AML-2车载激光雷达测量边界层污染物分布廓线

介绍了AML-2车载式大气环境激光雷达系统结构和主要技术参数.详细阐述了测量气溶胶粒子消光系数和污染气体浓度的基本原理和数据处理方法.给出了2008年冬季大气参数合肥综合观测实验中获得的SO2、NO2、O3和气溶胶的垂直分布.从观测结果中可以看出,合肥冬季SO2和NO2的浓度比较小,O3有明显的时间变化,主要是由于受到...     

基于光声光谱技术的大气气溶胶吸收系数测量

气溶胶光吸收特性是影响气溶胶大气辐射强迫的重要因素,光声光谱技术被认为是测量气溶胶光吸收特性的理想方法之一。利用扫描电迁移率粒径谱仪和自行设计的气溶胶吸收光声光谱仪对合肥郊区大气气溶胶的粒径分布和吸收系数进行了连续测量,获得了某一时段大气气溶胶粒径谱和吸收系数的变化趋势,分析发现大气气溶胶的吸收系数与其数浓度和粒径分布存在较好的正相关性,且碳质气溶胶的排放是影响该地区大气气溶胶光吸收特性的主要原因。     

合肥地区背景大气气溶胶的偏振激光雷达测量研究

为了研究合肥地区背景大气气溶胶的后向散射特性和偏振特性,利用2007年1月至2009年2月期间无云晴天偏振激光雷达常规测量数据进行统计分析。结果表明：合肥地区对流层中、上部气溶胶散射比和大气退偏振比具有明显的季节变化,其均值春季最大、冬季次之、夏季再次、秋季最小;在春季由于非球形粒子增多,使得其结果明显偏大。数据分析结果为低对流层米散射激光雷达测量数据反演提供参数选取依据,并为特殊天气过程大气气溶胶结构层（沙尘层、污染层等）的深入研究提供有用资料。     

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。     

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.     

星-地激光雷达联合观测合肥地区的气溶胶垂直分布

通过匹配星载CALIOP过境合肥时间,筛选Aerosol-lidar的观测数据,选取4个典型天气个例[沙尘天气、多云天气、中度污染(无云)、中度污染(有云)],对合肥地区的气溶胶进行联合观测,并对气溶胶的类型、气溶胶的变化、气溶胶污染的成因及来源进行分析。结果表明,多云天气下,星载激光雷达对底层气溶胶探测时会受到天气的影响,而地基激光雷达的探测效果较佳,可以通过定点连续观测距离的校正信号准确地反映气溶胶含量和变化特点。星-地激光雷达的联合观测可以更好地分析多种复杂天气的气溶胶变化。联合观测结果表明:轻度污染的沙尘型和受污染的浮尘型气溶胶主要集中在0.8~1.6 km高度范围内,退偏振比集中在0.18~0.20之间;多云天气的气溶胶主要为污染大陆型,集中在0.4~1.2 km高度范围内,其退偏振比在0.015~0.020之间,气溶胶含量很少且为具有球形粒子属性的细颗粒物;中度污染(无云)天气的气溶胶同时包含污染浮尘型和污染大陆型,主要集中在0.3~1.3 km高度范围内,退偏振比在0.08以下,具有明显的球形粒子属性;中度污染(有云)天气的气溶胶也同时包含污染浮尘型和污染大陆型,主要集中在0.8~1.4 km高度范围内,退偏振比在0.075~0.100范围内,为粒径较小的球形粒子。     

合肥、东南沿海地区气溶胶光学特性测量及模式分析

对合肥和东南沿海地区气溶胶粒子的光学特性进行了较为系统地实验观测和统计分析,并初步建立了两个典型地区气溶胶光学特性的模式,对这些地区气溶胶粒子的尺度谱分布、数浓度、散射和吸收系数以及大气能见度获得了规律性认识,这有助于较为全面地了解合肥和东南沿海地区大气气溶胶粒子的各种光学特征量,并可深入了解陆地和海洋型气溶胶粒子的光学特性.     

合肥、岳西气溶胶光学特性的测量与对比分析

为分析城市型气溶胶对其周边地区的影响,同时为华东地区大气参数的测量积累数据,利用空气动力学粒度仪和碳黑度仪于2009年10月先后在合肥、岳西两地开展了实验测量。结果表明:两地气溶胶粒子的平均谱分布服从对数正态分布,合肥地区气溶胶粒子模式直径约为0.710μm,岳西地区约为0.683μm。气溶胶粒子数浓度的日变化和概率统计结果显示,两地气溶胶数浓度都有明显的日变化过程,其中合肥实验数据中80%的结果分布在200～800/cm~3范围内,岳西90%以上集中在100～450/cm~3。两地气溶胶在450 nm、550 nm和700 nm三波长下的吸收系数都有明显的日变化,只是合肥地区吸收系数的量级为10~(-5),而岳西为10~(-6)。     

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。     

徐州市郊大气气溶胶光学特性时序动态变化分析

为获取徐州市郊大气气溶胶污染特征规律,利用地基遥感手段对2013年7月~2014年5月间徐州市郊气溶胶特性参数进行分析,结果揭示：(1)受冬季燃煤供暖和夏季秸秆焚烧等因素影响,气溶胶光学厚度季节特征显著,且月际、日内波动性显著;(2)气溶胶粒子多含水分,干粒子极少,主要为混合型和人为污染型;(3)5月气溶胶以粗粒子为主控粒子,其余月份均以细粒子为主,且气溶胶粒子类型多样,成分复杂;(4)春季粗模态的气溶胶粒子多于细模态粒子,夏季则相反,秋冬季节粗细模态粒子分布相当;另外,观测期间内徐州市郊基本未受沙尘天气干扰,积聚模态下的细粒子对徐州市郊气溶胶高污染的贡献更大。     

CALIOP观测的渤海、黄海气溶胶类型时空分布特征

采用14年（2006~2019年）的CALIOP星载激光雷达数据,基于最新的激光雷达气溶胶类型划分方法,辨识了0.28~8.17 km高度范围内渤海、黄海主导气溶胶类型,揭示了各类气溶胶的垂直分布特征,分析了其长期演变趋势和季节差异。研究发现:（1）受到东亚大陆特别是沙尘输运的显著影响,渤海、黄海主导气溶胶类型为沙尘海洋型（36%）、沙尘型（25%）、清洁海洋型（17%）、煤烟型（11%）和污染沙尘型（9%）（合计>97%）,其中与沙尘有关的3种气溶胶类型占比合计近七成。（2）各类型气溶胶的垂直分布特点鲜明:清洁海洋型和沙尘海洋型气溶胶主要分布在2.5 km高度以下;污染沙尘型和煤烟型气溶胶则主要分布在2.5 km高度以上;沙尘型气溶胶占比随高度增加而增大。（3）从长期演变来看,14年间污染沙尘型气溶胶占比呈波动下降趋势,清洁海洋型气溶胶占比逐年增加,煤烟型气溶胶占比逐年降低。（4）各类型气溶胶的占比及垂直分布均具有明显的季节差异。     

随机分布多粒子侧向散射光偏振特性分析

为了研究随机分布的复合多粒子侧向散射光偏振度和粒子直径大小之间的关系,采用直径0.22μm或0.494μm的粒子与过滤的蒸馏水混合构成不同浓度的悬浮液,作为研究粒子侧向散射光偏振特性散射介质的实验方法,进行了理论分析和实验验证,取得了直径0.22μm的粒子侧向散射光强在不同深度、不同角度的偏振度和直径0.22μm或0.494μm的粒子在3种浓度中侧向散射中水平偏振度、垂直偏振度的数据。结果表明,粒子侧向散射光的退偏振对粒子直径的变化非常敏感,直径小的粒子其散射光水平方向偏振度远大于直径大的粒子,而其散射光垂直方向的偏振度却远小于直径大的粒子。这一结果对多粒子存在状况下的粒子直径检测是有帮助的(尤其适用于粒子直径小于1μm的情况)。     

星载激光雷达观测东中国海气溶胶时空分布的统计特征

基于2006年6月至2016年12月期间CALIPSO星载激光雷达卫星观测资料,分析了东中国海的渤海、黄海和东海海域的气溶胶时空分布特征。结果表明:（1）三个海域的主要气溶胶构成都是清洁海洋型、沙尘型和污染大陆型三种类型气溶胶,三者百分比之和均达到目标海域气溶胶成分的90%,而具体占比最大、起主导作用的气溶胶类型在不同海域并不相同;（2）三个海域随着高度升高气溶胶整体均为指数衰减趋势,其中4 km高度以下各气溶胶类型变化显著,4 km以上区域均只剩下沙尘型、污染沙尘型和煤烟型的气溶胶存在;（3）几乎所有气溶胶类型都会随着月份和季节上的更替变化而变化,春季各海域都是沙尘型气溶胶占比最大,夏季清洁海洋型气溶胶影响最明显,秋季和冬季期间东海地区以清洁海洋型气溶胶为主,而渤海和黄海均是沙尘型气溶胶为主。     

光学双向反射分布函数的测量装置研究

介绍了双向反射分布函数的测量原理和方法,搭建了双向反射分布函数的测量装置。该装置可以测量可见光和红外两个波段的双向反射分布函数。在可见光波段采用卤钨灯作为光源,采用光纤光谱仪作为光接收器,以10 nm的波长间隔测量双向反射分布函数。在红外波段采用碳化硅作为红外光源,采用热释电探测器作为光接收器,采用标准板相对定标的方法测量待测样板的双向反射分布函数。可见光波段双向反射分布函数的测量重复性不大于1.5%;3μm~5μm红外波段双向反射分布函数的测量重复性分别小于或等于2.5%、8μm~12μm波段的小于或等于3.0%。测量结果表明,该测量装置的有效性较高。     

1.06μm激光大气衰减系数理论计算模型研究

气溶胶的复杂性及难以现场测量性造成了1.06 μm激光传输特性与气候、地域密切相关且难以计算.在经典大气传输理论模型的基础上,提出了1.06 μm激光大气衰减系数理论计算模型的构建方法,将理论计算与实际天气情况相结合,实现了1.06 μm激光衰减特性的实时计算,简化了激光大气衰减特性的工程计算.通过绥中地区不同能见度下激光衰减系数的实测实验,得到了2.5 km、3 km、5 km、10km、12 km、14 km、20 km七种能见度下的1.06 μm激光大气传输衰减系数,构建了绥中地区激光大气衰减系数理论计算模型,验证了该方法的可行性.     

一种新型软X 射线气溶胶荷电器的开发与评测 #br#

现有荷电器对 1∼3 nm 气溶胶的通过效率和荷电效率都较低。研发了一种新型软 X 射线气溶胶双极荷电器, 通过结构设计的改进极大地提高了 3 nm 以下气溶胶的通过效率, 同时该荷电器对不同粒径气溶胶的本征荷电效率仍 与现有荷电器相近。实验室评测结果表明: 在 1 L·min−1 流量下, 新型荷电器对 3 nm 以下不同粒径气溶胶的通过效率 与 TSI 3088 软 X 射线荷电器相比可提高 175%∼300%; 在 2.5 L·min−1 流量下, 可提高 115%∼173%。同时, 新型荷电器 对 10∼40 nm 及 3 nm 以下气溶胶的本征荷电效率与目前广泛使用的 Fuchs 稳态理论近似公式计算得出的荷电效率及 其他类似荷电器的实测荷电效率基本吻合。相对于现有的商业荷电器, 该新型荷电器对 3 nm 以下气溶胶有着更高的 表观荷电效率, 具有潜在的应用价值。     

灰霾中主要污染物粒子散射特性的研究

分析了灰霾污染天气条件下气溶胶的物理光学特性,研究了PM2.5污染物粒子主要成分,包含硫酸铵、硫酸、硝酸铵和碳质气溶胶等粒子。运用Mie散射理论对此类灰霾粒子的光散射特性进行了研究,分析计算了上述几种粒子组分的散射、吸收、消光效率因子以及散射相函数。结果表明硫酸铵、硫酸和硝酸铵粒子主要以散射作用为主,吸收效应很弱几乎为零,且散射效率因子随尺度参数振荡衰减最终趋于常数2,而碳质气溶胶粒子则表现出较强的吸收效应。最后通过对比不同半径不同粒子的散射相函数,结果表明粒子相函数对粒子大小和复折射率较为敏感,且前后向散射具有一定的对称性。该研究结果可用于大气污染光学遥感监测。     

真核微生物与原核微生物气溶胶0.25~15 μm光学特性

微生物气溶胶作为大气气溶胶的重要组成部分,可以通过吸收或散射影响大气辐射特性。当前对于微生物气溶胶光学特性的研究,多局限于单波段或单种质,无法归纳出微生物气溶胶光学特性的一般性和特殊性,不利于全面分析微生物气溶胶对大气辐射特性的影响。测量了三种真核孢子微生物和三种原核杆菌微生物材料在0.25~15 m波段的光谱反射率,结合K-K算法计算复折射率m,并对微生物FTIR光谱进行分析,比较了真核与原核微生物0.25~15 m波段光学特性的相同与相异之处。研究结果可以帮助全面理解和定量计算大气辐射特性,为微生物气溶胶遥感探测和类型鉴别提供理论支撑,为开发新型功能性材料提供了新思路。     

2021 年春季沙尘传输对徐州地区气溶胶演变影响分析

沙尘气溶胶对局地大气环境具有显著影响, 本工作基于 2021 年 3 月中国东部卫星和地基遥感观测资料, 以沙 尘传输过程中上下游的两个城市北京和徐州为主要研究区, 分析了两地气溶胶环境的阶段性变化特征和驱动因子。 结果表明: (1) 连续两次大型沙尘暴均来源于蒙古地区, 并受冷空气驱动影响中国东部地区, 第一次沙尘在江苏腹地进 入黄海, 第二次沙尘在江苏省附近受西南暖风影响发生沙尘回流现象造成持续污染。 (2) 沙尘以粗颗粒物为主, 使得近 地面层 PM10 浓度急剧提升至背景值的 20 倍、 PM2:5 提高至 3 倍。处于下游的徐州地区比上游的北京地区两次 PM10 峰值均低 500 µg·m−3, 且时间延后 12 小时。 (3) 沙尘过境前徐州背景气溶胶以散射性细颗粒物为主, 气溶胶光学厚度 (AOD) 小于 0.5, 单次散射反照率 (SSA) 约等于 0.99。到达徐州地区的沙尘漂浮在 2∼ 4 km 高空层并随重力作用与地 面层气溶胶混合, 使得 AOD 瞬间提升至 1.5 以上, 24 小时后开始逐步由沙尘主导过渡到本地污染物粒子主导 (气溶胶 退偏比从大于 0.25 降至 0.1 以下)。本次沙尘中部分颗粒物成分对 440 nm 光谱吸收性较强, 与沙尘来源有关。