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。     

基于偏振激光雷达对远距离传输沙尘在局地混合过程的观测研究

利用国控站点的PM2.5和PM10含量,分析了一次蒙古地区沙尘的远距离传输事件;并结合532 nm偏振激光雷达的观测结果,研究了沙尘在武汉地区的混合过程.研究表明,在这次沙尘事件中,边界层顶的夹卷过程和边界层内的对流混合对沙尘在局地的分布起到重要的作用.在沙尘输入初始时期,沙尘高度约为1 km,主沙尘层经过边界层顶的夹...     

内蒙古自治区一次沙尘过程的激光雷达分析

为了探究沙尘污染过程中高时空分辨率的结构特征, 利用相干多普勒测风激光雷达、地面观测站、中分辨率成像光谱仪, 结合卫星气溶胶光学厚度数据产品、欧洲中期天气预报中心第5代再分析资料(ERA5)以及混合单粒子拉格朗日积分轨道(HYSPLIT)后向轨迹模式, 分析了2019-10-27~2019-10-28内蒙古自治区锡林郭勒盟一次典型的沙尘天气过程。结果表明, 此次沙尘是受高空冷涡、蒙古气旋的共同影响, 配合冷锋在高温时段过境沙源地, 热力叠加动力条件有利于沙尘随西风扩散; 沙尘来临前后, 地表气温变化明显; 卫星产品、HYSPLIT模式结合雷达风廓线可以更准确地确定沙尘来源, 激光雷达反演的气溶胶消光系数可反映边界层大气中气溶胶的变化情况; 2019-10-28T02:00地面PM10的质量浓度达到最大值268μg/m3, 消光系数超过30km-1, 达到最大值, 雷达反演数据在时间上会有延迟; 城市下垫面使得沙尘污染快速减弱, 雷达所在的草地下垫面容易受垂直风切变影响产生持续性污染。该研究对应用相干多普勒测风激光雷达、认识沙尘的污染过程以及传输特性很有帮助。     

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。     

重庆主城区一次持续污染过程的激光雷达探测分析

2013年11月25日至12月9日,利用大气超级站ALS300型偏振Mie散射激光雷达对重庆主城区大气进行了连续探测,分析了持续污染期间的大气扩散条件及大气颗粒物时空分布等探测结果。分析表明:太阳辐射和地面辐射的减弱,极差的扩散条件,以及稳定的大气层结等多重因素导致大气颗粒物持续累积,能见度持续恶化;持续污染期间PBL高度较低,基本维持在150至400m之间,且几乎无明显变化,整个污染带在0至400m的高度范围。     

北京地区春季重污染过程污染特征及其光学特性分析

针对北京地区2018年3月29日-4月10日的一次完整重污染过程,利用空气质量监测数据及AERONET北京站观测数据开展其污染特征及光学特性分析,并结合HYSPLIT气流后向轨迹模式,对此次重污染期间大气颗粒物时空传输特征进行了综合研宂.结果表明:北京地区此次重污染过程以弱吸收性细模态气溶胶为主;重污染期间PM2.s浓...     

重污染过程的差分吸收激光雷达监测

基于差分吸收激光雷达反演了气溶胶消光系数、边界层高度以及臭氧的质量浓度,通过大气温度廓线、地面气象要素和空气质量数据以及后向轨迹和海军气溶胶分析与预测系统分析了望都县的一次重污染过程.实验结果表明,观测期间望都县处于东亚大槽系统的控制下,近地面层100～200 m内一直存在逆温层.颗粒物污染严重时,地面相对湿度较高、风...     

基于激光雷达和地面监测数据对南京一次沙尘和细粒子污染时空演变特征的分析

利用偏振激光雷达对南京2015年3月一次沙尘和细粒子污染共存过程的颗粒物垂直分布特征进行观测研究,结合地面气象数据、PM2.5和PM10质量浓度数据、PM2.5组分数据、卫星MODIS测量结果,探讨不同颗粒形态下的气象因素、颗粒物浓度分布、组分特征以及颗粒物光学特性的时间演变和垂直分布特征.结果表明:高湿、弱风等不利气象条件利于二次粒子的生成和累积,期间水溶性组分中SNA(SO₄^2-、NO₃^-、NH₄⁺)等二次组分浓度明显升高;同一时期长距离输入的沙尘发生的沉降对地面PM2.5化学组分构成显著影响,3月21日下午时段至3月22日在1.1².5 km高度的沙尘颗粒物向地面输送造成地面PM2.5的Ca²⁺突然增大到3.2μg/m³;3月22日下午以后在东南气流影响下,地面PM2.5向西扩散,PM2.5颗粒物浓度得到有效稀释,同时段出现了沙尘输入和扬尘过程,扬尘过程和沙尘输入使地面的粗颗粒增多,PM10剧增至347μg/m³;南京与无锡地区的颗粒物时空分布呈现高度相似的变化特点,具有区域性分布特征.后向轨迹分析表明,500 m、800 m及1000 m三个高度气团移动方向基本一致,主要从内蒙、京津冀、山东等地入海,后又经东海返回内陆抵达南京.     

2020年春节期间芜湖市典型大气污染过程分析

2020年春节期间(1月24日-2月8日),受新冠肺炎疫情影响,芜湖市居民活动水平降到最低,但芜湖市却出现了三次不同程度的空气污染过程,为探索芜湖市大气污染成因提供了契机.利用地面气象要素监测数据、激光雷达监测数据以及HYSPLIT后向轨迹模型分析了这三次污染过程的污染特征和成因.结果表明:1月27日08:00-28日...     

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。     

星载激光雷达对气溶胶垂直分布的对比分析

云和气溶胶偏振激光雷达(CALIPSO)卫星数据是探测大气气溶胶特征的有效工具。采用CALIPSO数据对37.1°N,113.3°E~38.6°N,117°E之间地理区域的强霾天气、沙尘天气、生物质燃烧污染天气和清洁天气的气溶胶消光系数、退偏比、色比以及温度廓线进行对比分析,结果表明:1)强霾天气主要是球形度较高的水溶性细粒子污染,集中在地表1 km以内,常伴有逆温无风或弱风现象出现;2)沙尘天气垂直分布广,可存留在高空,非球形度高,粒子尺度不均匀,风速偏大;3)生物质燃烧污染天气主要是集中在中低空的细粒子污染,黑碳成分高,消光系数大,常伴有污染性沙尘共同存在。三种污染天气廓线有很大不同,说明不同污染天气的气溶胶垂直分布的差异很大。     

宝鸡市一次污染过程黑碳气溶胶的变化特征及潜在源解析

利用AE-31型黑碳仪于2019年2月4-26日对宝鸡市的黑碳(BC)气溶胶进行了在线连续监测,并结合PM2.5质量浓度、风速风向等数据,采用聚类分析研究了该地区污染期间BC质量浓度的变化及来源.结果表明,观测期间BC平均质量浓度为2.8μg·m-3,范围为0.4～8.0μg·m-3;PM2.5平均质量浓度为119.9...     

大气气溶胶污染监测中应用的新型全天时户外型拉曼-米散射激光雷达系统

介绍在大气气溶胶污染监测中应用的新型全天时户外型拉曼-米散射激光雷达系统,主要用于对大气边界层结构、对流层气溶胶和云光学特征及其形态进行自动连续观测。该系统在整体结构方面,运用成熟的米散射、偏振和拉曼激光雷达技术,采用一体化设计,结构紧凑,便于运输,外场试验无需安装和调试;在系统控制方面,采用一键式启动,操作简单,同时具备手动和自动两种工作模式,并具有网络控制和数据传输功能;在数据处理方面,采用自动和人工两套处理软件,前者可根据系统设置自动处理和实时显示测量结果,后者则根据用户设定参数对原始测量数据进行数据反演和显示。该系统真正实现了激光雷达的产品化应用要求,可广泛运用于大气环境监测和大气科学等研究领域。     

基于激光雷达观测网的杭州及周边地区颗粒物污染特征研究

激光雷达观测网是研究区域大气颗粒物污染分布特征的有力工具。长三角地区激光雷达观测网部分站点的激光雷达资料与地面气象数据、PM2.5、PM10质量浓度数据,以及HYSPLIT后向轨迹模型模拟的后向轨迹相结合,对2016年9月杭州及其周边地区一次颗粒物污染的来源和成因进行了分析。分析结果表明,9月8日杭州颗粒物污染过程是该地区局地污染与高空输送共同作用的结果,且粗粒子主要来源于西北方向。杭州地区SO$_2$浓度整体较低,PM2.5浓度与NO$_2$浓度呈正相关,细颗粒物主要以硝酸盐为主。较高的NO$_2$浓度和高湿度、低风速的不利气象条件,是该地区局地细粒子快速增长的主要原因。     

微脉冲激光雷达对城市大气气溶胶污染过程相关的观测分析

近年来,由于经济的快速发展,引起了人类生产活动的变化,同样也使得因人类活动引起的大气溶胶污染问题变得越来越明显,加之我国的气候特点,在春季受到沙尘气溶胶的影响,使大气环境问题变得越来越严重。通过微脉冲激光雷达探测器能对大气气溶胶的演变规律和垂直分布的特征进行很好地观测,从而为控制城市大气污染提供相应参考。     

基于多普勒激光雷达的2011年春季北京地区气溶胶探测实验分析

介绍多普勒激光雷达于2011年3月21日至4月19日期间在北京南郊进行的观测实验,利用Fernald方法对气溶胶消光系数进行了反演和重点分析。结合同一时段探空气球得到的数据,分析大气结构及其变化。观测数据表明：在晴朗无云并且大气较为清洁的条件下,气溶胶消光系数从低空向高空平缓递减;遇到多云天气,气溶胶消光系数会在云层处增大;另外,低空的气溶胶消光系数有较明显的日变化特征,早上相较于晚上要低些。实验期间,地面至10km的气溶胶平均光学厚度在0.52。     

成都春季复合污染下PM2:5 的化学消光贡献

为探讨复合污染条件下气溶胶的消光特性, 选取成都市 O3 与 PM2:5 同步污染的春季开展气溶胶组分与消光 特性观测, 并结合美国 IMPROVE 化学消光算法研究了组成与消光特征的关系。结果表明, 2018 年春季成都 PM2:5 平 均浓度与散射系数 bsp 分别为 (50.3±22.4) µg·m−3 和 (237.5±140.2) Mm−1, 且二者均呈现“单峰单谷”的日变化趋势; 大 气气溶胶的消光系数为 (268.4±153.7) Mm−1, 对其贡献最大的组分是 NH4NO3 (26.0%) 和有机物 (OM) (24.4%)。分析 表明在 PM2:5 与 O3 复合污染情况下, 二次污染组分 SNA (SO42−、 NO3−、 NH4+ 三者之和)、二次有机碳 (SOC) 的含量 显著增加, 与清洁天相比分别升高了 1.0 和 1.3 倍; OM 成为最大消光贡献者 (32.2%), 其次是 NH4NO3 和 (NH4)2SO4, 分别贡献 22.8% 和 20.5%。因此, 进一步减少气态前体物如 SO2、 NOx、 NH3 和 VOCs 的排放可以有效改善成都地区 空气质量和能见度。     

寿县一次沙尘过程气溶胶谱分布和光学特性的阶段性特征

利用三波长偏振激光雷达和气溶胶在线监测仪器的协同观测,获取了2021年1月14日—16日寿县国家气候观象台一次沙尘过程气溶胶垂直分布、粒子数浓度、质量浓度、散射特性和能见度观测数据,并结合常规地面气象观测资料,分析了沙尘过程气溶胶微物理、光学特性及垂直分布的阶段性演变特征。结果表明：沙尘过境期间气溶胶粒子总数浓度峰值为5431 cm^-3,PM₁₀质量浓度峰值为447.2μg/m³,PM_2.5和PM₁₀的质量浓度比为0.43±0.10。沙尘、霾和晴空阶段下的气溶胶谱分布均可表示为2个细粒模和1个粗粒模的叠加,沙尘阶段气溶胶粒子数显著高于晴空和霾阶段,2个细粒模的粒子几何平均半径基本一致,在粗粒模中,沙尘阶段的粒子几何平均半径为2.24μm,明显大于晴空阶段的1.74μm和霾阶段的1.79μm。沙尘阶段气溶胶总散射系数平均值大于霾阶段和晴空阶段,其后向散射比较小,空气中以较大的沙尘粒子为主。3个波长的气溶胶消光系数垂直分布变化趋势基本一致,沙尘阶段气溶胶层高度扩展至近地面3.0 k...     

基于nFLH的2017—2021年间福建海域赤潮的时空分布特征分析

赤潮发生时不仅会对海洋水体、海洋生物、渔业等造成严重的危害,还会通过食物链威胁人类的健康。通过MODIS遥感影像进行分析,在SeaDas中利用OCCSW组件计算nFLH进行赤潮监测验证,并对福建省沿海区域2017—2021年间发生的33起赤潮灾害进行综合分析,系统分析了福建沿海赤潮生物种类、时空分布特征和演变规律。结果表明,2017—2021年间赤潮持续时间为173天,影响总面积为307.74平方千米。福建省近五年的时空分布特征总结,可为赤潮监测预警、防灾减灾提供参考。