利用双角度光学粒子计数器测量大气气溶胶质量浓度

针对大气气溶胶质量浓度的测量在城市污染监测中的重要性,提出了利用双角度光学粒子计数器测量大气气溶胶质量浓度的方法,该方法利用气溶胶粒子体积谱和密度来计算气溶胶质量浓度,可以对不同粒径范围的气溶胶质量浓度进行计算,最后采用2004年9月和2007年11月在北京测量的数据对计算的PM10和PM2.5进行验证,证明此方法是可行的.该方法对使用光学方法测量气溶胶质量浓度具有参考意义.     

成都秋冬季气溶胶消光系数的非平稳性分析

基于对大气消光系数时间序列随机性的深入研究,利用成都市2015至2017年秋冬季的大气能见度、相对湿度(RH)、颗粒物(PM10和PM2.5)质量浓度和NO2含量监测数据,反演得到该区域相应时段的气溶胶消光系数时间序列.基于位置、尺度、形状的广义可加模型检测了气溶胶消光系数时间序列的平稳性,并对气溶胶消光系数序列进行了协变量分析.实验结果表明,成都秋冬季气溶胶消光系数时间序列均为非平稳序列,其均值和方差表现为非线性变化.细颗粒物(PM2.5)质量浓度、RH和气溶胶组分(PM2.5/PM10)均是气溶胶消光系数序列非平稳变化的显著协变量.其中,PM2.5为气溶胶消光系数序列非平稳性最主要的贡献因子,其次为RH,贡献最小的为PM2.5/PM10,且气溶胶消光系数的爆发式增长与PM2.5、RH和PM2.5/PM10的协同作用密切相关.     

利用颗粒物数密度谱计算质量浓度的方法研究

利用自行研制的空气动力学粒谱仪和颗粒物质量监测器振荡天平,于2006年2月在北京测量了大气气溶胶的粒子数密度与质量浓度.在对二者进行相关性分析的基础上,运用多元回归方法,得出了利用粒子数密度谱获取颗粒物(PMl0)质量浓度谱的经验公式,并对公式进行了实验验证.同时分析了北京市初春气溶胶的有关特征,以期对北京市大气污染总量控制方案及对策提供科学依据.     

海洋大气气溶胶粒子谱分布及其消光特征分析

为研究海洋大气气溶胶粒子数浓度时空分布和粒径谱分布特征,2014年8月至2016年3月期间,利用光学粒子计数器和自动气象站等设备在广州茂名海边、东海和南海海域、三亚近海海域以及太平洋和印度洋海域对海洋大气气溶胶粒子数密度谱及大气温度、湿度、气压、风速等进行了测量。对不同海域不同气象条件下的谱分布特征进行了统计分析,并对谱分布进行了拟合。结果表明海洋大气气溶胶粒子谱分布是由一个细粒模和一个中间模组成,但近海的粒子数浓度大于远海。远海气溶胶粒子谱型稳定,海面风力是引起粒子数浓度变化的主要原因。东海和南海的粒子谱分为二段,小于0.5 m时用Junge谱的指数分布来描述,0.5~4 m段用对数正态分布来描述。大风天气下海洋气溶胶的消光系数明显增加,且在1~3 m波段的消光特征基本不受波长的影响。     

基于大气消光系数概率分布参数的湿度订正方法

大气消光系数湿度订正是气溶胶吸湿性研究的重要内容,也是利用卫星气溶胶光学厚度(AOD)产品反演近地面颗粒物质量浓度的关键技术环节.基于成都市2016年1月至12月的逐时PM2.5质量浓度、大气能见度、相对湿度(RH)观测数据,首先,深入探讨了大气消光系数与颗粒物质量浓度之间的统计关系及其对RH变化的响应特征,发现在RH小于90％时,单位质量大气消光系数均服从对数正态分布,并进一步指出该分布函数的形状参数和尺度参数均随RH的增加呈现出波动型增长.其次,以干燥环境条件下(RH小于等于40％)单位质量大气消光系数对数正态分布参数为基准,通过数学变换消除湿度变化对单位质量大气消光系数概率分布参数的影响,据此提出了大气消光系数湿度订正的原理和计算流程.最后,对该原理的适用性进行研究,结果表明,订正后大气消光系数反演得到的PM2.5质量浓度与实际PM2.5质量浓度相关系数为0.90,显著优于气溶胶散射吸湿增长因子法的湿度订正结果.     

利用大气能见度获取多波长气溶胶光学特性

介绍了一种利用测量得到的大气能见度获取多波长气溶胶光学特性(主要探讨气溶胶的消光系数、散射系数和吸收系数)的新方法。首先，由能见度求出波长0.55 μm的大气消光系数，在减去大气分子的消光系数后得到0.55 μm气溶胶的消光系数，使用Mie散射理论求出气溶胶粒子的数密度；因为同一时间大气状态下气溶胶的数密度是不变的，所以再次使用Mie散射理论即可得到其他波长下气溶胶的光学特性。以1.06、1.536、3.75 μm为例，给出了合肥2003年近地面层的气溶胶光学特性，该方法对于研究大气环境和大气中光传输模式具有重要意义。     

厦门地区大气气溶胶变化特征分析

厦门地区气溶胶粒于是夜晚多、白天少、阴天多、晴天少，平均粒子谱夏季8月份的大于秋季11月份的，冬季3月份的位于两者之间。冬季3月份的Junge指数v（2．2～2．8）和秋季11月份的v（1．8～2．2）昼夜变化较大。而夏季8月份的v值昼夜变化较小（2．0附近），11月和3月份的Junge系数No大致分布在0．5～2．0之间，而夏季的No值非常大（2．5～7．0），这说明厦门地区夏季半径在1μm处的粒子非常丰富。厦门地区的粒子数密度夏季昼夜变化不明显，而冬季和秋季昼夜变化明显，主要受相对湿度和逆温层的综合影响。厦门地区2004年8月大气气溶胶折射率虚部的平均值为0.016，其昼夜变化不明显，2005年3月折射率虚部的平均值为0．033，并且其值白天小、夜晚大，昼夜变化很明显。     

用后向散射系数计算颗粒物质量浓度的方法研究

从理论上分析气溶胶后向散射系数和质量浓度之间的关系,利用米散射激光雷达和颗粒物质量监测器振荡天平(tapered element oscillating microbalance, TEOM)分别测量了合肥市郊近地面大气气溶胶的后向散射系数和PM10的质量浓度.在分析其相关性的基础上,利用非线性最小二乘法拟合的方法建立了利用后向散射系数获取颗粒物质量浓度的经验公式,并对利用公式反演的结果进行了实验验证.同时还分析了合肥市郊春季气溶胶的日变化特征,以期对合肥市大气污染总量控制方案及对策提供科学依据.     

北京2014年冬季边界层高度与颗粒物浓度的相关性研究

拉曼激光雷达已经广泛应用于大气气溶胶、大气温度和水汽的空间分布及时间演变特征测量。为了获取北京污染期间大气气溶胶边界层的特征,2014年11月~2015年1月期间在中国科学院大学雁栖湖校区利用拉曼激光雷达进行连续观测。使用梯度法处理激光雷达观测数据得到边界层高度,同时与国家环保部提供的当地颗粒物浓度数据进行对比。观测期间灰霾天共出现15天,污染天出现27天,干净天出现24天。灰霾天、污染天和干净天三种情况下的平均大气边界层高度范围分别为0.6~0.9、0.9~1.3、1~1.9 km;PM2.5的质量浓度范围分别为143~203、77~90、17~34 g/m3;PM10的质量浓度范围分别为170~271、103~153、33~78 g/m3。研究结果表明:北京地区大气边界层高度对近地面颗粒物浓度具有明显的负相关影响。干净天、污染天和灰霾天下的PM2.5和PM10的质量浓度变化率随大气边界层高度降低而依次增大。灰霾天大气边界层高度引起的PM2.5质量浓度平均变化率为-242.4 gm-3/km,约为污染天（-114.8 gm-3/km）的两倍,干净天（-77.4 gm-3/km）的三倍;灰霾天大气边界层高度引起的PM10质量浓度平均变化率为-224.2 gm-3/km,约为污染天（-117.6 gm-3/km）的两倍,干净天（-90.4 gm-3/km）的两倍。     

厦门地区大气气溶胶变化特征分析

厦门地区气溶胶粒子是夜晚多、白天少、阴天多、晴天少,平均粒子谱夏季8月份的大于秋季11月份的,冬季3月份的位于两者之间。冬季3月份的Junge指数v(2．2～2．8)和秋季11月份的v(1．8～2．2)昼夜变化较大。而夏季8月份的v值昼夜变化较小(2．0附近),11月和3月份的Junge系数N_0大致分布在0．5～2．0之间,而夏季的N_0值非常大(2．5～7．0),这说明厦门地区夏季半径在1μm处的粒子非常丰富。厦门地区的粒子数密度夏季昼夜变化不明显,而冬季和秋季昼夜变化明显,主要受相对湿度和逆温层的综合影响。厦门地区2004年8月大气气溶胶折射率虚部的平均值为0．016,其昼夜变化不明显,2005年3月折射率虚部的平均值为0．033,并且其值白天小、夜晚大,昼夜变化很明显。     

包头城区冬春大气颗粒物污染特征及其与气象条件关系

包头2015~2016年冬春季节出现了连续的雾霾天气,不仅对能见度产生较大影响而且严重危害人体健康。选取了包头主城区8个空气质量浓度监测点的数据,对主城区的PM2.5和PM10污染特征进行分析,确定其空间差异特征和时间性变化特征。依据监测区功能的不同将包头主城区划分为5个区域,对各个区域监测点数据筛选整理,得到冬春季各个区域PM2.5和PM10质量浓度由高到低的顺序均为：工业区＞ 商业区 ＞文化区 ＞交通枢纽区＞公园游览区。各区域颗粒物月变化曲线呈双峰单谷型,12月最高,2月最低,并对成因进行分析总结;逐日变化反映PM2.5和PM10质量浓度具有较好的相关性,且受气象条件影响显著;日变化呈双峰双谷趋势。本文选取了气温、气压、相对湿度和风速等气象因子,利用Spearman秩相关分析研究各个气象因子对大气PM2.5和PM10质量浓度的影响。包头春季PM2.5和PM 10的质量浓度分别与气温、气压正相关,与风速、相对湿度（伴有降水时）负相关,风速、气压和相对湿度是影响污染物质量浓度分布的主要因素。     

激光雷达探测反演PM2.5浓度的精度研究

给出了355nm激光雷达与布设在中国科学院大气物理研究所325m铁塔上的BAM-1020颗粒物监测仪对比观测实验的结果,通过2011年9月21日至10月21日一个月的对比实验发现,激光雷达探测的气溶胶消光系数与实测的PM2.5浓度之间存在较好的相关性。利用线性回归模型建立消光系数与颗粒物浓度之间的关系式,并通过铁塔实测的PM2.5浓度对该关系式在垂直高度上的反演精度进行研究。结果显示,在63,80,120,160m高度处雷达反演的PM2.5与实测值之间的相关系数分别为0.9447,0.9331,0.9284,0.9308,说明激光雷达能有效探测颗粒物的垂直分布状况。激光雷达探测将有利于研究污染物的空间分布状况和污染物跨界输送问题,并为区域大气联防联控制定政策和措施提供数据支持。     

大气湍流与气溶胶环境室内模拟方法的研究

在实验室内利用大气模拟池模拟了大气湍流作用,大气湍流的强度可以通过控制模拟池上下板面之间的温度差来调节。同时,在模拟池内模拟了PM2.5环境,利用颗粒传感器测量PM2.5的浓度值。由于大气能见度主要受PM2.5的影响,我们获取了北京某地区一段时间内的空气质量数据,对两者之间的关系进行数值拟合,并得到了两者之间的回归模型。将该回归模型应用到大气模拟池,计算模拟大气的能见度,并与气象局公布的北京市丰台地区的空气质量进行比对,检验模拟池对PM2.5环境模拟的准确性。该模拟池在湍流模拟的基础上,又对PM2.5环境进行了模拟,该方法可行、理论依据充分,为日后研究激光大气传输提供了可靠的室内实验平台。     

安徽省寿县气溶胶消光系数变化特征分析

基于自主研发的气溶胶消光光谱仪, 在安徽省寿县观测站点进行了连续观测, 并对 2016 年 5 月至 12 月期间 该地区的大气气溶胶光学特性开展了研究。结合不同大气因素分析了观测结果的时间序列变化及日变化规律, 对比 了消光系数与 PM2.5 质量浓度、散射系数的相关性, 并探讨了风速风向对于寿县消光系数变化的影响。结果表明: 寿 县地区大气消光系数时间序列变化与日变化特征明显, 且受到不同气象要素的影响。秋季和冬季的大气污染情况较 为严重, 与其他季节相比, 污染天气的天数明显增多; 与清洁天气相比, 污染天气的消光系数和 PM2.5 质量浓度、散射 系数显著增大。特别在冬季, 污染事件频繁。在 12 月份出现过重度污染天, 其 24 h PM2.5 平均浓度超过 150 µg·m−3 , 且该月消光系数和 PM2.5 质量浓度、散射系数均达到观测期间月平均最大值。整个观测期间, 从日变化来看, 消光系 数、PM2.5 质量浓度及散射系数均是白天波动较大, 午后出现最低值; 其中消光系数最大值出现于清晨 08:00 左右, 最 小值则出现于下午 16:00 左右。此外, 消光光谱仪测得的气溶胶消光系数与 PM2.5 质量浓度和散射系数的相关系数分 别为 0.91 和 0.83, 说明研制的消光光谱仪同其他仪器的测量结果具有很好的一致性。     

大气能见度与湍流同步测量系统的软硬件协同设计

为了探测和研究大气能见度与湍流特征,应考虑大气湍流气团运动与气溶胶粒子之间存在的复杂关系。但传统测量仪器只能单独测量能见度或者大气湍流,忽略了二者之间的相互作用。基于布格-朗伯定律与光强起伏原理,设计并实现了大气能见度与湍流同步测量系统。实测结果表明系统可用,与同行业已有仪器测量结果相对误差为6.7%。相对于传统仪器,其设计更为简捷,成本更加低廉。     

星载对地观测偏振传感器及其大气遥感应用

偏振反映电磁波的方向特性,是除强度之外电磁波的另一维度的信息。在电磁波与大气颗粒物的相互作用中,偏振由于其对颗粒物物理特征的高敏感性, 可以有效提高卫星遥感探测的丰度和精度,改善对大气中特性复杂的气溶胶和云等成分的探测能力。首次综合介绍了我国研制的4种类型星载 对地观测偏振传感器,包括多角度偏振相机、推扫式偏振成像仪、摆扫式偏振仪、多通道偏振辐射计,并分析了代表性的国产偏振传感器 的指标参数,总结了各类载荷的探测能力。在此基础上,介绍了星载偏振传感器的主要定标方法,包括发射前实验室定标、星上定标和在轨定标。 偏振载荷具有增加卫星观测维度和精度、对大气颗粒物粒径和形状特征敏感、改善弱信号探测等方面的综合优势,能够获取全球范围内 高精度的大气气溶胶和云参数。星载对地观测偏振传感器具有广阔的大气遥感应用空间和潜力,可在细颗粒物PM2.5卫星遥感、关键气候 因子观测及评估、极端环境事件监测、气溶胶生态效应评估、对地观测高精度大气校正等多个领域发挥作用。     

扫描式微脉冲激光雷达的研制和应用

详细介绍了最新研制的扫描式微脉冲激光雷达MPL-AS以及它的特点和应用，探讨了微脉冲激光雷达探测大气气溶胶水平消光系数分布的数据处理方法，并给出了实地探测和数据分析结果。另外本文也尝试用消光系数与p（PM10）的相关关系，计算获得了p（PM10）水平空间分布。实地探测的结果表明：扫描式微脉冲激光雷达不仅可以探测大气气溶胶消光系数廓线和云层结构及其随时间的演变过程，还可用于城市大气环境水平方向空中污染状况的自动化扫描监测，获取感兴趣区域气溶胶的时空分布，是有利于空气环境治理的实用工具。     

气溶胶后向散射消光对数比对消光系数反演的影响研究

使用Mie散射激光雷达在阴、雾和晴三种天气状况下采集了大气回波信号,从所测数据反演气溶胶消光系数的过程中发现,气溶胶后向散射消光对数比对反演结果存在较大影响.在阴天天气下,当后向散射消光对数比从0.7变化到1.0时,气溶胶消光系数反演结果相差近5倍;对晴天天气,反演结果相差近3倍;而在有雾天气,其反演结果变化不大.通过参考大气能见度因子对消光系数进行修正,并从而获得对应的后向散射消光对数比,给出了一种根据天气状况确定气溶胶后向散射消光对数比的新方法.实际反演计算表明,用此方法可获得与实际更为接近的气溶胶消光系数.     

大气气溶胶红外散射透过率计算研究

红外辐射在大气中传播时大气气溶胶散射是能量衰减的原因之一.通过考虑气溶胶密度随高度变化,结合大气能见度参数,建立了红外线在水平均匀传播和斜程传播下的大气气溶胶散射透过率计算方法.水平均匀传输下,在中长波波段对大气气溶胶散射透过率采用常规积分求均值方法计算,与采用波长中值的工程计算公式结果对比,表明工程计算公式具有足够的...     

热红外遥感中大气透过率的研究(一):大气透过率模式的构建

大气透过率是热红外遥感中的一个重要参数。通过辐射传输模型MODTRAN模拟热红外波段的大气透过率,构建了基于大气模型、气溶胶模型、水汽量、能见度和观测天顶角等5个因素的大气透过率查找表,分析了不同参数对热红外大气透过率光谱曲线的影响,通过方差分析确定了影响大气透过率的关键因子,针对不同类型的气溶胶模型,构建了基于水汽量、能见度和观测天顶角的常用卫星传感器热红外通道的大气透过率经验模式,解决了卫星热红外遥感中大气透过率精确计算的问题。