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。

为探究环渤海三大城市群空气污染特征及其与气象要素关系的异同, 基于 2015-2019 年空气质量指数日报资料及同期气象要素资料, 利用空间自相关模型和皮尔逊相关系数对其相关性进行了分析。研究表明: (1)对于 PM2.5、PM10 和 O3 这三大被研究的首要污染物, 在冬季主要以 PM2.5、PM10 为主, 夏季以 O3 为主。除 O3 外其余污染物浓度呈现下降趋势。(2) 空气质量指数 (AQI) 呈现秋季最低、冬季最高的变化特点, 年际上空气质量在逐步改善。(3) AQI 存在明显的空间集聚现象, 总体上由沿海向内陆逐渐由空气质量优良区变为空气污染区。(4) AQI、PM2.5、PM10 和 O3 在不同季节与各气象要素的相关性不同, 且相关性强度呈非线性变化。

大气颗粒物是最重要的空气污染物之一，会对人类健康产生负面影响。激光雷达探测是实现颗粒物分布高精度测量的可行手段。气溶胶消光系数在一定程度上能反映气溶胶质量浓度的相对大小，气象要素对消光系数和质量浓度的影响不容忽视。本团队利用反演得到的消光系数，结合地面温度、相对湿度、风速、地面气压等地面气象要素，与PM_2.5、PM₁₀质量浓度建立数据集；通过主成分分析法计算数据特征，基于广义回归神经网络(GRNN)对PM_2.5、PM₁₀质量浓度建立评估模型。GRNN模型得到的PM_2.5和PM₁₀质量浓度的评估值与真实值的相关系数分别为0.86和0.85，均方根误差(RMSE)分别为2.58 μg/m³和10.84 μg/m³，平均绝对误差(MAE)分别为0.81 μg/m³和1.53 μg/m³。将GRNN模型应用于激光雷达扫描模式下，对南京市浦口区颗粒物质量浓度的水平分布进行了评估，评估值和实际站点测量值的一致性较好，进一步验证了GRNN模型用于颗粒物质量浓度评估的有效性。

通过改装多旋翼无人机 (UAV ) 和搭载各类载荷以及联合地基观测设备对大柴旦地区大气、环境以及气溶胶参数进行测量。利用获得的数据资料,对该地区近地层气溶胶粒子数浓度(即单位体积空气中气溶胶粒子的数目)、消光系数以及气象要素等特征进行了分析。结果表明,在大柴旦地区,近地层气溶胶粒子数浓度日变化显著,呈现双峰形态,气溶胶粒子数浓度的变化范围为75~220 cm ^-3,消光系数的变化范围为0.004~0.038 km ^-1;当风速小于6 m/s时,气溶胶粒子数浓度与风速呈负相关关系;当风速大于6 m/s时,二者呈正相关关系;相对湿度对气溶胶粒子的影响较小,这可能是由于该地区以沙尘型气溶胶为主,吸湿性较弱。本研究基于多旋翼无人机探测平台,可以有效地获得近地层精细化大气、环境结构,有助于研究人员了解该地区气溶胶的结构、变化特征以及建立气溶胶模式,同时也为气溶胶及大气环境参数探测方法提供了技术支撑及思路拓展。

利用安徽省高速公路能见度观测站网的分钟能见度及温湿风资料, 在全面分析能见度与各个气象要素相关性的基础上, 重点探讨了高速公路能见度的短时预测模型。应用 BP 神经网络, 以湿度、温度、平均风速、瞬时风速、极大风速作为 BP 神经网络输入层, 输出层为能见度, 结果表明整体试验数据偏差在可接受范围内。采用顺序试验样本时, 相对误差在 20% 以内的占总试验次数的 68.6%; 在随机样本各次试验中, BP 网络模拟输出与检验样本的相关性较好, 相关系数在 0.6～0.8 之间; 低能见度随机样本试验结果表明, 模型输出值与样本值均方根误差集中在 700sim850 m 之间, 变化幅度不大, 说明神经网络算法具有较高的稳定性。

利用合肥国家气象观测站建站以来历史观测资料(1952～2016年)及2004～2016年逐日地面观测资料和高空观测资料, 分析了合肥霾日及相关气象要素特征;并结合2004～2016年合肥空气质量数据,对合肥市霾的预报方法进行了研究, 初步得到了霾日和霾日能见度的预报方程;最后利用2017年的气象资料和空气质量资料对预报结果进行了检验。结果表明: 合肥出现的霾以轻微霾和轻度霾为主;全市霾日逐月分布不均,其中1月和12月最多。霾的生消有比较明显的日变化, 霾出现的时间主要集中在每日的11:00～20:00。霾出现的有利气象条件是:风速≤3 m/s,地面主导风向为 偏东风到偏南风,有负变压,正变温,相对湿度在50～70%之间。低能见度的霾需要相对较高的相对湿度和负变压。 建立的霾日及霾日能见度方程预报准确度较高,可以为合肥市霾的预报预警提供一定参考。

为获取杭州市夏季臭氧浓度时空分布特征和气象要素对臭氧浓度的影响, 利用臭氧差分吸收激光雷达开展观测, 同时利用WRF-Chem模式模拟臭氧时空特征和气象要素。实验结果表明: 臭氧浓度模拟结果与激光雷达的观测结果具有很好的一致性。2016年夏季, 杭州市18天内发生了4次臭氧重污染, 每次持续2到5天, 最高浓度达550 nL/L。高空1~2 km存在较高浓度的臭氧污染层, 并存在垂直和水平传输, 对近地面臭氧污染有明显影响。近地面臭氧浓度平均最低值出现在凌晨2时左右, 为75 nL/L; 平均浓度最高值在中午12时左右出现, 为90 nL/L。近地面臭氧浓度的日变化明显, 而高空的臭氧浓度日变化不明显。臭氧差分吸收激光雷达系统对臭氧时空分布的探测是可靠的。强太阳辐射、高温、低湿都是臭氧污染形成的有利环境条件, 而强风对局地臭氧有扩散作用, 降雨对臭氧有很好的消除作用。

以福建省建瓯市2010～2011年两年逐时太阳总辐射和气象要素(气温、相对湿度、云量等9个气象要素)资料为 研究对象,首先研究太阳总辐射与各常规气象要素的关系,然后利用2010年总辐射和常规气象要素分季节分早中晚建 立预报模型预报2011年总辐射,最后进行误差分析。结果表明:太阳总辐射与气温、水汽压、相对湿度、云 量(低、总)、地温、降水量以及日照有关,其中水汽压、相对湿度、降水量及云量与总辐射负相关,其他呈正 相关;与总辐射相关性最小的是风速、其次是水汽压,最大的是日照、其次是地温。分季节分早中晚建立 逐步回归方程发现:每日逐时主要贡献因子不尽相同,春季为气温、相对湿度、地温和日照;夏季为地温、日照; 秋季为相对湿度、地温和日照；冬季早上总低云量、地温和日照是总辐射的主要贡献因子,中午和傍晚气温、 相对湿度、地温和日照是总辐射的主要贡献因子。预报结果发现：预报值与实际值误差较稳定,基本维 持在10%～45% 之间,夏季误差最小,其次是秋季和春季,冬季的误差最大,中午比早上和傍晚的预报效果好。

大气湍流的复杂性以及利用光学手段测量近海面巨量时空范围内大气湍流的局限性,使得利用常规气象要素 估算近海面大气湍流成为目前描述巨量时空范围内大气湍流的一种可行的方法。从莫宁奥布霍夫相似 理论出发,结合Friehe等人在分析近海面光学湍流问题上对温度、风速以及湿度脉动的综合考虑,依 据19651997年,(10N21N, 110E120E)区域内 的常规气象要素,描述典型海域近海面大 气湍流特征。结果表明,南海海域近海面大气湍流的平均强度在10量级之间,湍流强度 随季节变化较为显著,总体上说,冬季南海大气湍流强度要大于夏季,而空间起伏不显著,滨海大气 湍流略大于公海大气湍流,但数值比较不显著。

利用中国最新公布的截至2008年华东地区13个站点资料,对华东地区平均的地面太阳总辐射长期 变化趋势进行了分析,并讨论了该地区云、气溶胶和水汽对地面 太阳总辐射变化的影响。研究表明,1961～2008年华东地区平均总辐射呈现减少趋势,减 少速率为2.05 W·m-2·(10yr)-1; 1990年前 该地区总辐射呈现出显著的下降趋势, 1990～1995年呈现快速增加趋势,但 是1995～2000年再次呈下降趋势,2000年后在平均线上下波动略有增加。 气溶胶、云和水汽对华东地区地面太阳总辐射的长期变化都有一定的影响,但是在不同 的时段影响程度不同,在1961～1989年总辐射的减少主要归因为气溶胶 的增加; 而在1990～1999年和2000～2008年则是以云量的影响为主,而且低云 量对地面总辐射的影响要大于总云量的影响。