程亮亮 1,2,3,4谢晨波 1,3,*杨昊 1,2,3方志远 1,2,3[ ... ]邢昆明 1,3
1 中国科学院合肥物质科学研究院 安徽光学精密机械研究所 中国科学院大气光学重点实验室，合肥 230031
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院，合肥 230026
3 先进激光技术安徽省实验室，合肥 230037
4 合肥师范学院 电子信息系统仿真设计安徽省重点实验室，合肥 230601
以北京市2015年1月11-17日发生的连续灰霾污染过程为例，采用地基和星载激光雷达联合观测，反演得到气溶胶的垂直分布特征。由MODIS卫星遥感数据和HYSPLIT后向轨迹模式分析得出污染来源和传输路径，结合地面空气质量和气象观测数据揭示了本次污染的成因。结果发现，根据激光雷达数据反演的近地面气溶胶消光系数与地面PM2.5浓度变化总体较为一致，而气溶胶边界层高度与PM2.5浓度呈相反变化趋势，且最低边界层高度为500 m。污染期间为小风高湿天气，地面平均风速和相对湿度分别为1.35 m/s和66%，连续多日逆温层的出现抑制了污染物在垂向空间的扩散传输，逆温强度高达5℃，这两方面因素导致污染物的持续积累，最终，在16日凌晨，PM2.5浓度达到448 μg/m3。污染最后在16日偏南风的作用下得以解除，PM2.5浓度的下降速度达到82 μg/（m3·h）。观测期间，PM2.5与NO2、CO的相关系数分别为0.766和0.901，呈显著正相关，可见NO2等气态前体污染物转化而来的二次气溶胶是霾的重要来源。综合分析表明，本次污染以灰霾为主，由区域传输和局地排放的气溶胶叠加、累积而成，河北南部及河南、山西等地的污染物随高空气团传输到北京地区，与本地排放的污染气溶胶混合在一起，导致污染加重。
污染 激光雷达 边界层 CALIPSO MODIS 后向轨迹 Pollution Lidar Aerosol boundary layer CALIPSO MODIS Backward trajectory
1 吉首大学数学与统计学院, 湖南 吉首 416000
2 吉首大学旅游与管理工程学院,湖南 张家界 427000
为探索生态旅游城市大气 PM2.5 浓度在旅游活动强度变化下的响应机制, 首先基于多重分形消除趋势波动分析法, 分别对张家界市大气 PM2.5 平均日浓度和旅游人数的时间序列进行了多重分形特征分析, 结果显示 PM2.5 和旅游人数的时间序列在演化过程中具有非线性、复杂的多重分形特征, 且 PM2.5 的多重分形特征强于旅游人数。进一步利用多重分形消除趋势交叉波动分析方法研究了 PM2.5 和旅游人数的交叉相关性, 发现二者之间不仅存在具有长期持续性的多重分形特征, 而且其相关性的多重分形特征受旅游活动强度变化影响明显, 表现为旅游旺季强于旅游淡季。最后, 运用后向轨迹模型分析了张家界市旅游淡旺季 PM2.5 污染物的空间来源, 发现张家界市大气 PM2.5 污染物主要源于局地污染源排放, 从侧面验证了旅游活动是张家界市大气 PM2.5 浓度的主要影响因素。
多重分形 后向轨迹 旅游活动 张家界 PM2.5 PM2.5 multifractal backward trajectory model tourism activity Zhangjiajie City 大气与环境光学学报
2021, 16(6): 471
1 芜湖职业技术学院, 安徽 芜湖 241006
2 芜湖市生态环境局, 安徽 芜湖 241006
3 南通大学地理科学学院, 江苏 南通 226007
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 18:00 第一次污染过程, 是在本地基础排放量不变的情况下, 高湿静稳的大气环境诱发的 10 小时短暂性污染过程; 1 月 29 日 17:00-2 月 1 日 13:00 第二次污染过程, 是在重点企业排放量增加、大气扩散条件较不利的情况下, 受源自河北、河南、山东等地的污染气团远距离长时间的污染输送, 加剧污染程度, 最终形成 1 月 30-31 日 2 天的轻度污染; 2 月 2 日 19:00-4 日 07:00 第三次污染过程, 则是在不利的扩散条件下, 受源自江苏、浙江一带污染气团短时间输入性影响, 形成 2 月 3 日 1 天的轻度污染; 与 2019 年春节期间相比, 2020 年空气质量改善明显, 中度及以上污染天数减少了 100%, 轻度污染以上的污染时长减少 48 小时。 可见, 本地源减排是改善芜湖环境空气质量的根本, 区域性联防联控是应对污染天气的有效手段。
大气污染过程 芜湖 后向轨迹模型 气溶胶激光雷达 air pollution event Wuhu back trajectory model aerosol lidar 大气与环境光学学报
2021, 16(2): 127
氨(NH3)是大气中活性氮最主要的还原形式, 是形成二次无机铵盐的重要气态前体物。 在中国极度污染的条件下, 这些铵盐可占PM2.5质量的40%~60%。 NH3污染不仅影响全球的光辐射强度, 而且会加剧大气光化学污染。 目前, 城市地区氨气来源仍存在一定争议。 为研究泰州地区NH3污染情况, 并深入了解NH3的来源。 2018年6月6日至15日, 基于离轴积分腔输出光谱技术, 开展了夏季泰州地区大气NH3浓度的连续观测。 其他污染物浓度(如NH3, NOx, CO, N)同步进行测量。 观测点位距离交通枢纽300 m, 观测期间NH3的平均浓度为25.1±4.5 μg·m-3, 相比国内外其他城市, 该地区NH3污染处于较高水平。 白天与夜间NH3浓度均值无明显差异, 但总体呈现白天降低夜晚升高的趋势。 夜间温差大, 大气边界层较为稳定, 是污染物得以累积的原因之一; 晨间NH3浓度急剧升高, 主要考虑为夜间沉积在水汽中的NHx(气态NH3与颗粒态N)的蒸发所带来。 随着光照进一步增强, 环境水汽中NHx的蒸发逐渐结束, 光化学反应过程逐渐占据主导, NH3浓度上涨速度缓慢, 逐渐趋于平衡, 并在之后出现迅速下降。 在湿度较大的夜间, NHx的沉积过程更加明显。 结合观测期间的气象参数以及与常规污染物的相关性, 讨论了泰州地区的污染物变化趋势及污染水平。 结果表明, 大部分日期交通排放对泰州地区NH3浓度影响较小, 仅6月7日早高峰期NH3与NOx, CO相关性较好, R2分别为0.740与0.911, 推测当日交通排放影响较大, 交通源是NH3的重要局地源。 进一步进行了后向轨迹分析, 比较了观测期间不同气团所导致的污染物浓度变化。 结合观测结果分析可知, 观测点西北方向工业园区污染排放可能是导致6月10日夜间污染事件的重要原因。
氨气 排放源 后向轨迹 蒸发效应 NH3 Emission source Backward trajectory Evaporation effect
1 齐鲁工业大学(山东省科学院), 山东省科学院海洋仪器仪表研究所, 山东 青岛 266001
2 中国气象局气象探测中心, 北京 100081
为了解雾霾天气条件下大气气溶胶的光学特性,利用多波长气溶胶激光雷达在北京海淀气象局的观测数据,反演得到了2017年11月4日至7日持续性雾霾期间大气气溶胶的消光系数、退偏振比和雾霾高度等参数,实现了在雾霾期间对大气的实时监测。结合探空资料数据获取的气象参数,并利用拉格朗日混合单粒子轨迹模式(HYSPLIT)分析了雾霾期间气团的路径来源和走向,分析得出,相对湿度增大、风速低以及逆温层的存在是雾霾形成和持续存在的重要因素。河北一带的污染物输送导致此次北京海淀区的雾霾形成,而西北风为污染物向上扩散消失提供了条件。
大气光学 多波长气溶胶激光雷达 雾霾 气溶胶光学特性 气象参数 后向轨迹追踪 激光与光电子学进展
2019, 56(24): 240101
1 浙江省环境监测中心,浙江 杭州 310012
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室,安徽 合肥 230031
3 无锡中科光电技术有限公司,江苏 无锡 214135
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SO2浓度整体较低,PM2.5浓度与NO2浓度呈正相关,细颗粒物主要以硝酸盐为主。较高的NO2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。
大气颗粒物 激光雷达 HYSPLIT后向轨迹模型 颗粒物污染 atmospheric particles lidar HYSPLIT backward trajectory model particle pollution 大气与环境光学学报
2019, 14(3): 171
1 江苏省环境监测中心, 江苏 南京 210036
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
3 无锡中科光电技术有限公司, 江苏 无锡 214000
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(SO2－4、NO－3、NH+4)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1.1～2.5 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3.2 μg/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347 μg/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。
颗粒物 激光雷达 卫星遥感 水溶性组分 后向轨迹 particle lidar satellite remote sensing water soluble components backward trajectory 大气与环境光学学报
2016, 11(4): 270
