基于激光雷达对一次沙尘过程臭氧和气溶胶垂直结构的协同观测

摘要

利用自主研制的四波长全固态激光雷达系统,实现了大气臭氧和气溶胶的协同观测,这也是该系统在国内的首次立体观测应用。基于该雷达系统,重点针对2021年4月中旬沙尘污染前、中、后三个阶段进行污染物的空间垂直分布特征进行分析,发现臭氧的垂直分布主要集中在距地面1.5 km范围内,沙尘前的臭氧浓度整体明显高于沙尘中和沙尘后。沙尘前和沙尘中,气溶胶的垂直分布高度可以达到2.5 km,由于沙尘的突然入境,会造成局地消光系数突变升高超过2.5 km^(-1),沙尘过境后气溶胶主要积累在近地面500 m范围内。通过激光雷达的连续观测和垂直廓线分析发现沙尘前,在上午7时前后城市上空距地面300 m高度附近会出现臭氧浓度的低值区,约13μg·m^(-3),不足附近范围的1/4,这可能是在稳定大气环境中由日出前的“滴定效应”造成。但是,沙尘的突然输入不仅消除了该稳定的“滴定效应”,而且还抹平了臭氧的日变化特征,使得近地面的臭氧浓度峰谷值降为55μg·m^(-3),是沙尘前和沙尘后的0.44倍和0.46倍。同时,由于沙尘的输入,细颗粒物质量浓度的占比降低至不足20%,加之上游一次污染物输入,进一步抑制了臭氧的生成和转化过程。