青海格尔木地区大气气溶胶分布的飞机观测

利用2011年和2013年青海格尔木地区机载DMT仪器观测的气溶胶资料,对气溶胶粒子数浓度及气溶胶数谱分布特征进行分析。结果表明,格尔木低层主要为局地气溶胶,高层为输入型气溶胶;气溶胶数浓度随高度升高呈减小趋势,且各高度层气溶胶数浓度均小于500 cm~(-3);气溶胶粒子有效粒径随高度升高先增大后减小,3500～5000 m气溶胶有效粒径最大;气溶胶数谱呈多峰分布。对格尔木第1模态(0.1～0.2μm)、第2模态(0.2～1μm)和第3模态(1～3μm)的气溶胶数谱进行对数正态拟合,发现气溶胶数谱谱宽第2模态第1模态第3模态,其与北京、天津拟合的谱宽分布特征存在差异;对比格尔木与北京和天津地区相同模态的气溶胶数谱发现,气溶胶第1模态数谱谱宽天津最宽、北京最窄,第2模态格尔木最宽、北京最窄,气溶胶粒子平均粒径在第1模态和第2模态北京均最大,格尔木均最小。     

西安新颗粒物生成事件与PM_(2.5)污染形成关系

利用中国气象局秦岭气溶胶与云微物理野外科学试验基地扫描电迁移率粒径谱仪(SMPS, scanning mobility particle sizer, Model 3034)观测的2017年11月1—30日颗粒物粒径谱数据,给出西安9次新颗粒物生成(new particle formation, NPF)事件的统计特征,并结合3次PM_(2.5)污染过程,讨论NPF事件与西安PM_(2.5)污染的可能关系。结果表明:(1)NPF事件一般发生在中午到下午,新颗粒物生成后峰值粒径增长速率平均值为5.1±1.8 nm·h~(-1),凝结核模态颗粒物数浓度的最大净增长量(net maximum increase in nucleation mode particles number concentration, NMINP)平均值为0.63×10~4 cm~(-3),NPF事件不仅增加了大气中凝结核模态颗粒物数浓度,还增加了爱根核模态和积聚模态颗粒物数浓度;NPF事件有67%存在粒径的持续增长,其中3次事件峰值粒径增长最为显著,最大值增长至175 nm附近。(2)NPF事件发生后,大气中PM_(2.5)质量浓度随颗粒物峰值粒径增大呈增高趋势。(3)3次NPF事件到PM_(2.5)污染过程中PM_(2.5)质量浓度与峰值粒径、积聚模态颗粒物数浓度和凝结汇均呈现指数正相关关系,当峰值粒径为100～120 nm时,PM_(2.5)质量浓度高于75μg·m~(-3),积聚模态颗粒物数浓度持续高于其他两个模态颗粒物数浓度,出现PM_(2.5)污染。     

2009年初冬山东一次暴雪过程粒子谱特征分析

为了研究降雪过程中粒子微物理特征,利用架设在济南南部山区的一台THIES激光降水粒子谱仪获取的2009年11月11—12日强降雪过程中降水粒子谱资料,对降雪粒子微物理参量演变特征、粒子谱及速度谱分布特征进行了分析。结果表明,(1)此次降雪天气过程中降水强度与数浓度、最大直径和雷达反射率因子间均具有一定的正相关性;降水强度与最大直径的关系极为密切,粒子的大小直接决定降水强度的大小。(2)降雪过程中谱型分布以单峰型和指数型为主,各粒径档内数浓度分布存在不均匀性,但数浓度峰值直径主要集中在0.5 mm处。(3)粒子速度谱均以单峰结构分布,下落末速基本位于0.375~2 m·s~(-1)之间,随直径的增大几乎没有变化。     

河南春季一次气溶胶分布特征的飞机探测研究

利用飞机微物理探测资料,对2018年3月26日河南中北部地区一次气溶胶分布特征进行综合分析,得出以下结论:郑州市区与郊区积聚模态气溶胶粒子浓度值均在近地面达到最大值,且市区近地面污染排放比郊区严重,污染粒子被大气上升运动输送到高层,两地区浓度均随高度升高而减小。市区浓度值在4500 m附近产生2个量级骤减,郊区在3200 m附近产生2个量级骤减。市区与郊区积聚模态气溶胶粒子有效直径均随高度升高而增大;市区气溶胶粒子有效直径大于郊区的,且尺度范围更广;本地近地面排放粒子有效直径主要集中在0.4μm附近。对比过饱和度值在0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%情况下CCN粒子浓度随高度变化,发现5种情况下粒子浓度均与气溶胶垂直分布一致,说明近地面的颗粒物排放导致近地面CCN浓度值偏高。整个探测过程中积聚模态气溶胶粒子对转化凝结核贡献较多,二者数浓度相关系数R~2为0.61,CCN活化率集中在0.4～0.6。     

湍流对天津颗粒物粒径谱分布的影响北大核心CSCD

大气颗粒物粒径谱分布不仅受到温度、湿度和风等气象因素影响,也与湍流等边界层特征密切相关。基于2018年11月同步观测的14.6~660.0 nm颗粒物粒径谱和相关气象数据,探讨不同气象因子,特别是湍流对颗粒物粒径谱分布的影响。研究结果表明:气温升高有利于促进核模态颗粒物总数浓度的增加,相对湿度升高可减少核模态和爱根模态颗粒物的总数浓度,同时增加积聚模态的颗粒物总数浓度。风速、湍流动能、摩擦速度、湍流强度等增加,对爱根模态和积聚模态的颗粒物起稀释、清除作用,但可促进核模态颗粒物总数浓度的增长。与湍流日变化相反,爱根模态和积聚模态的颗粒物总总数浓度的日变化呈现昼低夜高的变化趋势,清洁日核模态颗粒物总数浓度在午后持续增加,并在傍晚前达到峰值。核模态颗粒物总数浓度的增加相对于湍流的发展存在时间上的滞后性,当湍流发展3~5 h后,核模态颗粒物总数浓度开始明显增加。     

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。     

基于飞机观测的四川盆地初夏云下气溶胶特征

利用2009年6月23日夏延飞机搭载的云粒子测量系统(PMS)对四川盆地上空云和气溶胶的2次观测试验资料和MODIS光学厚度产品及云和辐射资料(CERES SYN1deg-3Hour Ed3A),结合HYSPLIT模式模拟的气团后向轨迹和前向轨迹,分析四川盆地云下气溶胶数浓度垂直分布、谱分布和来源特征。结果表明:飞机观测的四川盆地大气气溶胶数浓度量级为108~109m~(-3),与河北省、北京及周边城市飞机观测的气溶胶数浓度量级相同,污染较重。远距离输送对四川盆地气溶胶贡献小,说明气溶胶主要受盆地区域内污染物影响,同时气溶胶生成后主要在盆地区域内聚集,使得区域内空气污染居高不下。初夏阴天天气条件下,四川盆地的大气气溶胶主要分布在2 800 m以下,气溶胶粒子数浓度越靠近地面越大,且云下气溶胶粒子较多是积聚模态,粒子Angstr9m波长指数介于1.2~1.4之间,城市-工业气溶胶的特征明显。     

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。     

华东高海拔地区夏季气溶胶数浓度及谱分布特征

利用2014年7月黄山光明顶观测获得的气溶胶数浓度、气溶胶数谱数据,对黄山夏季气溶胶数浓度及谱分布特征进行分析,并在此基础上对气溶胶数谱进行了对数正态分布拟合。研究结果表明:黄山夏季气溶胶平均数浓度约为3 518.27 cm~(-3),主要集中在爱根核模态;气溶胶平均数浓度日变化呈双峰分布,峰值浓度的出现伴随着小粒子的增多。气溶胶数浓度与相对湿度和风速成负相关,高浓度的气溶胶多出现在较弱的东南风时;积聚模态气溶胶数浓度受风向影响显著。不同气团背景下气溶胶数谱差异集中在小于100 nm和500~1 000 nm粒径范围。爱根核模态气溶胶在高湿的西南气团影响下数浓度最低、谱较窄,而高温、低湿的东南气团对应的气溶胶数浓度最高、谱最宽,北方气团对应的气溶胶数浓度和谱宽居中;500~1 000 nm粒径范围气溶胶数谱分布特征与之相反。不同背景的气溶胶数谱和体积谱均可采用爱根模态、积聚模态1和积聚模态2三个模态进行对数正态分布拟合,但不同气团背景下的各模态谱型参数差异较大。     

一次大雾天气下PM2.5二次无机粒子的数值模拟

利用多尺度空气质量模式系统（Models-3/CMAQ）对2002年12月1—3日北京及周边地区发生的一次大雾天气进行数值模拟,分析了大雾天气下PM2.5二次无机粒子的演变及其影响。结果表明,白天相对湿度降低,雾滴蒸发脱水后PM2.5二次无机粒子会悬浮在大气中;夜间在水汽凝结成雾滴的过程中,大量的PM2.5二次无机粒子提供了充足的凝结核,促进大雾天气的进一步发展。午后PM2.5二次无机粒子积聚及较高的相对湿度是造成北京及周边地区低能见度的重要原因,并推断该区域很可能是霾天气。     

Seasonal variations of number size distributions and mass concentrations of atmospheric particles in Beijing

Particle number and mass concentrations were measured in Beijing during the winter and summer periods in 2003, together with some other parameters including black carbon (BC) and meteorological conditions. Particle mass concentrations exhibited low seasonality, and the ratio of PM2.5/PM10 in winter was higher than that in summer. Particle number size distribution (PSD) was characterized by four modes and exhibited low seasonality. BC was well correlated with the number and mass concentrations of accumulation and coarse particles, indicating these size particles are related to anthropogenic activities.Particle mass and number concentrations (except ultra-fine and nucleation particles) followed well the trends of 13C concentration for the majority of the day, indicating that most particles were associated with primary emissions. The diurnal number distributions of accumulation and coarse mode particles were characterized by two peaks.     

MEASUREMENTS OF PARTICLE NUMBER SIZE DISTRIBUTIONS AND NEW PARTICLE FORMATION EVENTS DURING WINTER IN THE PEARL RIVER DELTA REGION, CHINA

Particle number size distribution(PNSD) between 10 nm and 20 μm were measured in the Pearl River Delta(PRD) region in winter 2011.The average particle number concentration of the nucleation mode(10-20 nm),Aitken mode(20-100 nm),accumulation mode(100 nm-1μm) and coarse mode(1-20 μm) particles were 1 552,7 470,4 012,and 19 cm-3,respectively.The volume concentration of accumulation mode particles with peak at 300 nm accounted for over 70% of the total volume concentration.Diurnal variations and dependencies on meteorological parameters of PNSD were investigated.The diurnal variation of nucleation mode particles was mainly influenced by new particle formation events,while the diurnal variation of Aitken mode particles correlated to the traffic emission and the growth process of nucleation mode particles.When the PRD region was controlled by a cold high pressure,conditions of low relative humidity,high wind speed and strong radiation are favorable for the occurrence of new particle formation(NPF) events.The frequency of occurrence of NPF events was 21.3% during the whole measurement period.Parameters describing NPF events,including growth rate(GR) and source rate of condensable vapor(Q),were slightly larger than those in previous literature.This suggests that intense photochemical and biological activities may be the source of condensable vapor for particle growth,even during winter in the PRD.     

南京北郊冬季大气气溶胶及其湿清除特征研究

利用WPS(宽范围颗粒粒径谱仪)、雨滴潜仪和雾滴谱仪测量了2007～2008年冬季南京北郊大气气溶胶数浓度谱分布和降水强度,分析了气溶胶粒子的分布特征以及气溶胶粒径与湿清除系数的关系.结果表明:气溶胶粒子具有明显的双峰型R变化特征,数浓度主要集中在0.02～O.2μm粒径范围内,受汽车尾气排放、混合层高度变化以及颗粒物水平输送的影响较大.降雨、降雪和雾过程都对气溶胶粒子有不同程度的清除,降雨和浓雾对核模态和粗模态的气溶胶粒子的清除能力显著,降雪对粒径小于0.03μm的气溶胶粒子的清除能力较强.     

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.     

南京霾天颗粒物数浓度特征及其受气象条件影响分析

2013年12月,我国中东部地区爆发持续性霾污染过程。本研究利用空气动力学粒径谱仪和气溶胶粒径谱仪在线观测这次霾污染过程中13.6~20 000 nm颗粒物数浓度,结合气象参数和颗粒物化学组分对南京霾天颗粒物数浓度分布特征,及其与气象条件相关性进行分析。结果表明,霾天颗粒物主要分布在积聚模态,且500~1 000 nm和1 000~2 500 nm粒径段颗粒物数浓度的增多是造成霾天能见度低的主要原因;随着相对湿度的增大,13.6~100 nm粒径段颗粒物数浓度逐渐降低,而大于100 nm颗粒物数浓度升高;500~1 000 nm和1 000~2 500 nm粒径段颗粒物数浓度受相对湿度的影响尤为明显,并且这2个粒径段颗粒物受气态污染物(SO2,NOX)的二次转化影响较大。霾污染期间南京大气颗粒物主要来自南京东南和西北方向的污染源排放,颗粒物数浓度总体上与风速呈负相关关系;温度对颗粒物数浓度的影响主要集中在13.6~100 nm粒径段;边界层的高度与粒径100 nm颗粒物呈负相关性,边界层的抬升反而利于超细粒子的生成和增长;逆温层的强度对超细粒子的作用更为明显。     

Comparison of Submicron Particles at a Rural and an Urban Site in the North China Plain during the December 2016 Heavy Pollution Episodes

An extensive field experiment for measurement of physical and chemical properties of aerosols was conducted at an urban site in the Chinese Academy of Meteorological Sciences (CAMS) in Beijing and at a rural site in Gucheng (GC), Hebei Province in December 2016. This paper compares the number size distribution of submicron particle matter (PM1, diameter < 1 μm) between the two sites. The results show that the mean PM1 number concentration at GC was twice that at CAMS, and the mass concentration was three times the amount at CAMS. It is found that the accumulation mode (100–850 nm) particles constituted the largest fraction of PM1 at GC, which was significantly correlated with the local coal combustion, as confirmed by a significant relationship between the accumulation mode and the absorption coefficient of soot particles. The high PM1 concentration at GC prevented the occurrence of new particle formation (NPF) events, while eight such events were observed at CAMS. During the NPF events, the mass fraction of sulfate increased significantly, indicating that sulfate played an important role in NPF. The contribution of regional transport to PM1 mass concentration was approximately 50% at both sites, same as that of the local emission. However, during the red-alert period when emission control took place, the contribution of regional transport was notably higher.     

中国超大城市综合实验:京、沪、穗气溶胶理化和吸湿特性

气溶胶对环境、气象和人体健康都有较大影响,这些影响与气溶胶理化特性(粒子尺度谱、化学组分、混合状态等)密切相关。为了深入研究气溶胶的环境和气候效应,发展了一套气溶胶在线综合观测系统。本文介绍了利用该系统在北京、上海、广州三个超大城市开展的综合观测实验结果。通过对比分析发现,广州气溶胶数浓度最高,其粒子尺度谱分布特征与北京特征相似,均以核模态为主,上海气溶胶数浓度则整体较低。对比三个超大城市的新粒子生成(New Particle Formation,NPF)特征发现,北京NPF的发生频率低于广州,主要由于北京地区大气中大粒径气溶胶更多,较高的碰并汇抑制了NPF的发生和发展。研究发现,观测期间北京和上海站点气溶胶的吸湿性强于广州,人为一次性排放气溶胶吸湿性较弱。气溶胶吸湿性日变化特征与人为活动、气溶胶老化程度密切相关。此外,三个超大城市中气溶胶光吸收系数的日变化特征存在明显差别,北京站点的气溶胶吸收系数呈现白天高、夜间低的特点,而广州站点气溶胶的吸收系数呈现相反的日变化趋势,这可能是由观测站周边的环境差异及大气边界层的变化特征差异造成的。     

南京一次重霾天气纳米气溶胶观测研究

为加深对南京地区重霾天气过程纳米尺度气溶胶物理特征的了解,对2017年12月21-25日的一次重霾天气过程进行了综合探测,利用宽范围粒径谱仪观测了此次过程中10～1000 nm颗粒物数浓度,并结合能见度等气象要素,对重霾期间纳米气溶胶谱分布进行了分析.结果 表明:此次霾重污染过程出现在低温、高湿、气压上升期间;与非重污...     

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.     

拉萨夏季大气边界层气溶胶垂直结构特征

大气污染物的垂直梯度观测是识别区域输送和本地贡献的必要手段。基于此,2020年8月在拉萨市利用光学粒子计数器（the Printed Optical Particle Spectrometer,简称POPS）在地面和系留气艇分别对0.13～3.39 μm粒径范围的气溶胶数浓度进行了测定。结果表明:（1）拉萨近地面气溶胶数浓度在16 cm?3到870 cm?3范围之间,比华北和珠江三角洲地区小2～3个量级;（2）气溶胶数浓度呈现两峰两谷的日变化结构,峰值通常以0.13～0.4 μm的小粒径粒子为主,且对应北京时间早（10:00）、晚（21:00）高峰时段;（3）气溶胶数浓度垂直分布与边界层演变密切相关,稳定边界层中的气溶胶随高度递减,粒子数浓度为194±94 cm?3,对流边界层和残留层中的气溶胶分布均一,数浓度分别为165±99 cm?3和123±95 cm?3,且显著低于稳定边界层。以上研究结果表明,拉萨的污染源主要为局地机动车排放,机动车污染物减排是打造高原生态旅游城市的必由之路。