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北京秋季大氣氣溶膠光學(xué)厚度與Angstr?m指數(shù)觀測(cè)研究

2014-05-24 01:28劉藴芳趙鳳生環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所廣東廣州50655南京信息工程大學(xué)中國(guó)氣象局氣溶膠與云降水重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室江蘇南京200北京師范大學(xué)全球變化與地球系統(tǒng)科學(xué)研究院北京00875渭南市環(huán)境保護(hù)局陜西渭南7000
中國(guó)環(huán)境科學(xué) 2014年6期
關(guān)鍵詞:氣溶膠光學(xué)大氣

張 勇 ,銀 燕 ,劉藴芳 ,趙鳳生 ,任 靜 (.環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所,廣東 廣州 50655;2.南京信息工程大學(xué),中國(guó)氣象局氣溶膠與云降水重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 200;.北京師范大學(xué)全球變化與地球系統(tǒng)科學(xué)研究院,北京 00875;.渭南市環(huán)境保護(hù)局,陜西 渭南 7000)

大氣氣溶膠是由大氣介質(zhì)和混合于其中的固體或液體顆粒物組成的多相體系,氣溶膠顆??芍苯踊蜷g接改變地-氣系統(tǒng)的輻射收支,影響全球或區(qū)域氣候和環(huán)境.研究氣溶膠粒子對(duì)環(huán)境和氣候的影響在很大程度上取決于對(duì)其時(shí)空分布的了解和光學(xué)特性的準(zhǔn)確估算.氣溶膠光學(xué)厚度(AOD)和 Angstr?m波長(zhǎng)指數(shù)是表征大氣光學(xué)特性的最基本的參量,可以用來(lái)推算大氣氣溶膠的含量,確定氣溶膠尺度和譜分布,檢驗(yàn)校對(duì)衛(wèi)星反演資料,是確定氣溶膠氣候效應(yīng)的關(guān)鍵因子,并在一定程度上能夠反映區(qū)域大氣的污染程度和污染類(lèi)型[1-2].

近幾十年來(lái),國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用遙感方法對(duì)我國(guó)大氣氣溶膠的光學(xué)特性研究做了大量的工作.羅云峰等[3-5]利用全國(guó) 40多個(gè)站點(diǎn)的長(zhǎng)期太陽(yáng)直接輻射資料反演了中國(guó)氣溶膠光學(xué)厚度的變化特征,得出中國(guó)氣溶膠光學(xué)厚度在 1960~1980年代有這明顯的增長(zhǎng).李霞等[6]利用烏魯木齊2002~2003年CE318氣溶膠觀測(cè)資料,反演得出氣溶膠光學(xué)厚度、大氣渾濁度系數(shù)β和Angstr?m波長(zhǎng)指數(shù) α,全年氣溶膠光學(xué)厚度在 7月最小,3月最大,這與PM10、SO2和NO2濃度的月分布不盡相同,春季風(fēng)沙天氣導(dǎo)致波長(zhǎng)指數(shù)的減小.Zhang等[7]利用多波段太陽(yáng)光度計(jì)對(duì)我國(guó)的4個(gè)不同地區(qū)的氣溶膠消光特性進(jìn)行了分析.中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所 CERN太陽(yáng)分光觀測(cè)網(wǎng)(CSHNET)初步覆蓋了我國(guó)各類(lèi)陸地生態(tài)系統(tǒng),觀測(cè)結(jié)果能較好的描述我國(guó)部分地區(qū)大氣氣溶膠光學(xué)特性的時(shí)空分布[8-9].2000年以后,在東亞地區(qū)針對(duì)我國(guó)氣溶膠光學(xué)特性和輻射特征進(jìn)行了一系列的觀測(cè)研究,如ACE-Asia[10-12],APEX[13]和SKYNET[14],以及EAST-AIRE計(jì)劃[15]取得了大量的成果.

針對(duì)北京地區(qū)氣溶膠光學(xué)特征,我國(guó)學(xué)者也做了大量的研究.王中挺等[16]利用京津唐地區(qū)環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星(HJ-1)的 CCD數(shù)據(jù),通過(guò)暗目標(biāo)法反演陸地氣溶膠,并對(duì)氣溶膠光學(xué)厚度進(jìn)行垂直訂正和濕度校正,得到PM10的反演模型,并與中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站的地面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比檢驗(yàn),證明 HJ-1的時(shí)空分辨率滿(mǎn)足PM10周監(jiān)測(cè)的需要.何秀等[17]利用MODIS兩年的氣溶膠光學(xué)厚度產(chǎn)品與北京地區(qū)API轉(zhuǎn)化得到的PM10質(zhì)量濃度、北京大學(xué)站點(diǎn)直接監(jiān)測(cè)的 PM10質(zhì)量濃度以及香港元朗站點(diǎn)監(jiān)測(cè)的PM10質(zhì)量濃度做相關(guān)性分析,證實(shí)氣溶膠遙感光學(xué)厚度經(jīng)過(guò)垂直和濕度影響訂正后,可以應(yīng)用于地面 PM10監(jiān)測(cè).李成才等[18]對(duì) 2001年在北京地區(qū)利用太陽(yáng)光度計(jì)觀測(cè)的氣溶膠光學(xué)厚度和MODIS氣溶膠產(chǎn)品進(jìn)行了比較,證實(shí)MODIS氣溶膠產(chǎn)品可用于污染分析;并通過(guò)對(duì)氣溶膠光學(xué)厚度個(gè)例分析,得出除局地排放外,周邊區(qū)域(主要為西南和南向)的輸送對(duì)北京市區(qū)的空氣污染貢獻(xiàn)份額較大.章文星等[19]2002年通過(guò)觀測(cè)試驗(yàn)認(rèn)為,與20世紀(jì)90年代中期相比,北京近 3年秋冬季氣溶膠光學(xué)厚度有所減小,而春季氣溶膠光學(xué)厚度因?yàn)樯硥m天氣的影響,在近 2年有明顯增加,Angstr?m 指數(shù)變小,表明大粒子比例增加,因此需要加強(qiáng)對(duì)沙塵源的治理.Xia等[20]整合北京地區(qū)太陽(yáng)光度計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)北京地區(qū)1997~2005年間氣溶膠光學(xué)厚度有顯著上升趨勢(shì).

由于北京特殊的地理?xiàng)l件以及城市規(guī)模較大、人口眾多、生產(chǎn)活動(dòng)頻繁、能源消耗密集,污染物排放量大和排放強(qiáng)度相對(duì)集中,當(dāng)遇到不利氣象條件并維持較長(zhǎng)時(shí)間時(shí),污染物會(huì)不斷積累,空氣質(zhì)量變差,甚至達(dá)到重度污染,影響大氣能見(jiàn)度,對(duì)人們的生活造成了巨大影響.但由于對(duì)北京氣溶膠的研究多是通過(guò)短時(shí)間的觀測(cè),了解氣溶膠的物理化學(xué)特性,該方法時(shí)效性短,不能提供長(zhǎng)時(shí)間序列氣溶膠特征,并且耗資大,給政府部門(mén)的決定決策帶來(lái)困擾.本文利用與氣溶膠自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)(AERONET)同型號(hào)的CE318太陽(yáng)光度計(jì)觀測(cè)資料討論北京秋季氣溶膠光學(xué)厚度和Angstr?m波長(zhǎng)指數(shù)的關(guān)系,旨在分析北京大氣光學(xué)特征和污染特征,研究北京大氣污染物來(lái)源及組成,為政府部門(mén)治理大氣污染提供幫助.

1 實(shí)驗(yàn)

利用法國(guó)CIMEL公司制造的CE318自動(dòng)太陽(yáng)-天空光譜輻射計(jì),得到2010年10月至12月8個(gè)可用通道(340,380,440,500,670,870,1020,1245nm)的觀測(cè)數(shù)據(jù).儀器選用Langley方法定標(biāo),實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)在北京理工大學(xué)(BIT),由光度計(jì)自動(dòng)采集并計(jì)數(shù),每日采樣10h(北京時(shí)間8:00~18:00).根據(jù)Smirnov 等[21]提出的方法,對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了嚴(yán)格的質(zhì)量控制,消除了有云數(shù)據(jù)的影響.圖 1為BIT觀測(cè)點(diǎn)與AERONET北京站440nm氣溶膠光學(xué)厚度的數(shù)據(jù)對(duì)比,可以看出二者相關(guān)系數(shù)為0.996,系統(tǒng)偏差為0.02.

圖1 BIT觀測(cè)點(diǎn)與AERONET光學(xué)厚度數(shù)據(jù)對(duì)比Fig.1 The comparison of the datas of AODs between BIT station and AERONET station

Angstr?m波長(zhǎng)指數(shù)的計(jì)算方法如式(1)所示

式中:τ(λ)為氣溶膠光學(xué)厚度;λ1、λ2 為波長(zhǎng).α范圍一般為0~2,平均值大約為1.3;較小的α代表較大粒徑的氣溶膠粒子為主控粒子,相反,較大的α代表較小粒徑的氣溶膠粒子為主控粒子.如當(dāng)α接近于 0時(shí),說(shuō)明氣溶膠主控粒子是大粒徑的沙塵粒子,當(dāng)α接近于2 時(shí),氣溶膠主控粒子是小粒徑的煙霧粒子[14,22-23];城市-工業(yè)氣溶膠一般為1.1≤α≤2.4,生物質(zhì)燃燒氣溶膠為 1.2≤α≤2.3[22],沙塵氣溶膠一般為-1≤α≤0.5[23],海鹽氣溶膠為1.1≤α≤1.8[24].本實(shí)驗(yàn)選取 440,500,670nm 三個(gè)通道數(shù)據(jù),計(jì)算北京秋季 AOD(550nm)和 Angstr?m波長(zhǎng)指數(shù)(α).

渾濁度系數(shù)(β)計(jì)算方法如式(2)所示

β的范圍一般為0~0.5,當(dāng)β≤0.1時(shí),代表清潔天氣;當(dāng)β≥0.2時(shí),代表相當(dāng)渾濁的天氣[25].

2 結(jié)果與討論

2.1 氣溶膠光學(xué)特性的逐時(shí)變化和日變化

圖2 氣溶膠AOD的逐時(shí)變化Fig.2 Hourly mean of the optical depth of aerosol

圖3 氣溶膠Angstr?m指數(shù)的逐時(shí)變化Fig.3 Hourly mean of the Angstr?m parameter of aerosol

圖4 氣溶膠渾濁度系數(shù)的逐時(shí)變化Fig.4 Hourly mean of the turbidity coefficient of aerosol

圖5 非污染天(a,b)與污染天(c,d)光學(xué)厚度與Angstr?m指數(shù)的日變化Fig.5 Daily variation of AOD and Angstr?m parameter at polluted days and non-polluted days differently

圖2、圖3和圖4為觀測(cè)期間北京氣溶膠光學(xué)特征的逐日變化圖.可以看出,AOD和β除去個(gè)別天數(shù)受天氣系統(tǒng)和局地氣象條件影響,出現(xiàn)高值外,大部分變化比較平穩(wěn),處于低值.觀測(cè)期間AOD 平均值為 0.50(±0.69),變異系數(shù)為 139%,β平均值為0.24(±0.31),變異系數(shù)為132%.AOD和β平均值均與王躍思等[8]2004年8~12月的觀測(cè)結(jié)果基本一致,AOD小于Li等[26]2007年全年在香河的觀測(cè)結(jié)果(0.82),AOD有很明顯的季節(jié)變化和年際變化特征.由于AOD和β的極大值與平均值差值過(guò)大,造成其標(biāo)準(zhǔn)偏差和變異系數(shù)相對(duì)較大.α的日波動(dòng)較大,觀測(cè)期平均值為 0.95(±0.33),小于王躍思等[8]的觀測(cè)結(jié)果(1.66),變異系數(shù)為35%.從表1統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出,觀測(cè)期間40%的天數(shù)AOD<0.2,大氣比較清潔,而AOD>0.5,污染比較嚴(yán)重的天數(shù)也達(dá)到了26.6%. 10月6~9日受天氣系統(tǒng)影響,風(fēng)速小、逆溫強(qiáng)、濕度大,華北地區(qū)出現(xiàn)了大范圍不利于污染物擴(kuò)散的氣象條件,北京出現(xiàn)了空氣質(zhì)量3d輕度污染、1d中度污染.11月17~21日,受持續(xù)穩(wěn)定氣象條件和霧天的影響,污染物擴(kuò)散條件較為不利,導(dǎo)致污染物形成積累,空氣質(zhì)量連續(xù)超標(biāo),并有 2d達(dá)到中度污染以上級(jí)別,加上本月3次外來(lái)沙塵天氣,對(duì)空氣質(zhì)量也造成了不利影響.

根據(jù)觀測(cè)期間北京市環(huán)保局空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào),并對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)篩選,有11d為三級(jí)及三級(jí)以上污染天氣,本文特將其分離出來(lái),與非污染天加以對(duì)比.圖5為觀測(cè)期間非污染天(a和b)與污染天(c和d)AOD和α日變化情況.非污染天 AOD平均值為0.26(±0.16),大氣相對(duì)清潔,大氣狀況比較穩(wěn)定,α平均值為0.92(±0.35),大氣中細(xì)粒子較多,但粗離子也占有相當(dāng)比率.非污染天AOD在14:00~15:00達(dá)到最大值,這可能是因?yàn)榍缣煜挛?14:00~15:00正是對(duì)流最旺盛的時(shí)候,地面的污染物被輸送到高空,造成氣溶膠柱濃度升高[27].夜間因?yàn)闅馊苣z的老化作用,處于邊界層上部的粒子長(zhǎng)大,中午 11:00,由于對(duì)流作用將前一日輸送至邊界層上部的粒子帶到地面,造成α在此刻達(dá)到最低值,此后α緩慢上升,至下午17:00達(dá)到最大值.污染天AOD平均值為1.70(±1.03),污染相當(dāng)嚴(yán)重,AOD 波動(dòng)也較大,沒(méi)有明顯的日變化,α平均值為 1.10±0.17,波動(dòng)較小,維持在1.10上下,這說(shuō)明污染天顆粒物模態(tài)相對(duì)比較單一,以細(xì)粒子污染為主.基于AERONET北京站5年觀測(cè)數(shù)據(jù),Xia等[28]分析得到的北京地區(qū)氣溶膠光學(xué)厚度日變化表明下午為高值,而且也探討MODIS過(guò)境時(shí)空AOD與日平均值之間的差異.

表1 觀測(cè)期間AOD和Angstr?m指數(shù)各級(jí)發(fā)生頻率(%)Table 1 The frequency of different AODs and Angstr?m parameters during the observation (%)

2.2 氣溶膠光學(xué)厚度與Angstr?m指數(shù)的關(guān)系

Tanaka等[29]認(rèn)為城市-沙塵混合性氣溶膠可以出現(xiàn) 4種α-AOD關(guān)系,即在α較大時(shí),α和AOD有正相關(guān)和反相關(guān)2種情況,在α較小時(shí),α隨著AOD的增大減小或者保持不變.Reid等[30]在巴西熱帶雨林的觀測(cè)表明,AOD較小時(shí),α(498~871nm)與之成反比,當(dāng)大氣中的煙霧粒子大量增加造成 AOD增大時(shí),α也隨之增大.Xia等

[31]和Li等[26]研究了北京和香河α-AOD關(guān)系,認(rèn)為兩者呈弱的負(fù)相關(guān). 將部分國(guó)內(nèi)外不同氣溶膠類(lèi)型AOD與Angstr?m指數(shù)關(guān)系的研究情況列于表2,以與北京市區(qū)氣溶膠Angstr?m指數(shù)和光學(xué)厚度的關(guān)系做比較.圖6為2007~2010年北京秋季大氣氣溶膠α-AOD 關(guān)系散點(diǎn)圖,其中2010年為 BIT觀測(cè)點(diǎn)結(jié)果,其余年份為同期AERONET北京站觀測(cè)數(shù)據(jù).可以看出,由于具體天氣系統(tǒng),氣象條件及氣溶膠類(lèi)型的影響,不同年份AOD和α的關(guān)系不盡相同.

圖7為非污染天和污染天α-AOD關(guān)系.可以看出,非污染天 AOD<0.7,α值從 0~1.5,變化比較大,大氣受沙塵、地面揚(yáng)塵等粗粒子和城市-工業(yè)氣溶膠共同影響.當(dāng)α<0.6,α與AOD成反比,即影響大氣渾濁度主要為粗離子,當(dāng)α>0.8,隨著AOD的增大α也隨之變大,城市-工業(yè)氣溶膠等細(xì)粒子則為主要影響因素,這與Nakajima等[13]的研究結(jié)果相似.污染天,AOD 大于 0.6,α的變化范圍為0.6~1.5,呈現(xiàn)城市工業(yè)與生物質(zhì)燃燒混合污染的狀況.當(dāng)AOD>1.2,α值均大于1.0,并隨著AOD的增大,α有些許減小.污染天較高的氣溶膠濃度會(huì)造成氣溶膠的碰并過(guò)程增多,二次硫酸鹽氣溶膠的吸濕過(guò)程以及黑炭氣溶膠的老化過(guò)程,均會(huì)使氣溶膠長(zhǎng)大,導(dǎo)致α減小[26,30,33].

為進(jìn)一步明確不同氣溶膠類(lèi)型α與AOD的關(guān)系,對(duì)非污染天和污染天數(shù)據(jù)做了詳細(xì)篩選,選取具有典型α-AOD 關(guān)系的時(shí)間段予以討論.如圖8所示,其中10月25日、10月28~30日和11月21日屬于非污染天,AOD均都在0.5以下,α的變化范圍則為 0.1~1.5,顆粒物粒徑變化較大;10月7~9日屬于污染天.可以看到,10月25日AOD在0.1左右,大氣非常清潔,α值在0.4~1.3之間,α隨著 AOD的增大而減小.由于當(dāng)日相對(duì)濕度僅為20%左右,因此排除掉相對(duì)濕度的影響.根據(jù)氣團(tuán)軌跡顯示,當(dāng)日氣流主要來(lái)源于蒙古東部,氣流清潔,但氣流的長(zhǎng)距離輸送過(guò)程中,氣溶膠粒子的老化過(guò)程使大氣渾濁度增加.10月 28~30日,AOD 變化范圍為 0.15~0.4左右,α值在 0.7~1.5之間,大氣以細(xì)粒子為主,大氣以城市性氣溶膠為主[29],α隨 AOD的增大而增大,Kaufman等[34]研究認(rèn)為,在比較清潔大氣條件下,新粒子的生成導(dǎo)致大氣中積聚模態(tài)顆粒增加.11月 21日,α值在0.1~1.0之間,α隨 AOD的增大而減小,大氣受為城市型氣溶膠和沙塵氣溶膠共同影響,與 Tanaka等[29]的研究結(jié)論一致.10月7~9日,AOD均在2.0以上,最大值接近于 4.0,大氣污染嚴(yán)重,α變化范圍為 1.0~1.4,粒子主要以細(xì)粒子為主.可以看到,隨著 AOD的增大,α減小,即隨著大氣渾濁度增加起主要作用的顆粒物向大粒徑方向移動(dòng),但仍為細(xì)粒子.此次污染過(guò)程,氣流以西南氣流為主,長(zhǎng)距離輸送過(guò)程將石家莊、保定等工業(yè)城市的污染物送向北京,根據(jù) MODIS火點(diǎn),華北平原存在大范圍的秸稈燃燒過(guò)程,同時(shí)北京城市主要?dú)庀髼l件為小風(fēng)高濕.綜合以上幾點(diǎn)因素,認(rèn)為此次污染過(guò)程,硫酸鹽氣溶膠的吸濕過(guò)程以及黑炭氣溶膠的老化過(guò)程,以及污染天較高的氣溶膠濃度造成的碰并過(guò)程增多,均會(huì)使氣溶膠長(zhǎng)大,導(dǎo)致α減小[26,30,33],關(guān)于氣團(tuán)軌跡對(duì)北京地區(qū)氣溶膠光學(xué)特性的影響,Xia等[35]做了大量細(xì)致的工作.

表2 Angstr?m指數(shù)與AOD關(guān)系Table 2 The relationship between Angstr?m parameters and AODs

圖6 2007~2010年北京市氣溶膠Angstr?m指數(shù)與光學(xué)厚度的關(guān)系Fig.6 Relationship between Angstr?m parameters and AODs from 2007to 2010in Beijing city

圖7 非污染天與污染天Angstr?m指數(shù)與光學(xué)厚度的關(guān)系Fig.7 Relationship between Angstr?m parameters and AODs at polluted days and non-polluted days differently

圖8 不同氣溶膠類(lèi)型Angstr?m指數(shù)與光學(xué)厚度的關(guān)系Fig.8 Relationship between Angstr?m parameters and AODs of different aerosol type

2.3 氣象要素對(duì)氣溶膠α-AOD關(guān)系的影響

氣象要素的變化也會(huì)影響α和AOD的關(guān)系.圖9為不同風(fēng)速控制下α-AOD關(guān)系圖,Vmax為風(fēng)速極大值的小時(shí)平均.當(dāng)Vmax<1m/s和1m/s<Vmax<4m/s,α隨AOD呈現(xiàn)相似的變化,表明觀測(cè)點(diǎn)周?chē)淮嬖趶?qiáng)的源或匯,風(fēng)速不是影響局地氣溶膠變化的主要因素.當(dāng)Vmax>4m/s,由于大風(fēng)對(duì)小顆粒的清除作用,AOD降到0.4以下,α也降到0.6以下,α與AOD呈負(fù)相關(guān).對(duì)風(fēng)向頻率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),發(fā)現(xiàn)ENE,SW和NW為觀測(cè)期間的盛行風(fēng)向.圖10為不同風(fēng)向下α隨AOD的變化圖.當(dāng)風(fēng)向?yàn)镋NE,α隨AOD的增大而增大,兩者呈現(xiàn)明顯的正相關(guān),并且α和AOD的變化范圍都很大,表明污染天和非污染天大氣狀況都受到ENE風(fēng)向的影響,尤其是AOD大于1.0的重度污染情況均是ENE為主控風(fēng)向,這是因?yàn)锽IT觀測(cè)點(diǎn)的位于北京市西三環(huán)和北三環(huán)的交界處,地處城市西北向,當(dāng)風(fēng)向?yàn)?ENE時(shí),城東的大量污染物被吹向觀測(cè)點(diǎn),并且Chen等[36]的研究認(rèn)為,山谷煙囪效應(yīng)造成污染物的回流,大量污染物懸浮于北京市上空,兩者的共同影響造成觀測(cè)點(diǎn)AOD高值的出現(xiàn).當(dāng)風(fēng)向?yàn)?SW 時(shí),可以看到散點(diǎn)分為兩部分,當(dāng)α<0.6時(shí)α隨AOD的增大而減小,當(dāng)α>1.0時(shí),α隨AOD變化不大.當(dāng)風(fēng)向?yàn)镹W時(shí),可以看到α幾乎全部大于 0.5,大氣中含有相當(dāng)比例的細(xì)粒子,并且當(dāng)α>1.0,α隨AOD的增大而增大.

為了驗(yàn)證溫度(T)變化對(duì)顆粒物模態(tài)的影響,將AOD分為3個(gè)等級(jí),驗(yàn)證不同污染狀況下α與T的關(guān)系(圖11).可以看到,AOD<0.2時(shí),α和T沒(méi)有明顯的關(guān)系.當(dāng)0.2<AOD<0.5,溫度較低時(shí)部分的點(diǎn)α>1.0,認(rèn)為是北京及周邊地區(qū)供暖后化石燃料燃燒增多導(dǎo)致細(xì)粒子排放增,溫度較高時(shí),尤其當(dāng)AOD>0.5時(shí),有大量的點(diǎn)α>1.0,認(rèn)為在溫度較高的污染環(huán)境下由于光化學(xué)反應(yīng)的作用,二次有機(jī)氣溶膠粒子的生成速率加快,大氣中細(xì)粒子含量增加.因?yàn)橛绊?AOD變化的因素較多,關(guān)于溫度和 AOD的關(guān)系分析,需要考慮二者協(xié)同變化,即同時(shí)受天氣狀況和污染源影響,因此溫度變化并不是導(dǎo)致AOD變化的內(nèi)在原因.圖12為不同α級(jí)別下AOD隨RH的變化.可以看到,α<0.5,即大氣中以地面揚(yáng)塵和沙塵氣溶膠為主時(shí),AOD隨RH的增大而減小,氣溶膠粒子為非親水性.當(dāng)0.5<α<1.0,部分 AOD 隨著 RH 的增大而增大,氣溶膠表現(xiàn)出一定的吸濕性.α>1.0時(shí),AOD隨 RH的增大幅度明顯變大,認(rèn)為是吸濕性粒子吸濕增長(zhǎng)造成其散射增強(qiáng)的結(jié)果.還可以看到,在RH大于 50%的情況下,有部分的點(diǎn) AOD并沒(méi)有明顯的增加,氣溶膠受相對(duì)濕度的影響并不大,這可能與氣溶膠的化學(xué)組成有關(guān).

圖9 不同風(fēng)速下Angstr?m指數(shù)與光學(xué)厚度的關(guān)系Fig.9 Relationship between Angstr?m parameters and AODs at different wind speed

圖10 不同風(fēng)向下Angstr?m指數(shù)與光學(xué)厚度的關(guān)系Fig.10 Relationship between Angstr?m parameters and AODs in different wind direction

圖11 不同光學(xué)厚度下Angstr?m指數(shù)與溫度的關(guān)系Fig.11 Relationship between Angstr?m parameters and temperature with different AOD

圖12 不同Angstr?m指數(shù)下光學(xué)厚度與相對(duì)濕度的關(guān)系Fig.12 Relationship between AODs and relative humidity with different Angstr?m parameter

3 結(jié)論

3.1 北京2010年秋季氣溶膠AOD,Angstr?m指數(shù),渾濁度系數(shù)的平均值分別為 0.5(±0.69)、0.95(±0.33)、0.24(±0.31),變異系數(shù)分別為 139%、35%和132%.受具體天氣系統(tǒng)和污染狀況的影響,北京2007~2010年α與AOD表現(xiàn)出不同的關(guān)系.

3.2 非污染天氣下,AOD 變化較小,峰值出現(xiàn)在14:00~15:00,大氣中細(xì)粒子組分相對(duì)較高.污染天, AOD變化很大,無(wú)明顯日變化,顆粒物以細(xì)粒子為主.

3.3 非污染天氣下,當(dāng)α<0.5,α與AOD呈反相關(guān),α>1.0,兩者正相關(guān),呈現(xiàn)城市工業(yè)-沙塵氣溶膠混合影響的狀況.污染天,兩者無(wú)明顯關(guān)系,但當(dāng)AOD>1.0,由于顆粒物之間的碰并,凝聚過(guò)程,加之相對(duì)濕度的影響,顆粒物的長(zhǎng)大會(huì)導(dǎo)致α的減小,呈現(xiàn)城市工業(yè)與生物質(zhì)燃燒混合污染的狀況.

3.4 當(dāng)Vmax<1m/s或 1m/s<Vmax<4m/s,α隨 AOD呈現(xiàn)相似的變化,觀測(cè)點(diǎn)周?chē)淮嬖趶?qiáng)的源或匯,風(fēng)速不會(huì)成為局地氣溶膠變化影響因素;當(dāng)Vmax>4m/s,α與 AOD 呈負(fù)相關(guān).當(dāng)風(fēng)向?yàn)?ENE,α與 AOD 正相關(guān);為 SW,α<0.6,兩者負(fù)相關(guān),α>1.0,α不隨AOD發(fā)生變化;為NW,α幾乎全部大于0.5,大氣中含有相當(dāng)比例的細(xì)粒子,并且當(dāng)α>1.0,α隨AOD的增大而增大.

3.5 當(dāng) AOD<0.2時(shí),氣溶膠尺寸與溫度無(wú)必然關(guān)系;AOD>0.2時(shí),溫度較低或較高時(shí),出現(xiàn)大量的細(xì)粒子.α<0.5,AOD 隨 RH 的增大減小;α>0.5,AOD隨RH的增大而增大,氣溶膠表現(xiàn)出一定的吸濕性.

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