沈阳大气气溶胶光学特性及其影响因子

利用2010年3—10月沈阳大气成分监测站CE－318太阳光度计观测资料,计算沈阳大气气溶胶光学厚度和波长指数等大气光学特性参数,结合地面气象观测资料,分析大气气溶胶光学特性及其影响因子。结果表明：沈阳气溶胶光学厚度在3—6月较高,8月较低,9—10月气溶胶光学厚度略有增加;除4月和8月外,气溶胶光学厚度与风速基本呈反相关;气溶胶光学厚度与可吸入颗粒物（particulate matter,PM）质量浓度变化趋势基本一致;气溶胶光学厚度日平均值距平的绝对值、改变率均与降水强度成正比;地面能见度与气溶胶光学厚度呈负相关。由气溶胶浑浊度系数计算的能见度在4—6月与实际观测的能见度基本吻合,由气溶胶标高计算的水平能见度整体小于实际观测的水平能见度。     

1999-2003年我国气溶胶光学厚度的变化特征

利用我国70站1999-2003年1月、4月、7月、10月月平均水汽压和能见度资料,反演得到各站大气气溶胶光学厚度（AOD,aerosol optical depth）,分析了气溶胶光学厚度的变化特征。结果表明：中国多年平均大气气溶胶光学厚度的分布是以四川盆地为中心向四周减少,长江中下游和广东沿海为两个次大值中心,而东北和西北大部分地区以及云南等地AOD较小;各季节AOD的空间分布都有所不同;近5aAOD有弱增加趋势;月平均气溶胶光学厚度与能见度有较好的负相关关系。     

北京地区气溶胶光学厚度中长期变化特征

利用1977～1985年北京地区太阳直接辐射谱资料，分析获得了气溶胶光学厚度谱特性，使用PIS光谱仪从1993年3月到1995年3月，持续观测了北京地区晴天和少云天气的太阳直射光谱。得到了至今较为长期系统的城市大气气溶胶光学性能及特征。研究表明:（1）气溶胶光学厚度有春夏季大，秋冬季小的统计规律；（2）能见度分级后，同一能见度下气溶胶光学厚度各季节之间的差别大为减小，地面能见度对整层光学厚度表现出了较强的约束作用，文中给出了统计关系；（3）气溶胶光学厚度有逐年增高的趋势，1977年至1994年间增长了约三分之二。     

利用地面水平能见度估算并分析中国地区气溶胶光学厚度长期变化特征

首先对1980年前后能见度资料非均一性进行了处理, 得到中国地区1960～2005年能见度时间序列, 并由此估算得到气溶胶光学厚度时间序列。对比已有观测及研究结果, 本文获得的气溶胶光学厚度时间序列能够较好地反映出中国地区气溶胶光学厚度长期变化特征。中国地区气溶胶光学厚度呈现逐年增加的趋势, 但1985年后增加趋势减缓, 这种变化在大城市区域表现得更为明显。中国地区气溶胶光学厚度空间分布上呈现东南部高、 西北部低的特征, 东南部地区气溶胶光学厚度普遍大于0.4, 最大值出现在四川盆地, 气溶胶光学厚度超过0.8。     

2010—2012年我国西北地区沙尘个例气溶胶特征分析

利用2010—2012年间中国西北地区敦煌、民勤和塔中3个站点的CE-318太阳光度计观测资料,反演获得了气溶胶440 nm波段的大气气溶胶光学厚度（AOD）及440—870 nm波长指数（Alpha）,同时结合Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS)卫星L1B产品及环境颗粒物监测仪Tapered Element Oscillating Microbalance(TEOM)观测的PM10数据,挑选出2010—2012年间沙尘天气特征明显的6个日期,并对这6天的气溶胶光学特性、PM10浓度变化特征及沙尘气溶胶来源进行了分析。研究结果表明：MODIS卫星图有明显沙尘天气过境时,当天的AOD值较高,Alpha值则较低,且AOD和Alpha表现出相反的变化趋势。这表明在这3个站点沙尘气溶胶占主导,PM10浓度变化与AOD变化趋势有较好的正相关性。Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory（HYSPLIT）后向轨迹分析表明,气团大多起源于塔克拉玛干沙漠或干旱、半干旱区。     

兰州冬季大气气溶胶光学厚度及其与能见度的关系

利用光度计资料，计算了兰州冬季大气气溶胶的光学厚度，并利用计算结果进一步得出了Angstrom浑浊度系数β和波长指数α，对计算结果的分析表明，兰州冬季气溶胶与历史同期相比，光学厚度较大，浑浊度较高，且多为大粒子。此外，本文还对气溶胶光学厚度与能见度进行了分析、拟合，二者的变化趋势正好相反，光学厚度与能见度之间近似呈指数递减的关系。     

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。      

华东三市能见度、气溶胶和太阳辐射变化特征

利用南京、杭州和合肥3个台站1961-2001年能见度和水汽压资料,反演3个城市0.55 μm气溶胶光学厚度(AOD),并据此分析了这3个城市的能见度和气溶胶光学厚度的变化特征;利用太阳辐射资料分析太阳辐射变化特征,并与气溶胶光学厚度变化特征作对比.结果表明,在1961-2001年间,这3个城市的能见度呈现明显下降的趋势,南京和杭州下降最快,合肥下降较慢,并且具有明显的季节性差异,夏季最大,冬季最小.气溶胶光学厚度则呈现上升趋势,增加最快的是南京,最慢的是合肥.按季节划分来看,春夏较高,秋冬较低.1990年之前,这3个地区的总辐射和直接辐射都呈现明显的下降趋势,散射辐射的变化趋势不显著,而1990年后,南京与合肥的总辐射略有回升.辐射季节总量按由多到少依次是夏季、春季、秋季和冬季.气溶胶光学厚度与直接辐射间有较好的负相关性.     

近10年中国16个台站大气气溶胶光学厚度的变化特征分析

应用宽带消光法从1993～2002年中国16个辐射观测站小时累积太阳直接辐射资料,反演了逐时气溶胶光学厚度值,并统计日、月、年的平均值,用作气溶胶光学厚度变化特征分析.结果表明,16个辐射站总的年平均气溶胶光学厚度在0.32～0.36之间变化,沈阳和郑州两站的气溶胶光学厚度有明显增加的趋势,而哈尔滨、兰州、广州、北京等站气溶胶光学厚度则有明显减弱的趋势.就季节变化而言,一般气溶胶光学厚度最大值出现在春季.月平均气溶胶光学厚度与月平均能见度有较好的负相关关系.     

关于中国大气气溶胶光学厚度的一个参数化模式

应用中国 1 6个气象台站探测的 1 990年太阳宽带直射辐射信息 ,反演得到了这些台站大气气溶胶光学厚度资料 ,发展了一个应用地面气象能见度和水汽压信息确定大气柱气溶胶光学厚度的参数化模式 ,它比 Elterman模式更适合中国的广大地区。研究还发现 ,比较 Elter-man气溶胶粒子浓度垂直分布模式 ,中国许多地方气溶胶粒子浓度垂直衰减较慢。     

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。     

基于能见度及AOD数据的北京市PM2.5浓度的反演

选择北京市为研究地区,对2014～2017年AERONET（Aerosol Robotic Network）提供的CE-318太阳光度计440 nm波段反演的气溶胶光学厚度（AOD）进行风速订正,对订正后 AOD 日均数据与同期地面监测站PM2.5日均浓度数据做季节相关性分析并建立回归模型。又引入能见度因子并利用广义差分法构建2015～2017年北京市AOD与PM2.5浓度、能见度的三元回归模型,最后将2014年数据分为污染日和非污染日分别进行模型检验。结果表明:AOD与PM2.5浓度存在显著的线性正相关性,且存在季节性差异,夏季相关性最强、秋季次之、春季和冬季最低。引入能见度因子并消除自相关后,四季的模型相对误差均显著减小,模型拟合优度显著提高。检验结果为四季整体的平均相对误差在21%～31%范围内,与前人的结果相比拟合曲线的准确性得到了明显地提高。且模型对低PM2.5浓度日的模拟效果较好,对于高PM2.5浓度日的模拟效果较差。本研究对构建北京地区PM2.5浓度长期的历史数据具有重要的科学意义。     

2007年冬季大连市区气溶胶垂直剖面特征

选用2007年1月8—30日期间8个无云天的激光雷达资料进行分析。基于Fernald方法反演得到气溶胶消光系数廓线,结合无线电探空资料分析了边界层内气溶胶时空分布,并将反演的激光雷达最低观测高度处(180 m)的气溶胶消光系数与地面PM10、能见度资料进行对比分析。结果表明：冬季大连市区气溶胶主要分布在2 km以下区域,早晨和夜间在0.5 km以下区域经常存在一个气溶胶层;气溶胶消光系数廓线与探空资料较吻合;反演激光雷达最低观测高度处(180 m)的气溶胶消光系数与地面的PM10浓度呈正相关,与能见度呈负相关,相关性较好。     

Aerosol Optical Properties Affected by a Strong Dust Storm over Central and Northern China

Aerosol observational data at 8 ground-based observation sites in the Chinese Sun Hazemeter Network(CSHNET)were analyzed to characterize the optical properties of aerosol particles during the strong dust storm of 16-21 April 2005.The observational aerosol optical depth(AOD)increased significantly during this dust storm at sites in Beijing city(86%),Beijing forest(84%),Xianghe(13%),Shapotou(27%),Shenyang(47%),Shanghai(23%),and Jiaozhou Bay(24%).The API(air pollution index)in Beijing and Tianjin also had a similar rise during the dust storm,while the Angstrm exponent(α)declined evidently at sites in Beijing city(21%),Beijing forest(39%),Xianghe(19%),Ordos(77%),Shapotou(50%),Shanghai(12%),and Jiaozhou Bay(21%),respectively.Furthermore,The observational AOD andαdemonstrated contrary trends during all storm stages(pre-dust storm,dust storm,and post-dust storm),with the AOD indicating an obvious"Valley-Peak-Valley"pattern of variation,whileαdemonstrated a"Peak-Valley-Peak"pattern. In addition,the dust module in a regional climate model(RegCM3)simulated the dust storm occurrence and track accurately and RegCM3 was able to basically simulate the trends in AOD.The simulation results for the North China stations were the best,and the simulation for dust-source stations was on the high side,while the simulation was on the low side for coastal sites.     

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。     

The simulation of aerosol transport over East Asia region

This study was carried out to understand the contribution of PM10 from China emission to Seoul Metropolitan Area (SMA) during high concentration period in January, 2007. The hourly PM10 concentration in Seoul Metropolitan Area had reached up to over 150 μg/m³ on 17th and 23rd of January in 2007. The aerosol transports from China along the Northwestern wind becomes the background concentrations in Korea and the assessment of the amount of contribution from China is very important in managing the air quality improvement plan in SMA.The U.S. EPA's Models-3/CMAQ (Community Multiscale Air Quality) was used to simulate PM10 concentration. The CMAQ performance was evaluated by comparing with the measurements in SMA for the episode period. The predictions were relatively in a good agreement with the measurements.The results show that the PM10 transport from China to Korea is significant and its contribution reaches up to 80% in the episode period. In order to assess more extensively the aerosol transport in East Asia region, the study to run the model in full year with speciated PM component measurements in super site is underway.     

拉萨上空大气气溶胶光学特性的 激光雷达探测

叙述了大气气溶胶激光雷达探测方程的求解方法,以及1998年夏季在拉萨使用激光雷达观测的一些结果,并与日本名古屋市上空的探测资料进行了对比分析,得到了拉萨上空气溶胶光学性质的一般特征,并对其成因进行了讨论。     

Lidar depolarization measurements for aerosol source and property studies over Chungli (24.58° N, 121.1° E)

Aerosol depolarization ratio and aerosol optical depth (AOD) were measured at Chungli (24.58° N, 121.1° E), Taiwan during the period from 2002–2004. The depolarization ratios of background aerosol have values mostly less than 0.06. The maximum AOD in the altitude range of 0.7 to 2km occurs in the summer (June–August) while between 2 and 5km, the spring (March–May) shows the maximum. The former is mainly related to strong convection and humidity; however the latter is due to anthropogenic aerosols transported from East China and Southeast Asia based on calculations of backward trajectories. This seasonal variation of AOD inferred from different transport mechanisms and aerosol compositions which are supported by the height distributions of aerosol extinction and origins.     

中国遥感卫星辐射校正场气溶胶光学特性观测研究

1999年6月28日~7月19日在敦煌场, 7月25日~7月31日在青海湖水面场进行了一次大规模综合野外测量试验, 其中采用3台先进的法国CIMEL太阳辐射计对两个场地大气光学特性进行了系统全面测量, 获得大量晴空天气条件下的大气光学数据。利用Langley法处理气溶胶通道数据得到气溶胶光学厚度及其光谱变化。测量结果显示550 nm波长平均气溶胶光学厚度分别为0.12、0.18, 由气溶胶光学厚度的波长变化得到气溶胶Junge参数分别为2.6、3.0, 并与几种典型气溶胶类型比较。结果表明两地在晴空天气里, 气溶胶含量较小, 符合遥感卫星传感器辐射定标的大气条件。