人為和氣象因素影響大氣氣溶膠變化的觀測(cè)及模擬研究.pdf

1、為了全面深入了解區(qū)域和全球大氣氣溶膠的變化特征，本文利用氣溶膠光學(xué)特性參數(shù)和各類(lèi)氣象觀測(cè)以及大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)等資料，開(kāi)展多源信息綜合分析，通過(guò)大氣氣溶膠光學(xué)特性外場(chǎng)觀測(cè)、環(huán)境氣象數(shù)據(jù)天氣學(xué)分析與大氣氣溶膠數(shù)值模擬相結(jié)合的技術(shù)途經(jīng)，分析了北京地區(qū)人為活動(dòng)變化典型時(shí)期的大氣氣溶膠光學(xué)特性參數(shù)變化，評(píng)估了氣象條件和人為活動(dòng)對(duì)城市空氣質(zhì)量的影響和大氣氣溶膠潛在污染源區(qū)的貢獻(xiàn);探討了全球沙塵氣溶膠沉降氣候變化特征。本文主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:

2、　　1)人為減排對(duì)區(qū)域大氣氣溶膠變化的影響:世界田徑錦標(biāo)賽和勝利日閱兵期間北京地區(qū)大氣氣溶膠觀測(cè)和模擬分析
　　為了確保2015年8月至9月北京地區(qū)舉辦世界田聯(lián)錦標(biāo)賽和抗戰(zhàn)勝利日閱兵期間較為良好的空氣質(zhì)量，包括北京、天津在內(nèi)的華北七個(gè)省市采取了諸如機(jī)動(dòng)車(chē)限行、工廠減排等環(huán)保措施。選擇這一人為活動(dòng)變化時(shí)期，開(kāi)展大氣氣溶膠光學(xué)特性觀測(cè)分析。在施行環(huán)保措施期間，氣溶膠光學(xué)厚度均值為0.34±0.20，PM25均值為23±12μg/m3，

3、分別較之前的未實(shí)施環(huán)保措施時(shí)期下降了69％和67％。(A)ngstr(o)m波長(zhǎng)指數(shù)均值為1.38±0.25，較之前升高了近10％。大氣氣溶膠表現(xiàn)出強(qiáng)散射性，單次散射反照率均值為0.944±0.045。吸收性光學(xué)厚度均值為0.008±0.007，分別比前后兩個(gè)階段降低了58％和50％。粗、細(xì)模態(tài)粒子峰值濃度均值分別為0.020±0.016μm3/μm2和0.032±0.026μm3/μm2，較之前階段下降了60％和49％。
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4、)城市人為活動(dòng)及周邊排放源對(duì)大氣氣溶膠變化的作用:北京地區(qū)國(guó)慶、春節(jié)假期間氣溶膠光學(xué)特性及其與氣象、排放條件關(guān)系分析
　　基于高精度氣溶膠光學(xué)-輻射特性地基觀測(cè)，結(jié)合氣象要素對(duì)氣溶膠光學(xué)特性詳細(xì)分析了北京地區(qū)國(guó)慶、春節(jié)節(jié)假期間氣溶膠變化。在2015年國(guó)慶、2015和2016年春節(jié)假期內(nèi)PM25平均濃度分別為132.29±109.39μg/m3，114.43±62.93μg/m3和96.29±64.24μg/m3，分別比2月平均值（

5、背景水平）水平高出了112％，38％和65％。氣溶膠光學(xué)厚度均值分別為1.14±0.16，0.70±0.07和0.60±0.07，分別比背景水平高出了78％，19％和36％;(A)ngstr(o)m波長(zhǎng)指數(shù)隨光學(xué)厚度升高的趨勢(shì)相當(dāng)明顯，均值分別為1.04±0.07，0.88±0.09和1.21±0.08。吸收性光學(xué)厚度均值分別為0.056±0.040，0.061±0.048和0.060±0.044，分別比背景水平高出了75％，9％和7％

6、;吸收性波長(zhǎng)指數(shù)均值分別為1.17±0.53，1.69±0.38和1.43±0.35，分別超過(guò)了背景水平24％，21％和36％。而2014年國(guó)慶期間可能受到降水的影響，假期內(nèi)PM25均值68.14±36.06μg/m3，比背景水平低26％。潛在源區(qū)分析表明，河北省南部、山東省西部、河南省北部等區(qū)域?qū)Ρ本┑貐^(qū)的污染事件有著較大貢獻(xiàn)。濃度權(quán)重軌跡分析表明，國(guó)慶期間，河北省南部、山東省西部、河南省北部等區(qū)域?qū)Ρ本┑貐^(qū)PM25濃度貢獻(xiàn)超過(guò)了17

7、5-200μg/m3;而在春節(jié)期間其貢獻(xiàn)為100-125μg/m3。春節(jié)期間西北地區(qū)的貢獻(xiàn)較國(guó)慶期間有所增大，大約為100-125μg/m3。
　　3)大氣氣溶膠全球和區(qū)域氣候變化特征:20年全球沙塵氣溶膠沉降量的模擬分析
　　沙漠排放的沙塵氣溶膠通過(guò)遠(yuǎn)距離輸送造成全球大尺度海陸區(qū)域沙塵的干濕沉降，影響陸地黃土堆積、為海洋生物提供營(yíng)養(yǎng)鹽及鐵肥料、改變地表反照率等。利用球氣候模式CAM5.1模擬的20年(1991-2010)沙

8、塵氣溶膠干濕沉降，結(jié)合氣候統(tǒng)計(jì)方法，分析了全球及主要海陸地區(qū)的沙塵氣溶膠沉降量的時(shí)空變化特征。結(jié)果表明，20年全球平均沙塵氣溶膠沉降總量為1161±31Mt，年際變化幅度為2.70％，并呈現(xiàn)出總量逐年減小的趨勢(shì);20年全球平均干濕沉降比為1.12，干沉降量大于濕沉降，年際變化幅度為2.24％;干沉降主要分布在大陸沙漠地區(qū)，濕沉降分布更加廣泛，并主導(dǎo)北大西洋、北太平洋和北印度洋地區(qū)上空的沙塵沉降過(guò)程，并且干濕沉降都呈現(xiàn)出緯向帶狀分布特征。

9、
　　20年間全球主要區(qū)域的沉降總量均表現(xiàn)出年際波動(dòng)，其年際變化幅度北印度洋地區(qū)最大，為26.96％，其次為北太平洋(16.47％)，澳洲、北大西洋和歐亞大陸依次為9.76％、9.43％、6.03％;干濕比率年際變化北印度洋地區(qū)變化幅度最大，為22.41％，北大西洋、澳洲地區(qū)、北太平洋和歐亞大陸分別為9.69％、6.82％、6.31％、4.36％。沙塵氣溶膠沉降總量呈現(xiàn)出春夏季較多，秋冬季較少的季節(jié)循環(huán)，大部地區(qū)濕沉降量對(duì)沉降總量