渤海西岸气溶胶光学厚度测量研究

根据2003年在天津大气边界层观测站获得的CE318太阳光度计观测资料，探讨了仪器的定标、渤海西岸大气气溶胶不同波段的光学厚度及其变化规律。结果表明，渤海西岸大气气溶胶受渤海海洋和人类活动共同影响，各波段光学厚度都较大；气溶胶光学厚度谱基本满足Angstrom关系。     

大气气溶胶光学厚度遥感研究概况

大气气溶胶是影响气候变化的重要因子之一,利用遥感手段不仅可以获得气溶胶的分布信息,也可以得到相关的气溶胶光学特性参数。本文阐述了国内外气溶胶遥感的发展动态,介绍了气溶胶遥感的基本情况及气溶胶光学厚度反演的几种方法,提出了存在的问题并对今后的研究进行了展望。     

大气气溶胶光学厚度的卫星双通道遥感方法

提出了一种在晴空条件下,均匀下垫面上利用ＮＯＡＡ－１４极轨卫星甚高分辨率辐射计（ＡＶＨＲＲ）可见光和近红外两个通道观测的反射率资料,遥感整层大气气溶胶光学厚度的双通道方法,该方法把气溶胶散射的波长关系加以推广,把近红外通道的光学厚度均值引入了可见通道,使单个通道中地表反射率和大气因子参数化的误差得以抵消,从而极大地提高了反演精度（〉９０％）。     

兰州市西固区冬季大气气溶胶粒子的散射特征

利用2002年1月31日～2月2日的积分浑浊度仪观测资料和PM10观测资料对冬季兰州市西固区大气气溶胶粒子散射特征及其与空气污染的关系进行了研究。结果表明,波长λ=550nm(绿光)处散射系数日变化规律呈双峰型,峰值分别出现在11:00～12:00和22:00左右(北京时,下同),散射系数的变化范围是1.34×10-4～3.3×10-3m-1,其变化规律同PM10浓度的变化规律是一致的,两者有较好的相关性,相关系数r≥0.8。     

北方沙尘气溶胶光学厚度和粒子谱的反演

利用CE-318太阳光度计在内蒙古额济纳旗、东胜、锡林浩特三地观测的2002年6月喇3年5月间的太阳直接辐射数据，应用消光法反演大气气溶胶光学厚度[AOT（λ），Aerosol Optical Thickness]和粒子谱分布，并分析其变化特征。结果表明，该地区气溶胶光学厚度具有明显的时空变化：春季最大，冬季最小，AOT（λ=440nm）平均最大值为0．78，最小值为0．13。3个观测点中，额济纳旗的光学厚度最大，东胜最小。光学厚度的日变化主要有4种形式：1）早晨高傍晚低；2）早晨低傍晚高；3）早晚低中午高；4）变化平缓。这主要与沙尘天气的发生、大气层结稳定度和人类活动等因素有关。气溶胶粒子谱分布基本符合Junge谱，在粒径0．3μm、0．6μm和1．0μm处出现峰值。但是在不同天气条件下粒子谱有很大差异，在沙尘暴天气中，大粒子和巨粒子数有明显的增加，粒子数浓度要比晴天背景大气大了约一个量级。春季气溶胶粒子数浓度最大，夏秋季次之，冬季最小，但相差不超过一个量级。     

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。     

对流层低层晴空大气气溶胶粒子的观测分布

根据1987年冬季人工增雪飞机(机上装有FSSP-100前向散射粒子谱仪)在新疆不同地区获得的大气气溶胶粒子(尺度0.5-8μm)资料,分析研究了对流层低层晴空大气气溶胶粒子的浓度,尺度谱及垂直分布特征.     

对流层与平流层大气气溶胶粒子的若干散射特性

本文应用Ｍｉｅ散射理论，采用简洁方案计算了ＩＡＭＡＰ提出的大气气溶胶主要粒子的散射效率因子及散射相函数，结果表明，大颗粒的散射能力以７５％硫酸液滴最强，其次是水滴，冰晶，沙尘性粒子；小粒子的散射能力仍以７５％硫酸滴最强，其次是沙尘性粒子，小颗粒相函数的前向后向基本对称；大粒相函数随Ｘ值增大而不对称加大；折射率实部不同，则相函数最小值出现在不同的散射角，折射率虚部较大的煤烟，相函数起伏较小，约在１０     

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。     

光电粒子计数器测量气溶胶折射指数虚部

本文分析了光电粒子计数器测量结果对气溶胶折射指数的敏感度,讨论了它测量的粒子谱分布与折射指数虚部n_i的相关关系。根据光电粒子计数器测量的粒子谱分布对n_i敏感的特点,利用光电粒子计数器和太阳辐射计同时测量的结果,可以确定气溶胶的n_i。实际测量的n_i值与积分片方法测量结果对比表明,这个方法是令人满意的。     

香河地区亚微米气溶胶粒子尺度谱分布特征

为了解香河地区气溶胶尺度谱的基本特征,自2012年5月起,利用扫描电迁移率粒径谱仪(SMPS)对河北香河地区的亚微米(13.8~723.4 nm)气溶胶尺度谱分布进行了近2 a的测量。基于该数据集,分析了气溶胶尺度谱的季节变化和日变化特征及气象要素对气溶胶浓度的影响。结果发现,观测期间埃根核模态(20.0~100.0 nm)、积聚模态(100.0~723.4 nm),以及总的气溶胶数浓度、表面积浓度和体积浓度均值分别为7.0×103cm~(-3)、7.5×103cm~(-3)、14.9×103cm~(-3)、1125μm2·cm~(-3)和50μm~3·cm~(-3)。香河地区积聚模态的粒子数浓度接近华北地区其他污染测站的结果,但高于发达国家的测值。冬季气溶胶的平均浓度最高(18.1×10~3cm~(-3)),而春季最低(12.3×10~3cm~(-3))。不同季节,气溶胶的数谱分布主要为单峰分布,平均峰值直径约为105 nm。气溶胶浓度的日变化受机动车排放的影响显著,存在早晚两个高值中心,分别出现在早上的06:00—09:00和晚上的19:00—21:00。风速、风向对气溶胶数浓度的影响较大,低风速(2 m/s)和南风条件,尤其是吹西南风时,气溶胶浓度的增加显著。     

Aerosol Direct Radiative Forcing over Shandong Peninsula in East Asia from 2004 to 2011

Recent vigorous industrialization and urbanization in Shandong Peninsula,China,have resulted in the emission of heavy anthropogenic aerosols over the region.The annual means of aerosol optical depth（AOD）,Angstrom exponent（α）,single-scattering albedo（SSA）,aerosol direct radiative forcing（ARF）,surface radiative forcing（SRF）,and top-of-the atmospheric radiative forcing（TOA） recorded during 2004–2011 were respectively 0.67±0.19,1.25±0.24,0.93±0.03,47±9 W m^-2,-61±9 W m^-2,and-14±8 W m^-2.The aerosol optical properties and ARF characteristics showed remarkable seasonal variations due to cycle changes in the aerosol components and dominance type.The atmosphere-surface system was cooled by ARF in all years of the study due to anthropogenic sulfate and nitrate emission and sea salt aerosols.The magnitude of TOA cooling was larger in summer（-15±17 W m^-2） and autumn（-12±7 W m^-2） than that in spring（-8±4 W m^-2） and winter（-9±10 W m^-2）.     

浑善达克沙地沙尘气溶胶的粒谱特征

浑善达克沙地是我国主要沙尘气溶胶源地之一,但对其沙尘气溶胶特征一直缺乏研究.2001年4月末到5月初,在内蒙古浑善达克沙地利用PMS Fssp-100型激光粒谱仪进行了大气气溶胶的外场观测,取得了晴天、扬沙和沙尘暴天气条件下沙尘粒子的数浓度采样资料,通过统计分析研究,总结出浑善达克沙地在不同天气条件下近地面沙尘气溶胶的粒谱分布规律.所得统计结果表明了与其他源地沙尘气溶胶的共同点、差异之处及其原因.这一结果也为沙尘气溶胶辐射气候效应的数值模拟提供了新的实测依据.     

利用MODIS资料遥感水体上空气溶胶粒子尺度的数值试验

利用卫星探测辐射的光谱依赖性来反演大气气溶胶粒子尺度分布,首先要建立反演算法并检验其可行性。本文参照文献[1]对暗的海洋上空MODIS资料的处理方法,针对大陆水库上空卫星探测MODIS辐射信号,利用6S(Second Simulation of the Satellite Signal in the Solar Spectrum)辐射模式建立一个查算表(Look-up table:LUT)来反演大气气溶胶粒子尺度分布;然后通过数值试验对所建立的查算表进行检验,讨论其方法的可行性。数值试验结果表明,查算表对大陆性气溶胶尺度分布有反演能力,但拟合误差sεl值随着气溶胶光学厚度的增加而增加。     

天津大气气溶胶化学组分的粒径分布和垂直分布

2006年8月在天津气象铁塔的10、120、220 m 3个不同高度.利用Andersen分级采样器同步进行大气气溶胶采样,样品用离子色谱和电感耦合等离子体质谱仪进行分析.结果表明,K元素主要集中在细粒子,Mg、Ca、Al、Fe元素主要集中在粗粒子,Na元素则具有双峰结构;总离子浓度随着高度的升高有增加的趋势,SO42-、N3-、NH4+、Ca2+是最主要的水溶性尤机离子;二次源是水溶性离子重要的贡献源.NO3-、SO42-、NH4+随着高度升高,浓度有向小粒径集中的趋势;各层气溶胶阴阳离子平衡值小于1,表明气溶胶偏碱性,与天津地处北方,土壤偏碱性,且非采暖期地面扬尘是主要的气溶胶来源有关;各层NO3-/SO42-平均值为0.48,表明非采暖期固定排放源(燃煤)仍然是天津大气细粒子中水溶性离子的主要来源.     

Transformation of Aerosol Chemical Properties due to Transport Over a City

The change of the chemical composition of the near-ground level atmospheric aerosol was studied during two summer episodes by a Lagrangian type of experimental approach. Bulk and single-particle chemical analyses of ions and elements in the particulate phase were deployed. N(-III) and N(V) components were also measured in the gas-phase. The measurements were completed by particle size distributions.Secondary inorganic aerosols (SIA) and fine particles of ≈0.2–0.4 μm size were still elevated 50 km downwind of the city. The direct comparison of transport over the city in contrast to transport over the surrounding areas showed that SIA was formed from emission from the city within less than 3 h. Relative increases, i.e., enrichment during transport were observed for primary and secondary aerosol components. The degree of mixing on the individual particle level increased significantly during transport in the area. In particular, newly emitted carbonaceous particles became internally mixed within hours with pre-existing sulphate particles. Mostly due to secondary aerosol formation the average particle size (mass median diameter) of major constituents of the aerosol was significantly decreased while being transported over 13 h. Given recent insights which link fine particles number and mass concentrations with health risks, the results suggest that rural populations in areas which frequently are located within an urban plume might run an elevated health risk relative to populations in areas not affected by urban plumes.     

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.