上海奉贤区冬季气溶胶垂直分布特征研究——基于车载系留气球

摘要

本文利用车载系留气球大气垂直观测平台，于2013年12月对上海奉贤区150-1000m大气环境中的气溶胶进行垂直观测。综合分析不同污染程度和典型污染天气条件的大气气溶胶垂直分布特征，为上海市空气污染预警和防控对策的制定提供重要的科学依据，为研究污染物传输提供基础性数据。
　　不同污染程度日气溶胶数浓度、直径和粒子谱垂直分布特征研究结果表明:
　　1)气溶胶数浓度和直径的垂直分布特征分布。①清洁日(AQI＜100)在逆温层中，气溶胶数浓度随高度升高而增加;在非逆温层中，气溶胶数浓度随高度升高而减少。粒子直径的垂直分布特征与数浓度呈负相关关系。②轻度污染日(AQI=100-150)中午时段，数浓度和直径垂直分布均匀，且廓线波动较大;气溶胶数浓度和直径的垂直分布特征与相对湿度呈现正相关和负相关关系。③中度污染日(AQI=151-200)粒子直径垂直分布均匀。在逆温层中，气溶胶数浓度随高度增加而增加;在非逆温层中，气溶胶数浓度垂直分布与相对湿度呈正相关性。④重度污染日(AQI＞200)粒子直径范围0.95-1.03μm，垂直分布均匀。气溶胶数浓度垂直分布呈现分层现象，700m以上其分布与相对湿度密切相关。
　　2)不同污染程度日150m-1000m范围内，气溶胶污染物以空气动力学直径＜2.5μm的细颗粒物为主。粒子平均谱呈现单峰分布，峰值粒径集中在0.9μm附近;气溶胶粒子谱宽度范围清洁日＞中度污染日＞轻度污染日＞重度污染日。
　　3)严重污染期间，气溶胶污染的来源主以本地污染源的排放为主。西北偏北和西北路径的气团输送，也对气溶胶污染有一定的贡献。
　　典型污染天气条件下气溶胶日垂直变化特征研究结果表明:
　　1)气溶胶数浓度在早上随高度增加而减小，垂直分布不均匀，出现分层现象;中午时段，150m-1000m范围内气溶胶数浓度垂直分布均匀，廓线波动较小。下午受逆温层和气团输送的影响，高空气溶胶数浓度出现随高度增加而增加的特点。夜间，气溶胶数浓度的垂直分布与混合层高度、夜间边界层和残留层分布有密切关系。
　　2)逆温层影响气溶胶粒子的垂直运送，促使气溶胶在逆温层内垂直分布不连续，粒子在逆温层下积累;无逆温影响时在近地面出现数浓度的最大值。
　　3)高空风场对气溶胶数浓度的垂直分布有着重要影响，上升和下沉气流垂直变换频繁发生的情况下，气溶胶的垂直输送较为活跃，无益于气溶胶的累积，造成气溶胶混合均匀。
　　4)上海奉贤气溶胶粒径谱(0.5-5μm)呈现单峰分布，峰值粒径均在0.9μm附近，且细粒子为主要组成部分;峰值粒径粒子浓度变化与气溶胶数浓度变化规律相吻合。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究的意义

1．2 国内外气溶胶垂直观测的研究现状

1．2．1 依托城市高层建筑进行垂直观测的研究

1．2．2 依托铁塔进行垂直观测的研究

1．2．3 依托气球进行垂直观测的研究

1．2．4 依托飞机进行垂直观测的研究

1．2．5 依托雷达进行垂直观测的研究

1．3 研究目的

1．4 研究内容

第2章 实验方法

2．1 观测地点与时间

2．2 车载系留气球垂直观测平台与实验方法

2．2．1 车载系留气球垂直观测平台

2．2．2 实验方法

2．3 部分测量仪器及原理介绍

2．3．1 APS-3321型空气动力学粒径谱仪

2．3．2 Windube70激光雷达

2．3．3 C31型云高仪

2．3．4 其他仪器与装置

2．4 质量控制和质量保证(QA／QC)

2．4．1 仪器日常维护

2．4．2 数据校正和仪器质量控制

2．4．3 扩散损失

2．5 本章小结

第3章 不同污染程度下气溶胶垂直分布特征研究

3．1 2013年12月上海空气质量概况和气象条件介绍

3．1．1 2013年12月上海空气质量概况

3．1．2 2013年12月上海气象条件

3．2 不同污染程度下气溶胶数浓度和直径垂直分布特征

3．2．1 清洁目气溶胶数浓度和直径垂直分布特征

3．2．2 轻度污染日气溶胶数浓度和直径垂直分布特征

3．2．3 中度污染日气溶胶数浓度和直径垂直分布特征

3．2．4 重度污染日气溶胶数浓度和尺度垂直分布特征

3．3 不同污染程度下气溶胶粒子平均谱垂直分布特征

3．4 严重污染天气条件下气溶胶污染的个例分析

3．4．1 后向轨迹简介

3．4．2 气溶胶污染分析

3．5 本章小结

第4章 典型污染天气下气溶胶日垂直变化特征

4．1 大气边界层的变化过程

4．1．1 风

4．1．2 温度

4．1．3 湿度

4．1．4 混合层高度

4．2 气溶胶数浓度垂直分布的日变化特征分析

4．2．1 上午气溶胶数浓度的垂直分布特征

4．2．2 中午气溶胶数浓度的垂直分布特征

4．2．3 下午气溶胶数浓度的垂直分布特征

4．2．4 夜间气溶胶数浓度的垂直分布特征

4．3 不同时段气溶胶粒径谱垂直变化特征分析

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间所发表的论文

致谢