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.
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].
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 (%)
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
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
3.1 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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