基于激光雷达数据和HYSPLIT模式的西安地区气溶胶输送特性分析

摘要

随着社会的进步和科技的发展，人们在生活质量不断提高的同时对环境问题也产生越来越多的关注，大气污染物监测的重要性与日俱增。米散射激光雷达作为大气气溶胶探测的重要工具之一，已被广泛应用于气象监测及航天航空气象部门的天气情况和空气质量监测及预报中。
　　本研究依托西安理工大学自主研发的波长为532nm的小型微脉冲米散射激光雷达，从2014年1月到2014年12月，对西安城区上空的气溶胶进行了连续观测。对于观测得到的激光雷达实验数据，采用Klett算法对其进行反演得到消光系数，同时计算出气溶胶光学厚度(AOD)，并将其与同一观测点的CE318型太阳光度计数据进行比对。采用美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的HYSPLIT模式分别就西安城区上空1km、3km和5km高度处的气团48h后向轨迹进行追踪，利用K均值聚类分析法将气团轨迹按来源方向的不同进行分类，得到各个方向的气团分布。将激光雷达探测到的气溶胶光学厚度数据，气象部门观测到的地表PM2.5、PM10颗粒物质量浓度数据，结合气团轨迹，重点分析了西安地区气流输送特性及其对周边城市的相互影响。
　　对不同高度(海拔)与季节比较分析结果表明，从海拔角度分析，西安城区低空受当地气流影响大，随着海拔增加，当地气流对其影响逐渐减小，从1km到5km，当地气流占所有气流的百分比分别为60％、31％和24％。从季节角度看，冬季受偏西风的影响较大，其他季节当地及周边地区的缓慢气流影响占主要地位，空气质量受当地生活和工业排放的影响很大。西安地区气溶胶平均光学厚度最大值(0.32)出现在主要包含来自西边气流中，该类气流中携带的PM2.5占PM10的比例大。研究成果可为西安地区大气污染颗粒物的来源及预测提供技术方法与手段。

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1．绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究进展

1.3主要研究内容

2. 激光雷达探测大气气溶胶原理

2.1 大气散射理论

2.2 激光雷达基本原理

2.3 激光雷达方程求解

2.4 气溶胶光学厚度（AOD）

2.5 本章小结

3. 实验观测及数据处理

3.1 小型米散射激光雷达

3.2 激光雷达实验数据处理

3.3 太阳光度计

3.4 地表颗粒物监测

3.5 本章小结

4. 气溶胶后向轨迹聚类分析

4.1 气溶胶后向轨迹追踪

4.2 聚类分析

4.3 本章小结

5. 实验数据分析与结果讨论

5.1 全年地表颗粒物浓度

5.2 大气气溶胶光学厚度

5.3 西安地区全年气流后向轨迹聚类分析

5.4 地表颗粒物质量浓度、AOD与气流轨迹相关性

5.5 本章小结

6. 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献