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.     

上甸子秋冬季雾霾期间气溶胶光学特性

通过对2004年秋冬季(9—12月)4次雾霾天气过程在京、津背景地区——北京上甸子大气本底污染监测站观测的大气气溶胶光学特性的分析,发现该地区气溶胶光学特性受天气过程的影响很大。4次雾霾影响时段,平均气溶胶散射系数σ_(sca)、吸收系数σ_(abs)和单次散射反照率ω都远高于雾霾过后清洁时段的数值,其中气溶胶ω在雾霾影响时段为0.94～0.97,雾霾后为0.84～0.86,平均减小了0.1左右,表明雾霾天气有利于气溶胶的累积和生成。相比于光吸收性气溶胶,雾霾天气对光散射性气溶胶的增加更为有利,反映了二次气溶胶的产生及其对消光的贡献可能有较大增加。     

中国4个国家级野外站大气CH4本底浓度变化特征

CH4是仅次于CO2的重要温室气体。2006年9月至2008年8月期间,按全球大气本底观测要求,在青海瓦里关、北京上甸子、浙江临安和黑龙江龙凤山4个国家级野外站开展每周一次空气样品flask瓶采样分析,获得了该地区为期2 a的大气CH4本底浓度资料。结果表明,2 a间瓦里关、上甸子、临安和龙凤山4站CH4浓度年均增幅分别为9.1×10-9、3.8×10-9、21.8×10-9和8.2×10-9;瓦里关站大气CH4浓度增长趋势与全球平均状况较为接近,能较好地反映北半球中高纬度内陆地区大气本底特征;但上甸子站年均本底值相对较低且季振幅偏小,而龙凤山和临安站季节变化规律相似,表现为CH4浓度冬季高而夏季偏低且季振幅较大。     

青藏高原瓦里关站黑碳气溶胶长期演变特征及来源分析

为了解青藏高原黑碳气溶胶的长期演变特征及来源,使用1994年7月至2017年7月共24 a的中国瓦里关全球大气本底站等效黑碳浓度地面观测数据,1994年8月至2004年6月的风向、风速地面观测数据,美国国家环境预测中心/国家大气研究中心全球再分析气象数据,分析了青藏高原中国瓦里关全球大气本底站测量的等效黑碳浓度的长期演变特征及输送特征。在此基础上利用拉格朗日混合单粒子轨道模型、浓度权重轨迹分析方法分析了黑碳污染气团的区域输送路径及潜在来源。结果表明,瓦里关站的等效黑碳浓度在24 a间先升后降,在2012年达到浓度高值,随后降低。24 a月平均浓度最高值出现在4月,最低值出现在11月。等效黑碳浓度的日变化特征在不同季节表现不同,春、夏、秋季均为双峰特征,峰值出现在凌晨和午后,冬季日变化较为平缓。等效黑碳浓度与风向密切相关,年均浓度最高值出现在东东北风向,次高值出现在东风向。通过浓度权重轨迹方法对黑碳污染气团的潜在来源分析可以看出,污染物主要来自瓦里关站的西南和东南方向。     

基于CALIPSO卫星资料的华东地区气溶胶垂直分布特征

基于2010年12月1日—2011年11月30日美国国家航空航天局云—气溶胶激光雷达与红外探测者卫星搭载的激光雷达CALIPSO的监测数据,通过分析消光后向散射系数、体积退偏比和色比,得到了华东地区垂直方向上气溶胶粒子的散射能力、尺度、规则程度随高度的变化及其季节变化特征。结果表明:随着高度的增加华东地区大气的散射能力减弱。整层大气不同季节粒子的形状大小不同,春季不规则、大粒径粒子所占比例与其他季节相比较大。夏季较规则、小粒径的粒子较多。各高度层的后向散射系数值分布范围为5×10-4~20×10-4 km-1·sr-1。对不同高度消光后向散射系数、体积退偏比和色比随时间变化的研究表明,春季受沙尘输送的影响,0~4 km大气层中不规则大粒径粒子较多;4~8 km大气层由于所含气溶胶粒子较少,大气散射能力随季节变化不明显;而8~10 km大气层中粒子含量最少,导致大粒径粒子所占比例较高,此外该高度层在秋季不规则、大粒径粒子相对较多,冬季规则、小粒径粒子相对较多。     

城市排放与输送对北京上甸子站温室气体本底观测的影响分析

以北京上甸子区域大气本底站二氧化碳(CO2)和几种典型卤代温室气体(HFC-134a、PFC-218和HCFC-22)浓度在线观测为例,统计分析并匹配计算了各风向浓度距平与浓度载荷,探讨了各季节城市排放和输送对上甸子站温室气体本底观测的影响。研究期间,CO2本底数据比例约21.2%,受局地和城市排放与输送影响,非本底浓度比本底浓度偏高(3.7±1.3)×10~(-6);HFC-134a和PFC-218浓度距平和浓度载荷的特征反映了两个物种源区特征的差别;HCFC-22浓度特征与空调制冷剂夏高冬低的季节排放规律相一致。     

北京上甸子典型天气个例的大气气溶胶数谱分布特征

使用差分淌度粒径分析仪(TDMPS)和空气动力学粒径分析仪(APS)对上甸子区域本底站气溶胶(直径3nm~10μm)数谱分布特征进行观测。利用2008年的观测结果,分析了不同天气(包括沙尘天气、干洁天气和雾霾天气)条件下大气气溶胶数谱分布及其与气象要素和气团来源的关系。结果表明,沙尘天气条件下,上甸子站受西北方向的气团控制,风速较大,粗粒子数浓度明显增加,PM10的质量浓度可以迅速增加到毫克每立方米(mg·m-3)的量级。典型的"香蕉型"新粒子生成事件通常发生在比较干洁晴朗的天气条件下,西北气团主导,大气中背景气溶胶数浓度较低,核模态气溶胶数浓度迅速增长,气溶胶的粒径呈现明显的增长过程,核模态可以平稳地增长到约80nm,达到成为云凝结核的尺度。雾霾天气通常是在西南气团影响下,细颗粒物(1μm以下)不断累积、相对湿度不断升高的条件下发生的。雾霾天气条件下数谱分布的几何中值粒径出现在积聚模态,积聚模态数浓度也高于非雾霾天。个例研究表明,雾霾天气条件下,PM2.5质量浓度可以达到非雾霾天的10倍左右,其中以细颗粒物的贡献为主。在雾霾天气条件下,上甸子站数浓度较高的积聚模态颗粒物主要来自城区的传输,因此对背景地区气溶胶数谱的研究可以为解析城区气溶胶复杂来源提供依据。     

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。     

东莞散射系数的特征及与地面气象要素关系

利用东莞市大气成分站2013年散射系数和地面气象观测资料,分析了散射系数的变化特征及与气象因子的关系,结果可知:2013年东莞散射系数年平均值为163.7 M·m-1,1月份的散射系数最大,7月份最小。散射系数日变化特征表现为:早晨出现峰值,下午出现谷值;白天散射系数的变化非常明显,而夜间变化比较平缓;夜间散射系数值高于白天。散射系数与气象要素关系表现为:受偏西风的影响,东莞散射系数维持在较高的水平,南风则有利于散射系数降低;风速低,散射系数则高,随着风速增大,散射系数逐渐降低,当风速进一步增大时,散射系数保持在较低的水平;正变温或大幅度降温,散射系数会明显下降,而小幅降温则呈上升趋势;散射系数高值较少出现在湿度低的条件下,多出现在高湿度环境下;气压低,散射系数相对较低,不过受热带气旋外围的下沉气流影响,可能会出现极端情况;降雨虽然能洁净大气,降低散射系数,但不是每次降雨后,散射系数都有所降低。     

北京及其周边地区冬季SO2的变化与输送特征

利用实施北京市奥运空气质量保障计划"北京市与周边地区空气污染物的输送、转化及北京市空气质量目标研究"项目的有利时机,于2007年1月15～27日在中国科学院大气物理研究所北京站、香河站和兴隆站,采用先进的差分吸收光谱仪(DOAS)和SO2气体分析仪取得了高质量SO2浓度的连续观测资料,同时还获取了相应的常规气象资料和系留气艇探测的常规气象参数廓线资料.分析和讨论了北京及其周边地区的SO2污染的变化过程特征、日变化特征、输送特征、源排放特征以及与天气过程和气象条件的紧密联系.研究表明:1)北京站、香河站和兴隆站的SO2浓度逐日变化明显,变化趋势一致,通常处于同一个天气系统控制之下,SO2污染呈现区域性分布特征.2)冬季SO2浓度日变化明显,夜晚最高,15时(北京时)最低.3)SO2浓度与大气稳定度、风速、风向密切相关,风速越小、大气越稳定,SO2浓度越高;当吹西南风时,SO2浓度升高,西北风时浓度明显降低.4)HYSPLIT后向轨迹数值模拟结果和OMI卫星反演表明周边地区的SO2长距离输送对站点的贡献不能忽视.     

成都地区不同天气条件下大气电场特征研究

对某一地区大气电场的研究有助于了解该地区大气电场特征,对分析该地区各种天气过程的特征提供很大帮助。本文利用成都地区2009~2015年大气电场资料,分析结果表明:成都地区晴天大气电场日变化基本上呈现出双峰双谷型,峰值出现在06:00和14:00,谷值出现在03:00和22:00;阴天大气电场有明显的双峰值,相对于晴天大气电场值更小;大雾大气电场强度均为正值,电场强度小于该时段晴天大气电场值;雷电条件下地面电场的起始、发展、结束阶段地面电场变化明显。      

1961—2009年辽河流域水文气象要素变化特征

依据1961—2009年辽河流域5个气象观测站点逐日降水和气温观测资料,运用非参数检验方法（Mann-Kendall法）,对辽河流域降水和气温的变化趋势进行了分析。利用2006—2010年夏季共162d降水日的铁岭站日降水量与铁岭水文站径流量资料,探讨了日降水量与径流量之间的相关关系。结果表明：辽河流域年降水量减少趋势明显,降水量偏少年份明显增加,其主要原因为占全年降水量65%的夏季降水以7.4 mm/10 a的气候趋势倾向率递减,呈现出明显的减少趋势;辽河流域的年平均气温是在波动中逐渐上升的,且升温趋势明显,春季呈明显的升温趋势,夏季略有下降,秋季变化不大,冬季是气温上升最明显的季节;日降水量与径流量存在正相关关系,且日降水量与降水第二日的径流量相关显著。     

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。     

Visibility trends in six megacities in China 1973–2007

The particulate matter pollution has been serious in Chinese megacities due to the rapidly expanding economic and industrial developments, which has significant influences in atmospheric visibility. Visibility is a highly relevant factor indicating the level of atmospheric quality, and is inversely related to the optical extinction coefficient caused by gas and particle phases. In our study, visibility trends for six major megacities (Beijing, Chengdu, Guangzhou, Shanghai, Shenyang, and Xi'an) in China were evaluated during 1973–2007 on the basis of the National Climatic Data Center (NCDC) database using four measurement methods: the days per year of daily visibility < 10 km, the days per year of daily visibility > 19 km, the annual mean visibility, and the dry extinction coefficient. The annual and seasonal change trends of visibility for each city were analyzed by using a linear regression model. The annual mean visibilities for the six cities (Beijing, Chengdu, Guangzhou, Shanghai, Shenyang, and Xi'an) were 10.67, 8.60, 10.76, 8.59, 8.16, and 9.74 km respectively. Shenyang has experienced a significant increasing trend during the entire time series while visibilities for other five sites showed decreasing trends especially since the middle of 1990s. In the southern and midwestern regions (Chengdu, Guangzhou, Shanghai, and Xi'an), visibility was best in summer, whereas in the northern regions (Beijing and Shenyang), visibility was best in spring. Mean visibility in spring was worst at Guangzhou, while for the other five cities visibility in winter was worst, probably because of coal burning during the heating period. The general degradation of visibility in these megacities was probably due to the excess aerosol loading. Consequently, an urgent targeted reduction of aerosol pollution may be needed for the sake of better air quality in Chinese megacities.     

1961-2010年安徽省大气环境容量系数变化特征分析

基于1961-2010年安徽省气象台站的定时观测资料,采用国标法计算安徽省近50年大气稳定度、混合层厚度和大气环境容量系数,并结合合肥市空气质量逐日观测数据初步分析了大气环境容量系数对空气质量的影响。结果表明：安徽省大气稳定度以中性类居多,稳定类其次;近50年来,中性类稳定度呈明显下降趋势,不稳定类和稳定类呈显著上升;不稳定类和稳定类有明显的季节差异,中性类不明显。年平均混合层厚度显著下降;春季混合层厚度在2000年左右发生转折,夏、秋、冬三季下降趋势显著;春、夏季混合层厚度高于秋、冬季,冬季最低,春季最高。安徽省大气环境容量系数以沿淮中部、大别山区南部和沿江中西部最大,淮北大部、大别山区北部和江南南部最小,各地均呈现一致的显著下降趋势,并具有明显的年代际变化特征。年内大气环境容量系数呈"双峰型"分布,秋、冬季为低值时段,大气对污染物容纳能力较差,不利于扩散和清除,空气质量较差。总的来看,1961-2010年安徽省大气稳定度显著增加,混合层厚度较明显下降、风速快速减弱是全省大气环境容量系数变小、大气自净能力减弱的最主要原因。     

宁夏春季沙尘暴气候趋势及成因分析

对20世纪60年代以来宁夏春季沙尘暴变化趋势进行分析，结果表明：沙尘暴具有明显的年代际变化特征，80年代中期宁夏春季沙尘暴发生突变，在此之前为沙尘暴高发期，其后沙尘暴日数明显减少。为探究形成这一变化趋势原因，从形成沙尘暴的动力因子入手，对大气环流、海温、大风日数、平均气温等的长期变化趋势进行分析，发现北半球极涡强度指数、极涡面积指数、亚洲西风环流指数、Nino3区海温及宁夏春季大风日数、冬季平均气温、冬春季平均气温温差与沙尘暴存在较为一致的年代际变化特征，即决定冷空气活动频次的诸因子在80年代中期也发生了突变。由此可见，在同一生态背景下，冷空气活动次数对形成春季沙尘暴的变化趋势起着至关重要的作用。     

华北背景地区大气能见度变化特征及影响因素分析

基于1980~2014年上甸子国家级地面气象台站人工观测的大气水平能见度数据和大气成分站资料,采用Mann-Kendall趋势分析及突变检验法对大气能见度进行分析,并结合气象和污染要素进行相关性检验,以了解华北背景地区大气能见度的变化趋势及其影响因素。结果表明:上甸子地区年均能见度呈下降趋势,能见度最大和最小变率出现在夏季和春季,分别为3.4 km（10 a）-1和1.7 km（10 a）-1;冬季能见度（38.1 km）最高,秋季（36.2 km）次之,春季（32.8 km）和夏季（31.4 km）较低;突变分析表明上甸子地区的年均能见度未出现明显突变。能见度受各类气象因子的综合影响。根据Person相关和偏相关的统计结果,能见度与相对湿度和风速均呈明显负相关;与气压呈明显的正相关;而与气温的相关系数时正时负,表明气温对能见度的影响具有两面性。能见度下降的主要原因为大气污染,能见度随着大气细颗粒物增加呈幂指数降低（决定系数R2=0.98,显著性水平p < 0.01）;能见度为10 km时对应的细颗粒物（PM2.5）的边界浓度为74 μg/m3;在现行的国家环境空气质量标准二级标准（75μg/m3）下,可以使华北背景地区保持较高的大气能见度（≥ 10 km）。     

2006年春季沙尘天气异常的气候背景分析及趋势预测检验

作者概述了2006年春季我国北方地区沙尘天气异常的观测特征.与2000～2005年同期相比,2006年春季,我国北方地区沙尘天气过程相对频繁,强度偏强.首先,利用NCEP再分析资料及台站观测资料,对可能影响2006年春季我国沙尘天气异常的气候背景进行了分析,结果表明:2006年春季北方地区冷空气势力较常年强,冷空气活动较频繁,这是造成2006年春季我国沙尘天气多于前几年的动力原因.此外,春季我国西北及内蒙古的沙源地区降水偏少,干旱少雨,加之春季气温偏高,在一定程度上也有利于沙尘天气的形成.利用IAP 年度数值气候预测系统对2006、2007年春季我国沙尘天气趋势的气候背景进行了预测,检验了系统对2006年沙尘趋势的预测能力,并对2007年春季沙尘天气趋势进行了展望.结果表明:预测系统较好地预测出2006年我国北方地区春季降水偏少、土壤偏干的状况,但对风场的预测与实况有一定的差距,由预测的气候距平结果推断2006年春季我国北方沙尘次数正常略偏少,与实况相反;对2007年春季的预测结果表明,2007年春季我国北方,特别是西北及内蒙古沙源地区土壤湿度偏湿,冷空气活动势力偏弱,不利于沙尘天气的形成,由此预测2007年春季我国北方沙尘趋势与常年相比略偏弱.     

太湖局地小气候特征

利用2004年12月至2009年2月无锡马山自动站和无锡学前街自动站气温数据,分析了太湖地区局地小气候的变化特征。结果表明：太湖地区局地小气候特征非常显著,总体上表现为年际、季际、月际和各时段的平均气温较其他地区异常偏低。但在不同的气象条件背景下如晴天、雨天和各种特殊天气存在不同的特点。晴天太湖地区主要表现为气温偏低;雨天春夏秋季主要表现为气温偏高,而冬季表现为气温偏低。高温、暴雪天气条件下,太湖地区主要为气温偏低但强度上存在很大的差异,而寒潮天气条件下太湖地区气温相较其他地区则时高时低。     

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.