天空辐射计观测反演北京城区气溶胶光学特性

利用2018年10月—2019年9月天空辐射计观测数据反演北京城区气溶胶光学特性参数,重点分析污染过程中气溶胶光学特性与气象条件的相关性。结果表明:500 nm气溶胶光学厚度在2—7月较大,最高值出现在6月,为0.71。单次散射反照率最高值出现在8月,为0.96;最低值出现在5月,为0.89。440~870 nm ?ngstr?m波长指数最高值出现在夏季,为1.11;最低值出现在春季,为0.89。统计发现污染日数仅占总日数的17%,其中62%为轻度污染;污染和清洁天气条件下PM_2.5浓度分别为107.22 μg·m-3和47.16 μg·m-3,500 nm气溶胶光学厚度分别为0.85和0.49,单次散射反照率分别为0.96和0.92;冬季?ngstr?m波长指数在污染天气条件下（1.02）大于清洁天气（0.91）,春季相反。结合天空辐射计、激光雷达和气象数据分析2019年1月一次污染事件,可知低风速与高湿度等不利气象条件、气溶胶粒子的吸湿增长和二次转化、污染物局地排放及区域输送共同导致污染事件发生。     

中国北方大气气溶胶微物理特性研究

利用AERONET(Aerosol Robotic Network)榆林、北京、香河、兰州四站点的数据分析中国北方大气气溶胶的光学和物理特性。分析内容包括:气溶胶光学厚度、单次散射反照率、复折射指数、散射不对称因子、Αngstrom波长指数、气溶胶体积尺度谱分布。分析结果表明:春季光学厚度为四季中最大;沙尘源区的Αngstrom波长指数和光学厚度的关系较为简单,且随光学厚度的增加呈降低趋势,下游地区Αngstrom波长指数和光学厚度关系较为复杂;所有站点的体积谱分布均呈双峰分布,夏半年积聚态为主模态,冬半年粗模态为主控模态;粗粒子的散射不对称因子大于细粒子的。     

2021年3月沈阳地区一次污染过程气溶胶垂直变化特征及成因分析

利用地面大气颗粒物质量浓度观测资料、探空和NECP再分析资料以及地面激光雷达探测资料,对2021年3月13—15日沈阳地区污染事件过程展开分析,探讨大气污染物质量浓度、大气环流背景与气溶胶垂直分布等特征。结果表明: 3月13日PM_2.5质量浓度最高值出现在06:00—07:00,约为220.0—230.0 μg·m^-3,15日12:00开始显著降低,而PM₁₀质量浓度在15:00出现显著增加,为258.3 μg·m^-3。SO₂和NO₂浓度较高值均出现在3月13日10:00时左右,分别为40.1 μg·m^-3和101.3 μg·m^-3。CO质量浓度最高值出现在13日16:00—17:00,约为8.8 mg·m^-3。沈阳地区臭氧的最高值均出现在午后,13日和14日午后（12:00—16:00）臭氧最大值为102.4—113.7 μg·m^-3。蒙古气旋东移过程中逐渐发展加强,其后部西北风将沙尘向东南方向输送。沈阳地区沙尘发展旺盛时存在不稳定层结,同时伴有显著的上升运动,有利于沙尘粒子的垂直混合和向下游输送。3月15日02:00（北京时间15日10:00）气溶胶消光最大值出现在0.7 km处,消光系数约为6.0 km^-1。近地面激光雷达退偏比显著增加至0.4—0.5,近地面以非球形粒子（粗颗粒物）为主的沙尘或浮尘。     

北京一次污染过程气溶胶光学特性及辐射效应

利用地面激光雷达、太阳光度计观测反演气溶胶光学特性参数,结合PM_2.5观测数据,分析了2018年1月25—28日北京一次完整污染过程中气溶胶光学特性变化。基于观测数据,利用短波辐射传输模式计算了不同程度污染日,晴空背景下气溶胶对辐射加热率的改变程度。结果表明:清洁日（25日）,PM_2.5日平均质量浓度为19.00 μg·m-3,440 nm气溶胶光学厚度为0.13,单次散射反照率为0.87,整层气溶胶消光系数低于0.10 km-1,短波辐射均为增温效应;污染期间（26—27日）,PM_2.5日平均质量浓度为83.21 μg·m-3,气溶胶光学厚度为2.48,气溶胶散射能力增强,单次散射反照率达到0.94,气溶胶主要消光层厚度提升至3.00 km高度,消光系数平均值为0.43 km-1,气溶胶在垂直方向的变化导致气溶胶中上层（1.50~3.00 km高度）加热作用强烈,短波辐射加热率平均值达到13.89 K·d-1,而低层（1.50 km高度以内）加热作用较弱,加热率平均值仅为0.99 K·d-1。气溶胶散射能力增强导致加热作用减弱,污染日加热率对于气溶胶散射能力变化更敏感。     

长江三角洲地区大气气溶胶柱单次散射反照率特性研究

利用OMI卫星资料2006—2017年的483.5 nm波长的气溶胶柱单次散射反照率日均数据,分析了整层大气气溶胶单次散射反照率在长三角地区的时空分布特征,特别是其年际、月、季节变化特征.长江三角洲地区的大气气溶胶柱单次散射反照率越靠近海洋越大,而越靠近内陆越小.日均气溶胶柱单次散射反照率在0.881~0.971范围内变化,多年的平均值为0.939±0.024,最大分布概率出现在0.965~0.970区间,其值约为25％.长三角地区大气气溶胶柱单次散射反照率的年平均值集中于0.938~0.940之间,年际变化很小,变化值小于1％;月均柱单次散射反照率在6、8、9月有最大值,其值为0.968,而在2月有最小值,其值为0.915;季节平均单次散射反照率在夏季最大,其值为0.968,而在冬季最小,其值为0.919.     

东亚沙尘源区与下游地区气溶胶光学特性比较

利用AERONET观测资料从气候学的角度比较分析了2001-2011年东亚地区沙尘天气发生时沙尘源区和下游区大气气溶胶光学特性。结果表明：沙尘期间沙尘源区气溶胶光学厚度明显大于下游区,而Angstr?m波长指数却小于下游区,当沙尘暴出现时会降至零甚至负值。气溶胶粒子尺度体积谱分布除敦煌为单峰外,其余各站均呈双峰分布,香河和北京的细粒子浓度明显大于西北地区,这可能是由细的沙尘粒子和污染气溶胶共同造成。在440-1020 nm范围内,中国地区气溶胶单次散射反照率平均值为0.93,韩国和日本站分别为0.93和0.94。沙尘源区与下游区相比,复折射指数实部偏大,虚部偏小。总体来说,沙尘天气下东亚地区在4个波段内平均不对称因子为0.70。     

基于AERONET的西亚地区气溶胶光学特性

利用AERONET 10个站点的Level2数据分析得到2010-2017年西亚地区多个气溶胶参数(光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)、吸收光学厚度(Absorption Aerosol Optical Depth,AAOD)、波长指数α、粒子体积谱和单次散射反照率(Single Scatt...     

沈阳城市绿地土壤呼吸时空变化特征

以沈阳市4类植被配置方式24块城市绿地为研究对象,探究城市绿地土壤呼吸速率的时空动态变化规律及其影响因素。结果表明：土壤呼吸速率具有显著的夏季高、冬季低的季节动态规律性,偏相关分析显示,土壤温度与土壤呼吸时间动态变化显著相关。此外,植被配置方式对绿地土壤呼吸速率的影响存在差异：稀乔（5.68 μmol·m^-2·s^-1）>乔草（5.66 μmol·m^-2·s^-1）>乔灌（4.75 μmol·m^-2·s^-1）>乔灌草（3.84 μmol·m^-2·s^-1）,稀乔和乔草土壤呼吸显著高于乔灌草配置。空间异质性分析显示,由疏透度导致的地表土壤温度差异,加之土壤有机质等养分条件差异可能是不同植被配置城市绿地土壤呼吸速率出现差异的主要因素。冬季和夏季拟合结果对比显示土壤温度是影响城市绿地碳排放空间异质性的主要因素,因此,如何通过合理的植被配置减少直达地表光照辐射、降低土壤温度是实现城市绿地减排的重要选项。     

基于遥感测量的淮河流域中部气溶胶光学和微物理特性分析

利用设置在中国气象局寿县国家气候观象台2017年全年的太阳-天空辐射计CE318数据,对当地一年四季气溶胶光学和微物理特征进行分析。结果表明:春季气溶胶光学厚度最高,夏季和秋季最为接近,也最低,冬季介于夏、秋季之间;AE数据集中在0.9～1.5,以细模态粒子为主;四季的气溶胶体积谱分布基本相似,且既有细模态粒子,也有粗模态粒子;夏季气溶胶折射率实部最小,说明当地夏季水汽含量最大,实部与光谱波长没有明显关系,而虚部则有;单次散射反照率均在80%以上,气溶胶散射效应明显;非球形粒子占主要支配地位且在春季数量最多。研究结果对于掌握淮河流域中部区域气溶胶特征,及其对大气辐射、气候变化的影响,监测空气质量,以及提高我国该特定区域大气辐射传输模型计算精度有重要意义。     

中国东北地区重污染事件气溶胶浓度变化与天气形势分析

近年来中国东北地区污染事件频发,为揭示该地区重污染天气分布特征,利用2014—2017年中国东北地区40个城市空气质量数据及对应的高低空天气形势资料,统计分析得到中国东北地区大气污染状况的变化特征以及区域重污染事件的天气学特征。结果表明：2015—2017年中国东北地区PM_2.5和PM₁₀年平均质量浓度呈下降趋势,其中PM_2.5年平均质量浓度下降的更快,PM_2.5最大值出现在辽宁和吉林中部地区约为90—100 μg·m^-3,SO₂年平均质量浓度较高值分布在辽宁西部地区约为50 μg·m^-3,而NO₂最大值出现在沈阳—长春—哈尔滨一带,约为45 μg·m^-3,CO质量浓度最大值分布在东北沿海地区约为1.6 mg·m^-3,相反中国东北地区O₃年平均质量浓度呈上升趋势,最大值出现在沿海的大连及营口等地,约为100 μg·m^-3。污染物浓度变化具有鲜明的季节变化特征,不同地区PM_2.5和PM₁₀与AQI最大值均出现在冬季,SO₂冬季质量浓度最大值出现在沈阳（180 μg·m^-3）,NO₂与CO冬季最大值出现在哈尔滨（80 μg·m^-3,1.8 mg·m^-3）。相反,O₃最大值出现在夏季沈阳地区约为140—150 μg·m^-3。重度污染级别（200 μg·m^-3≤PM_2.5 < 300 μg·m^-3）和严重污染级别（PM_2.5>300 μg·m^-3）的空气质量表现出以哈尔滨为中心,向周围迅速减少,辽宁中部又略有增加的特征;中度污染（150 μg·m^-3≤PM_2.5 < 200 μg·m^-3）的天数沈阳>哈尔滨>长春,轻度污染（100 μg·m^-3≤PM_2.5 < 150 μg·m^-3）的天数是沈阳>长春>哈尔滨。引发中国东北地区重污染的天气形势大致可分为高压型,低压型和北高南低型3种,出现比例分别为62%、27%和11%;高压型850 hPa高压脊东移经过中国东北地区,地面处于高压南部或弱高压中心,有时在黑龙江北部或辽宁西南部连续有弱小的低压生成并快速东移过境;低压型850 hPa低压系统发展并东移经过中国东北地区,地面处于低压后弱高压中;北高南低型850 hPa和地面中国东北地区受北面高压和南面低压的共同影响。     

基于TUV模式的银川光化辐射通量特征及其影响因子

利用TUV模式计算分析了银川光化辐射通量变化特征,探讨了云、气溶胶、臭氧柱浓度、NO_(2)柱浓度等因子对银川光化辐射通量的影响。结果表明:2019年7—9月银川月平均光化辐射通量分别为6.5E+16光子数·cm^(-2)·s^(-1)、5.6E+16光子数·cm^(-2)·s^(-1)和4.7E+16光子数·cm^(-2)·s^(-1),日最大值出现在13:00;波长小于325 nm时,光化辐射通量随波长增加缓慢上升,波长在325—480 nm之间时,光化辐射通量迅速升高,波长大于480 nm时,光化辐射通量随波长增加变化较小,此特征在中午前后较早晚表现更明显;云光学厚度和气溶胶光学厚度对光化辐射通量的衰减作用具有明显的“U”型日变化特征,比较而言,气溶胶光学厚度对光化辐射通量衰减作用的“U”型波形更为宽广;光化辐射通量衰减率对较低的云光学厚度的变化更敏感;光化辐射通量随气溶胶光学厚度增加而减小的变率要比随云光学厚度增加而减小的变率小;光化辐射通量对单次散射反照比大于0.6的强散射性气溶胶的变化更敏感,且气溶胶光学厚度越大,此特性整体表现越明显;波长指数对光化辐射通量的影响相对较小。     

1998-2016年中国PM_(2.5)浓度变化对气温的影响研究

为探讨“人类活动—大气污染—气温变化”的关系反应链,从宏观尺度阐明PM_(2.5)浓度变化对气温的影响,利用1951—2017年中国822个气象站点日最高气温、日最低气温和日平均气温资料,1998—2016年中国年均PM_(2.5)浓度遥感图像数据、地表太阳辐射数据,1998—2016年中国各省(区)逐年能源消耗总量、地区生产总值及夜间灯光指数数据,运用Slope趋势变化分析方法与相关性分析法,分析了中国PM_(2.5)浓度的变化趋势及其影响因素。结果表明:1998—2016年中国黄淮海区、东北区PM_(2.5)浓度上升速度最快,分别为1.42μg·m^(-3)·a^(-1)、1.44μg·m^(-3)·a^(-1),而其他地区相对变化不明显;黄淮海区PM_(2.5)浓度平均值高,地表太阳辐射降低,对该区年最高气温有明显的抑制作用,但对年平均气温和年最低气温的影响不明显。东北区PM_(2.5)浓度增长速率较高,但年平均浓度值低,该地区有着较高的水热配合度,PM_(2.5)对年最高气温的抑制作用不明显;能源消耗总量与PM_(2.5)浓度呈显著的正相关。     

中国长三角地区PM2.5时空分布数值模拟研究

利用第三代空气质量预报模式LOTOS-EUROS(Long Term Ozone Simulation-European Operational Smog)对2018年中国长三角地区细颗粒物(PM2.5)浓度的时空分布进行数值模拟,通过对比模拟结果与地面观测值,验证模式对PM2.5长期特征模拟的合理性并探讨长三角地区P...     

气候变化对中国华北地区办公建筑供热制冷能耗的影响评估

以中国华北地区五大城市办公建筑为例,利用1961—2017年气象数据和TRNSYS软件模拟的供热制冷负荷数据,评估了气候变化背景下华北地区建筑供热制冷负荷的变化。在此基础上,对模拟负荷和气象要素进行多元线性逐步回归分析,揭示了影响建筑供热、制冷负荷的主要气象因子。结果表明：1961—2017年中国华北五大城市供热负荷均呈下降趋势,降幅为0.05（石家庄）—0.13 kWh·m^-2·（10 a）^-1（呼和浩特）;各城市制冷负荷的变化不同,仅呼和浩特为增多,增幅为0.04 kWh·m^-2·（10 a）^-1,其余城市制冷负荷无明显变化;从总负荷来看,各城市均呈下降趋势,降幅为0.05（太原）—0.10 kWh·m^-2·（10 a）^-1（呼和浩特）。由供热制冷负荷与气象要素的回归分析可知,冬季供热负荷主要受气温影响,五大城市的显著增温导致供热负荷减少;与此不同,夏季制冷负荷主要受气温、太阳辐射的共同影响,呼和浩特平均气温和太阳辐射均呈显著上升趋势,导致其制冷负荷显著增加。其他城市气温显著升高,而太阳辐射显著降低,二者的综合作用导致制冷负荷没有明显的变化趋势。总体来看,在气候变暖背景下,中国华北地区冬季供热负荷明显降低,而夏季制冷负荷并未明显增加,导致总负荷显著降低,气候变暖总体上对建筑节能有利。     

应用机器学习算法的成都市冬季空气污染预报研究

利用2014年3月至2017年2月成都市8个环境监测站的PM 2.5、PM 10、SO 2、NO 2、CO、O 3共6种污染物质量浓度资料以及T639全球中期数值预报模式产品,采用两种机器学习算法—递归特征消除法(Recursive feature elimination,RFE)和随机森林方法,构建了成都市冬季5种(O 3除外,因为其冬季污染较轻)污染物浓度的预报模型,并对模型的预报效果进行了评价。结果表明:基于RFE模型的5种污染物预报值与实测值的均方根误差值分别为47.58μg·m^-3、72.10μg·m^-3、8.87μ·m-3、0.59 mg·m^-3、19.84μg·m^-3;基于随机森林模型的5种污染物预报值与实测值均方根误差值分别为23.94μg·m^-3、20.98μg·m^-3、2.40μg·m^-3、0.16 mg·m^-3、8.09μg·m^-3,随机森林模型对各污染物浓度的预报效果均优于RFE模型,说明该预报方法性能良好,可为成都市冬季空气质量业务化预报提供技术支持和防控依据。     

哈尔滨秋季一次持续性重污染过程分析

利用气象与环境监测数据,结合后向轨迹和秸秆焚烧火点监测资料,从环流形势、气象要素、污染源和污染传输特征等方面,对哈尔滨2017年10月18-20日持续性重污染天气过程进行分析。结果表明：这次重污染过程连续48 h为重度或严重污染,首要颗粒物为PM_2.5,PM_2.5平均浓度为438 μg·m^-3,局地PM_2.5浓度高达1487 μg·m^-3。重污染过程分为两个阶段,每个阶段主要污染物呈双峰分布。在重污染过程中,高空环流平直,浅槽前暖平流占主导地位,地面为弱低压均压场控制。地面风速小,平均风速仅为1.5 m·s^-1,风速≤ 1.5 m·s^-1静小风频率为71%,风场辐合,有利于污染物积聚。在重污染发展的过程中,地面相对湿度（RH）增大有利于颗粒物吸湿增长和污染加剧;在重污染减弱的过程中,PM_2.5浓度减少至每阶段谷值时间比RH减小至谷值时间滞后4-5 h。在边界层内有逆温层顶高为200 m左右、逆温强度>2.0℃·（100 m）^-1的贴地逆温层,层结稳定,垂直扩散条件差。污染物主要来源于秸秆焚烧,其次来源于取暖燃煤。静稳气象条件下本地污染物积累叠加远距离较高浓度的秸秆焚烧污染物输送导致哈尔滨这次重污染过程。     

Aerosol polarized phase function and single-scattering albedo retrieved from ground-based measurements

Aerosol optical parameters, polarized phase function and single-scattering albdeo, have been retrieved from ground-based sun photometer measurements in Beijing 2003. The measured aerosol optical thickness varies from 0.12 to 0.77 with an average value of 0.39. The measured Ångström coefficient ranges from 0.75 to 1.47 with an average value of 1.21. The retrieved single-scattering albedo at 870 nm is within the 0.76–0.94 range and the average value is 0.85, suggests there are considerable aerosol absorptions in Beijing. The maximum value of retrieved polarized phase function at 870 nm ranges from 0.068 to 0.225 with an average value of 0.16, and it illustrates good correlations with the Ångström coefficient, i.e. the relative size of aerosol particles. Analyses of measurements and theoretical calculations show the polarized phase function is sensitive to aerosol size distribution and complex refractive index, especially the imaginary part of the refractive index which denotes aerosol light absorbing effects. These results suggest that the polarized phase function is an effective and unique aerosol optical parameter and is able to improve the retrieval of aerosol physical properties.