徐州地区气溶胶散射吸收特性研究

摘要

淮海经济区中心城市徐州是传统能源城市，空气污染严重。本文利用积分浊度仪、黑碳仪等对2014年~2017年间徐州地区气溶胶散射吸收特性进行了观测研究，分析结果如下：1）观测期间散射系数、吸收系数和单次散射反照率均值分别为292.56±223.65Mm-1、22.65±18.73Mm-1和0.93±0.05，说明徐州散射性粒子占主导。2）就日变化分析而言，散射和吸收系数均呈现双峰单谷型分布，单次散射反照率呈双峰双谷型分布，与大气边界层高度、交通排放及气象因素有关。霾日三者均高于非霾日，与二次气溶胶的生成速率有关。工作日散射吸收系数高于非工作日，与车流量及人类活动有关。3）散射系数月均最大值和最小值出现在1月和9月，吸收系数月均最大值和最小值出现在1月和11月，单次散射反照率月均值均在0.9以上。4）散射吸收系数季均值表现为冬季最高，秋季最低。单次散射反照率季均值为冬季>秋季>夏季>春季，四季均值均高于0.9。5）徐州散射吸收系数高值主要源自各季内的主导风向，以西南（SW）、东南（SE）和西北（NW）方向为主。四季高风速（＞3.3m/s）下散射吸收系数主要集中在0~200Mm-1范围内和0~20Mm-1范围内。散射系数高值（＞600Mm-1）和吸收系数高值（＞40Mm-1）主要出现在0~3.3m/s中低风速条件下，表明高风速有利于污染物的稀释扩散，中低风速下污染物容易累积。高风速下污染物出现高值主要与远距离输送有关，中低风速下污染物出现高值主要受本地源和局地污染源影响。 针对激光雷达（MiniMPL）探测的2015年1月1~10日的两次高空雾霾输入事件，对太阳光度计观测反演的大气柱总气溶胶吸收光学厚度（AAOD）和黑碳仪观测估算的地面气溶胶吸收特性进行了对比分析，利用HYSPLIT后向轨迹模式获取高空霾层跨区域传输的来源及路径，通过聚类分析定量研究了对本地吸收系数的贡献。结果表明：1）当有外来污染物传输时，大气整层气溶胶的吸收性光学厚度（AAOD）会增加，当高空气溶胶到达地面时，携带而来的污染物使得地面气溶胶吸收系数剧增。表明外来污染物中吸收性气溶胶居多，容易对本地雾霾天气和大气能见度降低产生影响。2）2015年1月3~4日到达徐州的气团主要来自安徽、河南及湖南等地区。气团1、气团2和气团3均属于低空运动型气团，运动轨迹较短，运动速度较慢，表明此期间徐州主要受周边污染源影响。2015年1月7~8日到达徐州的气团主要来自西北方向，受河北省、山西省、河南省等地影响。气团1运动轨迹长，属于运动速度快型气团。气团2运动轨迹短，运动速度慢，主要受局地污染源影响。气团3属于低空运动型气团，易受沿途城市污染物的影响，运动轨迹较长，运动速度较快。表明此期间徐州同时受到远距离污染物传输和局地污染源的影响。

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图清单

表清单

变量注释表

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.1.1 大气气溶胶来源与危害

1.1.2 大气气溶胶的散射吸收特性参数

1.1.3 大气气溶胶对环境及气候的影响

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及意义

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究意义

1.4 技术路线

1.5 章节安排

2 站点概况与研究方法

2.1 站点概况

2.2 仪器、数据与方法

2.2.1 单波长浊度仪

2.2.2 AE-42黑碳仪

2.2.3 CE-318太阳光度计

2.2.4 气溶胶光学参数计算

2.2.5 其他数据来源

2.3 本章小结

3 徐州地区气溶胶散射吸收特性时序变化特征

3.1 光学特性总述

3.1.1 频数分布特征

3.1.2 与国内外其他研究结果对比

3.2 气溶胶散射吸收特性日变化

3.2.1 观测期间气溶胶散射吸收特性日变化特征

3.2.2 霾日与非霾日气溶胶散射吸收特性日变化特征

3.2.3 工作日与非工作日气溶胶光学特性日变化特征

3.3 气溶胶散射吸收特性月变化

3.4 气溶胶散射吸收特性季变化

3.5 本章小结

4 气溶胶散射吸收特性与风向、风速关系

4.1 本章引论

4.2 风向、风速的分布特征

4.3 风向、风速的影响特征

4.4 本章小结

5 大气柱总和地面气溶胶吸收特性对比

5.1 本章引论

5.2 激光雷达探测

5.3 气溶胶高空输入

5.4 高空霾层的传输路径

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要工作和结论

6.2 文章创新

6.3 不足与展望

参考文献

作者简历

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