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.     

多维天然气水合物开采模拟试验系统的研制与初步应用

为研究天然气水合物的合成及分解特性、储层的开采特性以及开采过程中的出砂防砂等问题,自主研制了一套多维天然气水合物开采模拟试验系统。该试验系统主要由气体注入系统、稳压供液系统、蒸汽或热水注入系统、一维/二维/三维模型、回压控制系统、出口计量系统、数据采集控制处理系统等组成。该试验系统的主要特色如下:(1)将高压玻璃做成的一维反应釜外壁和高清摄像头结合达到可视化的目的,监测中低压力下水合物的合成、分解情况以及开采过程中砂粒的运移情况;(2)采用自主研发的双缸恒速恒压泵控制回压阀,使得整个降压开采过程中反应釜中的压力能够实现高精度的均匀减小,达到分段缓慢降压的目的,避免水合物的二次生成,使产气速度更加均匀。以不同粒径的石英砂、去离子水和纯度为99.9%的甲烷气为原材料,开展了一维相平衡试验和二维降压开采试验,通过以上初步应用验证了该试验系统的可靠性。     

气溶胶散射相函数的单站观测研究

利用2014年夏季在河北饶阳开展的“华北区域光化学立体试验”观测得到气溶胶辐射特性,根据三波长角散射浊度仪Aurora 4000测量获取的前向角散射系数（10°~90°）和后向散射系数,提出了一种基于浊度仪直接测量的气溶胶角散射系数和改进的HG相函数近似获取气溶胶散射相函数、不对称因子的拟合估算方法。分析了2014年6月16日—8月18日夏季观测试验期间河北饶阳地区大气气溶胶细粒子（PM_2.5）在635 nm,525 nm,450 nm 3个波段的不对称因子、相函数等的变化特征。结果表明:用改进的HG相函数近似能够较好地拟合河北饶阳实际观测的PM_2.5的气溶胶散射相函数。拟合得到河北饶阳地区观测期间干气溶胶细粒子在3个波段的平均不对称因子（g）分别为0.53±0.04（635 nm）,0.57±0.05（525 nm）和0.57±0.07（450 nm）。     

北京市区大气气溶胶散射系数亲水增长的观测研究

利用自制的"进样气流湿度调节"装置,2005年12月7-22日在中国气象局科技大楼测点(记为CAMS)对北京市区冬季气溶胶散射系数随湿度的变化关系进行了观测试验,结果显示,观测期间北京市区气溶胶散射系数亲水增长因子f(U)(定义为一定湿度下的气溶胶散射系数与"干"气溶胶散射系数的比值)在湿度从低到高的变化过程中,主要表现出"平滑连续"的增长特点.总体上,当相对湿度(U)从小于40%增大到93%左右时,平均气溶胶散射系数亲水增长因子可达2.10,而平均散射系数亲水增长因子f(U=80%±1%)为1.26±0.15.按照污染情况把观测期间划分为"相对污染"时段和"清洁"时段,则在"相对污染"情况时,北京市区CAMS测点的气溶胶散射系数增长因子f(U=80%)大约为1.48,而在"清洁"时段约为1.2.与国外有关观测相比,北京冬季"清洁"时段气溶胶的散射系数亲水增长因子f(U=80%)在数值上与生物质燃烧型和扬尘类型气溶胶的亲水增长相似.反映了在不同天气背景下北京市区的气溶胶类型有不同的特点.     

利用GOME卫星资料分析北京大气NO2污染变化

利用GOME (Global Ozone Monitoring Experiment, 全球臭氧监测实验) 1996年1月—2002年12月NO₂对流层柱浓度月平均卫星遥感资料以及根据北京市2001年1月1日—2002年12月31日NO₂污染指数数据计算出的地面NO₂日均质量浓度值, 分析了北京市城市大气NO₂污染变化的季节变化特征以及年际变化, 并将2001年1月—2002年12月北京上空GOME NO₂对流层柱浓度月平均值变化与北京市地面NO₂日均质量浓度月平均值变化进行了比较, 结果表明两者随时间的变化趋势具有较好的一致性, 据此可以利用GOME NO₂对流层柱浓度月平均卫星遥感资料来分析特定区域大气NO₂的季节变化和年际变化。     

城市环境大气重污染过程周边源影响域

北京城市周边污染源影响问题是北京环境污染治理决策亟待解决的关键环节之一. 综合分析2001年1~3月份BECAPEX(Beijing City Atmospheric Pollution Experiment), MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)与TOMS(Total Ozone Mapping Spectrometer)卫星遥感资料, 提出追踪污染源“上游”风场合成矢量法. 通过统计分析北京及周边地区TOMS与MODIS卫星遥感气溶胶区域性特征, 发现北京城市重污染过程与南部周边城市群落排放源影响相关显著, 北京周边向南开口的类似“马蹄型”地形可能导致周边源远距离输送的污染物“滞留”效应, 形成北京与南部周边排放源近似南-北向带状影响域. 综合分析北京地区重污染过程轨迹特征, 并选取2001年1~3月份重污染过程与空气质量良好时段作为分析样本, 采用HYSPLIT (Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory)轨迹模式进行模拟试验, 揭示了北京城区重污染过程河北、山东和天津等地城市群落污染排放源扩散轨迹. 选取北京城区异常重污染过程个例, 并用RAMS(Regional Atmosphere Model System)模式模拟试验, 亦揭示了北京城区异常污染过程周边外源贡献率, 进一步证实了北京城市重污染过程加剧的重要因素之一是南部周边城市污染物外源的输入.     

北京风沙天气的气溶胶特征

利用常规气象观测资料、卫星云图以及1988、1990、1992、1993、1995、2000年等年北京风沙天气期间所采集的气溶胶样品的分析结果,研究了北京的风沙天气分布特征,风沙期间大气污染状况,产生风沙天气的主要原因及沙尘的来源等.初步得出北京的风沙天气主要出现在春季,是造成春季大气污染的重要原因之一;北京春季风沙天气是由沙尘暴、浮尘和扬沙造成,但以扬尘引起的频率为最高,占71.4%;风沙期间大气气溶胶与无风沙时气溶胶的物理化学特征有明显的差异;大气气溶胶的物理化学特征显示出,风沙期间的大气气溶胶主要来源于自然源,以局地尘源为主,人为排放的气溶胶作用相对减弱.     

湍流高阶矩模式中的参数研究

该文为高阶矩湍流方程组的二阶矩闭合方案提供了参数组选择。此参数组是用近地层实测资料结合湍流方程二阶矩闭合方案推算出的。然后，将其与Mellor等人在实验室所得的参数组分别代入湍流二阶矩闭合方程组拟合，得动量(ΦM(ξ))、热量(ΦH(ξ))与稳定度(ξ)的二组关系曲线，可见此二组曲线几乎重合，且与Businger野外近地层实测结果符合较好。拟合的垂直速度方差((W*2)1/2(ξ))、温度方差((θ*2)1/2(ξ))与ξ的二组关系曲线相对于UTAH资料，所得曲线偏差比Mellor曲线偏差小得多，而相对于KANSAS资料，所得曲线偏差稍大于Mellor曲线。     

2006年北京春季气溶胶吸收系数的分离研究

对2006年春季北京城区大气气溶胶中沙尘和黑碳气溶胶吸收系数的波长指数及其对总吸收系数的贡献进行了估算。结果表明：2006年春季北京城市地区测点,黑碳气溶胶吸收系数随波长的变化呈指数递减,假设某些天的气溶胶吸收无沙尘的贡献,估算的波长幂指数a＝-0.92。另外,计算了北京3次浮尘天气下沙尘气溶胶对吸收系数（520 nm波段）的贡献,计算表明,在浮尘天气影响期间,沙尘气溶胶对吸收系数的贡献平均为32.8%,黑碳气溶胶仍是浮尘影响期间城市气溶胶吸收消光的主要物质。     

2005年中国酸雨时空分布特征

根据中国气象局酸雨站网的观测资料,分析总结了2005年全国降水酸度（酸雨）的时空分布特征,包括年均降水pH值和酸雨发生频率,统计了酸雨逐月变化情况和各省酸雨总体变化趋势;将2005年全国酸雨状况与2004年的状况进行比较,结果认为,2005年全国酸雨污染形势趋于加重。另外,对近3 a来部分台站降水的pH值明显降低的趋势进行了统计和分析。