气溶胶物理学著名科学家——温景嵩教授

温景嵩教授,是我国微大气物理学尤其是气溶胶物理学的著名科学家。1933年2月4日出生于北京。1952年毕业于北京师大附中,1957年毕业于北京大学物理系气象专业。曾先后在中国科学院大气物理研究所(1957年至1971年)和安徽光学精密机械研究所(1971年至1984年)工作。1979年10月至1982年2月,为英国剑桥大学应用数学与理论物理系高级访问学者,师从当代国际流体力学大师Batchelor教授。1984年起到现在为南开大学物理科学学院教授、博士生导师,学科带头人;中国颗粒学会荣誉理事,北京大学优秀校友,英国皇家气象学会会员,美国气溶胶学会会员,纽约科学院院士。几十年来,温景嵩教授从事微尺度大气运动中的气溶胶物理等过程的研究,做出了一系列创造性成就和突出贡献。在这一领域中他取得了一项标志性成果,这项标志性成     

临安大气气溶胶理化特性季节变化

分别利用碳成分分析仪、离子色谱仪和原子吸收光谱仪等获取浙江省临安地区大气气溶胶在春、夏、秋、冬四季的质量浓度、离子与碳成分特性，并对不同粒径气溶胶成分分布特点作了较详细分析。结果表明:气溶胶质量浓度、可溶性离子浓度以及碳成分浓度具有明显的季节变化趋势。整个尺度范围内，气溶胶质量浓度季节变化特点为春季浓度最高，达到534 μg/m3；冬季次之，质量浓度为117.21 μg/m3；夏季浓度最低，平均为65.7 μg/m3；秋季质量浓度98.6 μg/m3。可溶性离子成分在气溶胶中所占比例具有明显的季节性，其中夏季最高为49.4%，春季最低为11.3%。硫酸根离子SO₄2-和氨根离子NH₄+和硝酸根离子NO₃- 3种离子浓度之和约占离子总量的75%~83%。受温度影响，硝酸根离子NO₃-浓度随季节变化幅度较大，夏季平均浓度为1.7 μg/m3, 冬季平均浓度为11.5 μg/m3，是夏季浓度的6.8倍。碳浓度分布特点显示，气溶胶中元素碳浓度春季最高，夏季最低。有机碳浓度春季最高，冬季最低。气溶胶粒度分布特点也非常明显。四季中粒径小于11 μm（PM₁₁）的气溶胶均占气溶胶总量的90%以上，粒径小于2.1 μm（PM_2.1）的气溶胶占到气溶胶总量的53%以上。可溶性离子在粒径小于2.1 μm气溶胶颗粒中，以硫酸根离子、氨根离子和硝酸根离子为主。碳成分尺度分布特征为颗粒越小，有机碳及元素碳浓度越高。     

Effect of Atmospheric Haze on the Deterioration of Visibility over the Pearl River Delta

The studies on the effect of atmospheric aerosol on climate and environment are hot issues in the current circle of international science and technology. In recent years the pollution of aerosol is getting worse and worse over the Pearl River Delta. The clouds of aerosol occur all year round, with heavy pollution area located at the western side at the mouth of Pearl River. The haze weather mainly occurs from October to April next year, resulting in visibility deterioration. From the beginning of 1980s, visibility dramatically deteriorated, obviously increasing haze weather, in which there are three big fluctuations, showing the periods of pollutions of dust, sulphate and dust, fine particle from photochemical process and sulphate and dust accompanying with the development of economy respectively. The long-term tendency of visibility caused by fog and light fog does not show a tendency due to human activities or economic development, which mainly shows the interannual and interdecadal variation of climate. The deterioration of visibility has close relation to the fine particles over Pearl River Delta, with half of PM10 overpass the limited value set by national second graded standard (150μg m-3), meanwhile, all values of PM2.5 overpass the day-mean limited value of American national standard (65μg m-3), especially from October to January next year, monthly mean values of PM2.5 almost reach two times of standard value, indicating the fine particle concentration is very high. The ratio of PM2.5 to PM10 is also very high, reaching 58%-77%, higher especially in dry season than in rainy season. Thus it is the fine particle pollution in aerosol pollution over the Pearl River Delta. Compared with the data of 15 years ago, the ratio of fine particle to aerosol has obviously increased.     

利用多角度POLDER偏振资料实现陆地上空大气气溶胶光学厚度和地表反照率的同时反演 I. 理论与模拟

陆地上空标量辐射对地表反射率和大气气溶胶散射都具有很强的敏感性,而偏振反射只对大气气溶胶敏感,对地表不敏感。根据这个原理并结合POLDER(POLarization and Directionality of Earth Reflectance)资料的特点,作者提出综合利用标量辐射和偏振反射信息来实现陆地上空大气气溶胶和地表反照率的同时反演。首先,利用多角度偏振辐射观测提取大气气溶胶光学参数,再利用标量辐射测量对偏振反演结果作进一步筛选和订正,同时获得地表反射率。数值模拟试验结果证明,仅利用偏振信息只能获取大气气溶胶信息,而且其结果误差较大,特别是对于散射作用较强的短波长通道如670 nm误差更大,但经过标量辐射订正后的结果得到明显改善,气溶胶光学厚度和地表反射率与真实值之间相关系数都达到0.99以上。为提高查找表的计算效率,提出并建立了反演方案所需要的半参数化数值表,利用内插方法寻求气溶胶光学厚度和地表反射率的数值解的反演方法。     

南极威德尔海周边雪冰和大气气溶胶中的MSA,nssSO_4~(2-)浓度及其比率研究

分析了威德尔海周边雪冰和大气中ＭＳＡ和ｎｓｓＳＯ２－４浓度资料。结果表明,威德尔海是造成这一地区大气中高含量生物硫化物的“源”,其周边岛屿及冰架表层雪冰记载和反映了大气中生物硫化物的空间分布和季节变化特点。源区产出硫化物的强度存在显著差异：靠近南极半岛一侧高于靠近Ｆｉｌｃｈｎｅｒ－Ｒｏｎｎｅ冰架一侧。尽管诸多因素对输运和沉降过程发生影响,表层积雪ＭＳＡ和ｎｓＳＯ２－４浓度仍呈现出很有规律性的空间分布：随沉降地点离海距离和海拔高度的增加,浓度值递减;但在一定海拔之下,“高程效应”不显著。冰芯中ＭＳＡ浓度垂向分布显示出季节分配“滞后”现象,在表层表现为受天气条件制约的输运过程造成的相位差,在深层则归因于有待验证的“迁移”机制作用的结果。大气和雪冰样品对比研究结果表明,在类似威德尔海这样的高纬地区,大气中的ＳＯ２－４和ＭＳＡ“信号”在雪冰样品中会遭到不同程度的减弱。但就空间变化趋势和季节分布而言,表层雪冰仍是大气中组分（在本文是ＳＯ２－４和ＭＳＡ）的良好载体。十分接近的大气和雪冰ＭＳＡ对ｎｓｓＳＯ２－４（或ＳＯ２－４）比率证实,这两种大气组分在由大气洗净和沉降到冰雪过程中只发生微弱的分离作用。这也就是大气和雪冰中     

探讨气候变化的新热点:大气气溶胶的气候效应

气溶胶的气候效应是近年来研究的热点问题。针对这一问题已开展过许多观测研究和模式研究。但是由于气溶胶问题的复杂性以及对气溶胶的观测历史短,至今尚缺少全球范围的气溶胶系统观测资料,所以目前气溶胶的辐射强迫仍是个很不确定的量。这直接影响对全球气候变化的预测。目前国内外正在加强这方面的研究工作,并且有了一些初步的结果。概述了近期国内外对气溶胶的气候效应的研究状况及结果,介绍了今后国际上将要在这一领域开展的研究工作。     

对流层平流层气溶胶粒子的形态和化学组成

分析研究了１９９３年和１９９４年的８月、９月在香河地区上空采集的单个气溶胶粒子的形态及化学元素和化合物的组成。结果表明：１９９３年,在对流层大气中的气溶胶颗粒经常出现不规则形的粒子,可能是土壤粒子;而在平流层大气中的颗粒以具有“卫星”结构的硫酸粒子为主;硫酸铵粒子则经常出现在对流层的中、下部。香河地区上空颗粒物的化学元素组成比较复杂,单一化学元素组成的粒子较少,粒子主要含有Ｓｉ,Ｆｅ,Ａｌ和Ｓ等元素。气溶胶的化合物有硫酸盐、硅酸盐、硝酸盐和磷酸盐等     

中国地区大气气溶胶辐射强迫及区域气候效应的数值模拟

利用太阳直接辐射日总量和日照时数等多年观测资料,反演了中国地区大气气溶胶0.75 μm光学厚度的年、月平均值,分析了我国大气气溶胶状况的时空分布特征。据此,在中国区域气候模式中考虑气溶胶的辐射影响,模拟中国地区气溶胶直接辐射强迫的大小及气候响应的季节变化特征。计算结果表明: 我国大气气溶胶光学厚度多年平均分布状况是以四川盆地为大值中心向四周减少;长江中下游武汉附近和南疆盆地为另两个大值中心;青藏高原为气溶胶低值区;我国绝大部分地区春季气溶胶光学厚度值最大,各地气溶胶光学厚度最小值出现的季节则有所不同。气溶胶辐射强迫介于-5.3～-13 W/m2之间;辐射强迫具有春、夏季大,秋、冬季小,冬季南方偏大,夏季北方偏大的特征。气溶胶辐射强迫的分布与其光学厚度的分布基本一致。由于气溶胶的影响,中国大陆地区地面气温均有所下降,四川盆地到长江中下游地区以及青藏高原北侧到河套地区降温最为明显,分别可达-0.4℃和-0.5℃。气候响应具有明显的季节特征。地面气温的变化除与辐射强迫的大小有关外,还受大气环流的影响。     

东亚地区沙尘气溶胶影响硫酸盐形成的模式评估

利用STEM-II三维区域大气化学模式,耦合沙尘气溶胶表面相过程,研究了1994年3月1日至14日间东亚地区沙尘气溶胶对硫酸盐形成的影响。结果表明,SO2气体在沙尘气溶胶表面上进行的非均相氧化过程是硫酸盐形成的一条重要途径,由这条途径提供的硫酸盐占其总浓度的20%～50%。 并发现在模拟时段,沙尘暴过程主要影响沙尘源地下游的中国东部地区硫酸盐的分布,使得那里的硫酸盐浓度增加60%以上。     

中国地区气溶胶的辐射强迫及其气候响应试验

根据国内测定的排放因子数据和国家、部委及各省市统计年鉴公布的排放源数据,得到的中国大陆的1°×1°网格精度的SO2的排放分布,计算了中国地区人为扰动气溶胶的辐射强迫。应用近期开发的二维能量平衡模式计算了由该种气溶胶所引起的中国地区地面温度变化。模式结果表明,最大辐射强迫和最大地面温度变化都集中在中国的沿海和四川地区。最大辐射强迫达3 W/m2。