.61（R2＝0.64）。夏季长三角工业区呈现高浓度O₃与高浓度PM_2.5叠加的大气复合污染。O₃日变化峰值和AOD变化呈显著负相关。模拟结果显示,O₃日变化峰值（y）和AOD（x）呈现极高的负相关[y＝－34.28x+181.62,R2 = 0.93或y＝220.62·exp (－x/3.17)－19.50,R2＝0.99]。     

卫星气溶胶光学厚度资料同化对灰霾预报改进个例研究

面对日益严峻的大气污染形势,针对卫星气溶胶光学厚度（AOD）资料在灰霾数值预报领域的合理有效利用问题,使用WRF-Chem（WRF coupled with Chemistry）大气化学模式以及GSI（Gridpoint Statistical Interpolation）三维变分同化系统,利用MODIS和FY-3A/MERSI AOD资料,对一次灰霾天气过程进行了同化预报试验。试验结果显示,同化卫星AOD资料有效改善了模式初始场,MODIS和MERSI同化试验分别在AOD分析场的中心强度和空间分布各具优势,且对PM_2.5和PM₁₀的后续预报改进明显;从统计分析上看,同化试验的预报效果整体上好于控制试验,同化试验中PM_2.5和PM₁₀预报值的平均值、中值、平均偏差、均方根误差等指标均明显优于控制试验,且MODIS和MERSI同化试验分别在PM_2.5和PM₁₀预报统计结果中体现出了优势;卫星AOD资料同化能明显降低污染事件的空报率和漏报率,提高预报的TS评分和ETS评分。不同卫星AOD资料的差异对分析场中AOD的分布和强度产生了相应影响,进而影响了模式的灰霾预报效果;本次试验中,MODIS和MERSI AOD同化试验分别在PM_2.5和PM₁₀预报的评分上表现更佳。结果表明,卫星AOD资料同化对数值预报产生了积极的效果。      

利用FY-4A卫星光学数据对中国近地面PM2.5浓度的估算和检验分析

对FY-4A卫星的气溶胶光学厚度（AOD）产品进行检验,并根据卫星相关观测资料,通过改进后的PMRS方法,反演得到中国近地面PM_2.5质量浓度网格化分布。结果表明,FY-4A卫星反演不同站点AOD与地基观测网（AERONET）观测结果吻合较好,但存在一定的低估或高估现象,相关系数区间为0.54—0.87。将细粒子比（FMF）以0.4为界进行划分,FMF＞0.4时,拟合结果较FMF≤0.4时更接近于AERONET观测结果;但FMF≤0.4时,卫星反演的AOD稳定性优于FMF＞0.4时。通过引入AOD的大小,改进FMF＞0.4时对细粒子柱状体积消光比（VE_f）的估算算法,并通过改进后的PMRS方法对中国近地面PM_2.5浓度进行逐时反演,其反演结果和地面观测结果相关较好,其中,乌鲁木齐、石家庄和徐州观测点的相关系数均高于0.7,但数值上仍存在高估或低估,误差结果由多种因素决定。空间分布中,卫星反演的中国2019年近地面PM_2.5浓度月均值与近地面观测的结果有较好的对应关系,二者逐月演变趋势基本一致,基本可以反映出中国近地面大气细粒子的空间分布,特别是秋、冬季京津冀周边区域、汾渭平原等污染高值区均与地面观测对应较好。      

黑龙江省龙凤山区域大气本底站气溶胶光学特征分析

利用2010—2020年黑龙江省龙凤山区域大气本底站气溶胶光学特性长期观测资料, 分析并探讨了背景地区气溶胶光学厚度、波长指数、单次散射反照率、粒子体积谱分布以及气溶胶直接辐射强迫效应的变化特征。结果表明: 龙凤山区域气溶胶光学厚度最高值出现在7月, 平均值为0.67;最小值出现在12月、1月和2月, 平均值分别为0.17、0.02和0.18;气溶胶光学厚度在17时达到最高值为0.39。气溶胶波长指数在4—5月最低, 平均值分别为1.20和1.21;12月最高, 平均值为1.74;波长指数在12时达到峰值, 为1.44。单次散射反照率最低值分别出现在4月、8月和10月, 平均值分别为0.84、0.82和0.84;气溶胶单次散射反照率在12时出现峰值, 为0.95。龙凤山区域春季气溶胶粗粒子体积分数最高值出现在5月, 为0.04 μm³·μm^-2, 有效半径为3.85 μm; 夏季气溶胶细粒子体积分数最高值出现在7月, 为0.06 μm³·μm^-2, 有效半径为0.19 μm; 秋冬季龙凤山背景地区气溶胶细粒子和粗粒子体积分数均进一步减小。龙凤山区域地面和大气层顶气溶胶直接辐射强迫最高值均出现在7月, 分别为-94.44 W·m^-2和-22.33 W·m^-2。     

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。     

2010年长江三角洲临安本底站PM2.5理化特征

2010年在代表长三角区域背景地区的浙江省临安区域大气本底站开展了对大气细粒子PM_2.5为期1年的地面观测,并对细粒子中水溶性离子和碳组分的季节变化特征进行了分析。临安2010年大气中PM_2.5质量浓度平均为 (58.2±50.8) μg·m－3,PM_2.5质量浓度季节变化明显。利用HYSPLIT4模式计算了2010年临安72 h后向轨迹,根据轨迹计算与聚类结果,结合地面观测的PM_2.5数据进行了分析。研究表明:临安地区因受到长江三角洲区域及偏北气流引起的污染传输影响,呈现出高细粒子水平特征。PM_2.5中总水溶性离子年平均质量浓度为 (28.5±17.7) μg·m－3,占PM_2.5质量浓度的47%。其中,气溶胶组分SO₄2-,NO₃-和NH₄+所占比例最大,共占总水溶性离子的69%。PM_2.5中有机碳和元素碳的年平均质量浓度分别为 (10.1±6.7) μg·m－3和 (2.4±1.8) μg·m－3。有机碳和元素碳质量浓度显著相关,表明有机碳和元素碳主要来自相同的排放源。     

天津大气能见度与相对湿度、PM10及PM2.5的关系

为研究大气气溶胶及空气中水汽与大气能见度下降的关系,利用2009年天津大气边界层观测站大气能见度资料和同期观测的相对湿度、PM₁₀及PM_2.5资料,对三者与大气能见度的关系进行了分析。结果表明：大气能见度与相对湿度线性相关系数最高,PM2.5次之;大气能见度随相对湿度的增大而明显降低。相对湿度低于60 %时,大气能见度与PM_2.5的非线性相关性较好,与PM₁₀次之,与PM₁₀与PM_2.5差值的相关性最差。相对湿度高于60 %时,大气能见度与PM₁₀的非线性相关性较好,与PM₁₀-PM_2.5差值的相关性次之。大气能见度与相对湿度非线性相关系数高于线性相关系数。利用相对湿度、PM₁₀及PM_2.5数据计算得到了具有季节变化的非线性大气能见度拟合公式,经验证,该公式能较好地模拟天津地区的大气能见度。     

2008年北京奥运会期间大气气溶胶物理特征分析

应用MODIS卫星的气溶胶产品资料和地面的光学粒子计数器的资料,对比分析了北京地区2006、2007、2008年7～9月的气溶胶光学厚度、细粒子光学厚度、Angstrom指数、气溶胶粒子数浓度谱及体积谱,发现2008年北京奥运会期间(7月20日～9月20日)的气溶胶光学厚度比2006、2007年同期明显降低,气溶胶细模态光学厚度占总光学厚度的比上升,Angstrom指数上升,气溶胶细粒子数浓度没有明显相对变化,而粗粒子数浓度则减少约50%.利用大气标高,将MODIS反演的气溶胶柱的质量浓度转化为地面气溶胶质量浓度.用粒子计数器得到的体积谱,在假定气溶胶粒子密度的情况下,计算出其质量浓度.将这两种方法得到的气溶胶质量浓度与国家环境保护部公布的空气质量指数换算得到的可吸入颗粒物(PM10)质量浓度进行比较.结果表明:北京奥运期间空气质量总体达到了国家二级空气质量标准;与2006、2007年同期相比,2008年气溶胶PM10质量浓度明显下降,而这主要是由气溶胶粗粒子的减少引起的.     

灰霾过程中的气溶胶特性观测研究

结合太阳光度计、激光雷达以及其他相关数据对河北香河县2007年4月初的一次灰霾天气过程中的气溶胶特性进行了遥感研究。研究表明,在这次灰霾的爆发期间,能见度从20 km下降到3 km左右;气溶胶光学厚度（AOD）在3个波段上都明显增加,特别是380 nm处的AOD从6日的031增长到10日的140;Angstrom指数(ALPHA)也明显下降,例如340~440 nm处的ALPHA从7日的145下降到10日的099。从AOD和ALPHA在短波处的较大变化、体积浓度谱的粗模态粒子的大量增加和PM10浓度值的变化分析来看,这次灰霾过程中的气溶胶数浓度明显增加,其中还含有大颗粒物的大量导入。激光雷达探测消光系数的垂直分布也显示气溶胶在垂直高度上达到了近3 000 m左右。从微物理特征的变化上看,这次灰霾过程中局地气溶胶的散射能力增强,吸收能力减弱。另外,通过HYSPLIT模式对后向轨迹的模拟和对NCEP数据的分析,发现这次灰霾过程中所包含的大颗粒物的主要源地可能是蒙古地区,所以气溶胶呈现了一定的沙尘气溶胶特征。     

Spatio-temporal variations of optical properties of aerosols in East Asia measured by MODIS and relation to the ground-based mass concentrations observed in central Korea during 2001∼2010

Long-term variations and trends of atmospheric aerosols in the East Asian region were analyzed by using aerosol optical depth (AOD or τ), and ångström exponent (AE or α) obtained from the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) from 2001 to 2010. The increased emission of anthropogenic fine aerosols in east China resulted in the high AOD in this region during summer. The steady increasing emission of anthropogenic fine aerosols caused an increasing trend of AOD in east China, and the large-scale transport of sandstorms and smoke plume caused by forest fires affected intense inter-annual variations of AOD in the East Asian region. While in the central part of South Korea, located in the lee side of the East Asian continent, AE tended to rise to a level higher than in east China, the ground-based mass concentrations continued to decline. A noticeable decrease of PM10 mass concentration in spring and winter in central Korea is most likely attributable to decreases in sandstorms in the source region of East Asia. However, the ratio of PM2.5 mass concentration to PM10 increases overall with a high level in summer. Aerosol types were classified into dust, smoke plume, and sulphate by using satellite data over Cheongwon in central Korea. The columnar AOD, with different aerosol types, was compared with the ground-based mass concentrations at Cheongwon, and the relatively high level of the correlations presented between PM2.5 and AOD produced in sulphate. Growth and increases of fine hygroscopic aerosols generated as gas-to-particle conversion particularly in summer contribute to increases of columnar AOD in the East Asian region.     

Aerosols and their influence on radiation partitioning and savanna productivity in northern Australia

Aerosols have been shown to affect the quantity and quality of solar radiation on the Earth’s surface. Savanna regions are subject to frequent burning and release of aerosols that may impact on radiation components and possibly vegetation productivity in this region. Therefore, in this study, we have analyzed the optical properties of aerosols (aerosol optical depth (AOD) and Angstrom coefficient) from the Atmospheric Radiation Measurement site in Darwin for the periods from April 2002 to June 2005 as measured by a multifilter rotating shadowband radiometer. The influence of aerosols and their effect on surface shortwave incoming solar radiation and savanna productivity were examined for the dry season using sky radiation collection of radiometers and eddy covariance measurements from the Howard Springs flux site. Results indicated that aerosol concentrations in the region were relatively low compared to other savanna regions with the maximum monthly average AOD over the period being the greatest in October (0.29?±?0.003 standard error at 500 nm). The highest monthly average Angstrom exponent was also found in October (1.38?±?0.008). The relatively low aerosol concentration in this region can be attributed to the mixture of smoke aerosols with humidity haze and local circulations. Over a range of AODs from 0.1 to 0.4, we found a modest increase in the fraction of diffuse radiation to total radiation from 11% to 21%. This small increase in diffuse fraction did not affect the carbon flux significantly. However, because the current range of AOD in the region is relatively low, the region could be sensitive to increases in aerosols and diffuse fraction in the future.     

天空辐射计观测2006年春季北京地区气溶胶光学特性的研究

利用2006年3～5月天空辐射计观测数据反演得到北京地区春季大气气溶胶光学性质参数,包括大气气溶胶光学厚度(0.5μm)、Angstrm指数、单次散射反射比和粒子谱分布特征。结果表明:北京地区春季气溶胶平均光学厚度0.67,Angstrm指数0.54,单次散射比0.88,粒子吸收性质较弱,粒子谱呈双峰形,以粗粒子为主,粗、细模态粒子粒径分别集中在0.17μm和7.7μm左右。相比2004年此次观测期间气溶胶粒径较大,粒子体积浓度较高,散射作用在其消光特性中的比重略有下降。光学厚度日变化呈单峰型,日间单次散射比随时间逐渐递减,Angstrm指数在上午递减趋势明显,午后变得稳定。对同时观测的天空辐射计与CE-318不同波长光学厚度结果进行比较,结果显示两者得到的光学厚度相关性很好,各波长小时平均结果的相对误差小于7%。     

2010—2019年粤港澳地区气溶胶光学厚度时空分布特征

为了解粤港澳地区气溶胶光学厚度分布和时序变化规律, 深入认识大气气溶胶的光学特性及其气候效应, 利用2010—2019年的MODIS C61 AOD 3 km逐日产品, 分析了粤港澳地区的AOD空间分布及年、季、月变化特征。(1) MODIS AOD与AERONET CE318 AOD最优拟合系数为0.96, 与SolarSIM-D2 AOD拟合系数为0.62, 与PM < sub > 2.5 < /sub > 、PM < sub > 10 < /sub > 的最优拟合系数为0.58、0.56。(2)空间上表现为珠三角AOD值高, 粤西次之, 粤北及粤东北较低。(3)年变化特征整体上呈明显的下降趋势, 2010—2014年AOD波动上升, 至2014年达到峰值, 2015年后AOD显著减小, 于2016年达到最低值。(4)季节上表现为春季 > 夏季 > 秋季 > 冬季。(5)月变化特征表现为3月最大(AOD值: 0.73), 4月次之, 5—8月AOD维持在高值且波动平稳, 9—12月显著下降。研究显示, 粤港澳地区颗粒物污染防治应以佛山、广州等珠江三角洲城市及粤西为主, 重点控制春夏季高污染企业生产强度及颗粒物排放。      

基于太湖地区MFRSR遥感大气气溶胶光学特性和大气污染状况

利用2008年5月16日至2009年4月17日太湖地区多光谱旋转遮光辐射仪（multi—filter ro—tating shadow—band radiometer,简称MFRSR）的观测资料进行反演,得出415、500、615、675和870nm5个波段大气气溶胶光学厚度（aerosol optical depth,简称AOD）及各季节浑浊度系数和波长指数的统计结果。结果表明,5个波段AOD的最大值分别为1．9、1．6、1．3、1．2和1．0;它们谱分布的半宽度分别为0．90、0．70、0．55、0．45和0．25;AOD频率分布极大值处所对应的AOD值分别为0．750、0．550、0．475、0．425和0．425。5个波段AOD的平均值在春季最大,夏季次之,除870nm外,均为冬季最小。浑浊度系数变化范围为0～1．25,其中大于0．2的占97％以上,大于0．4的占66％以上。春季、夏季、秋季和冬季的波长指数变化范围分别为0～3．0、0～2．8、0．2～2．0和0．2～2．0,表明太湖地区大气污染较为严重,且受人为源的影响显著。相对于秋冬季,春夏季有较大粒径的气溶胶粒子存在。     

Aerosol radiative properties in the semiarid Western United States

Characterization of aerosol optical properties, such as aerosol optical depth, Angstrom exponent, and volume size distribution at the semiarid site of Tombstone Arizona (31°23′N, 110°05′W, 1408 m) will be presented for one annual cycle. In this region, extensive observations of selected optical parameters such as aerosol optical depth (AOD) have been made in the past and reported on in the literature. Less is known about other optical characteristics that are important in climate modeling and remote sensing. New observational techniques and inversion methods allow for the expansion of the earlier information. Observations have been taken with a state of the art sun photometer for a 1-year period and their analysis will be presented here. Monthly mean AODs at 500 nm were found to be in the range of 0.03–0.12; the monthly mean Angstrom exponent ranged from 0.9 to 1.6, being higher in spring and summer and lower in late fall and winter. Volume size distributions exhibit clear dominance of smaller particles, with a gradual increase in size from winter to spring and into summer. Annual variation of the radii of the smaller and the larger particles ranged between 0.05–0.4 and 4–8 μm, respectively. Radiance measurements at 940 nm were used to estimate precipitable water. The retrieved values compared within limits of uncertainty with independently derived estimates from the National Center for Environmental Prediction (NCEP) regional weather forecast model. An interesting outcome from this study was the consistency found in aerosol optical depths as observed in this study and those derived about two decades ago.     

利用MODIS光学厚度遥感产品研究北京及周边地区的大气污染

对2001年在北京地区利用太阳光度计观测的气溶胶光学厚度和NASA发布的MODIS气溶胶产品进行了比较,验证了这一卫星遥感产品的可靠性;比较了2001年MODIS气溶胶光学厚度(AOD)产品和由空气污染指数(API)计算的每日平均可吸入颗粒物(PM10)浓度,得到了比较高的相关系数,证实该气溶胶产品可用于污染分析.将北京地区AOD与气象能见度观测资料进行比较,得到了不同季节的气溶胶"标高".利用统计的不同季节的气溶胶标高,从光学厚度的季节分布得到了能见度(能见距离)的季节分布.气溶胶光学厚度图像的个例分析表明,除局地排放外,周边区域(主要为西南和南向)的输送对北京市区的空气污染贡献份额较大.卫星遥感气溶胶可以比较直观地再现污染物的区域分布和输送,不仅为研究全球气候变化也为研究区域环境的空气质量提供了一种有效手段.