武汉市区黑碳气溶胶分布规律及潜在源区分析
这是一篇关于黑碳气溶胶,时空分布规律,轨迹聚类,武汉市,相关分析,潜在源区的论文, 主要内容为气溶胶是大气的重要组成部分,作为空气中的细小颗粒对人体健康造成重大威胁,同时它直接或间接对大气降水、空气中的化学反应、以及区域气候、全球变暖产生影响,因此在大气化学、云和降水物理学、气候学中受到广泛关注。而黑碳气溶胶(BC)作为大气气溶胶中重要的物质组成,在其中占有较大的比重,能够吸收太阳辐射,对降水、气候和区域环境空气质量产生影响。由于它在大气中的独特性质,因此成为大气科学研究领域中重点关注的内容。通过对城市黑碳气溶胶的研究,能够了解浓度变化的时空分布规律,揭示与气象要素的关系,帮助分析武汉市大气环境质量状况,明确黑碳气溶胶的来源,输送路径、特点,同时对地球辐射平衡、局部气候和空气环境质量变化以及人体健康具有重要作用。本文选取武汉市区10个采样点,利用AE-51型黑碳仪采集2015年7月至2016年6月期间的黑碳气溶胶浓度数据,并搜集同期气象资料和污染物数据,运用相关分析、线性回归等数理统计方法和HYSPLIT-4轨迹模型,进行时空分析、建模分析、轨迹模拟以及来源分析,以全面了解武汉市区黑碳气溶胶的浓度分布特征,讨论与主要污染物的同源性,总结它的主要来源、输送特点和方式,并提出相应的环境治理措施和建议。本文的主要研究结论包括:(1)2015年7月～2016年6月武汉市区黑碳气溶胶质量浓度日均值为(3911±2095)ng.m-3,范围在 1135～10742ng.m-3,81%分布在 2000～6000 ng·m-3区间;武汉市一年中黑碳气溶胶质量浓度月均值具有明显规律,呈单峰状分布,对各月黑碳平均质量浓度进行排序,大小关系依次为:1月>12月>2月>10月>3月>5月>11月>4月>9月>8月>6月>7月,其中黑碳气溶胶质量浓度在1月份最高,为(7403±2462)ng.m-3,7月最低,为(2354±768)ng·m-3;季节分布上,武汉市区黑碳气溶胶质量浓度最高值出现在冬季、最低值在夏季,而秋季和春季位于两者之间。同时与国内外城市相比,武汉市区黑碳气溶胶本底浓度处于中等偏下水平。(2)黑碳与PM2.5、PM10、CO、S02、N02呈正相关,与03呈负相关,相关系数分别为 0.863、0.657、0.647、0.518、0.466、-0.366,与 PM2.5、PM10、CO、SO2 等污染物较高的相关性说明武汉市区黑碳气溶胶主要来源是燃料燃烧源和以汽车尾气排放为代表的流动源;同时对黑碳和PM2.5、PM10、CO进行单个建模分析,发现采用三次曲线函数能够较好模拟黑碳与三者之间的数学关系,即拟合度最好;利用多元线性回归分析,可建立黑碳与 PM2.5、PM10、SO2 的回归方程:Y=1493.322+43.623X1-24.505X2+40.12X3。(3)在0.01的水平上,黑碳与温度、能见度、气压显著相关,其相关系数分别为:-0.626、-0.529、0.523。黑碳与温度、能见度、风速线性回归方程为:Y=7744.17-143.87X1-330.38X2+546.613X3。当温度较高、气压较低时,空气对流运动显著,容易形成降水,对黑碳的湿沉降作用增大,导致空气中的黑碳质量浓度较低。(4)武汉市典型黑碳污染事件主要受来自北方空气气团轨迹的影响,经过河南省、河北省等地区,污染物在其控制下易被输送至武汉市;轨迹聚类和浓度计算结果表明冬季轨迹上黑碳平均质量浓度在一年中最高,夏季最低,并且在春秋季受周边源的影响较大,而冬季和夏季污染源主要来自本地。PSCF分析结果显示武汉市PSCF值高于0.6的区域主要集中在湖南省东部与江西省西部交界处、河南省中部以及安徽省等地,即这些区域是武汉市黑碳气溶胶的潜在源区。针对武汉市黑碳气溶胶时空分布规律、污染特征以及来源分析结果,本文提出相应大气环境治理建议:实施区域与本地污染分区管理制度,加强中部地区联防联控协作;减少区域污染物排放量,加强PM10、CO、SO2等污染物监测能力,完善配套治理措施;深入贯彻落实武汉蓝天行动计划,积极开展大气督查和重点行业排污调查工作,落实各项大气治理举措;严格控制市区人口数量,积极开展各类环保教育活动,降低或减少人为活动导致的黑碳排放。
武汉市区黑碳气溶胶分布规律及潜在源区分析
这是一篇关于黑碳气溶胶,时空分布规律,轨迹聚类,武汉市,相关分析,潜在源区的论文, 主要内容为气溶胶是大气的重要组成部分,作为空气中的细小颗粒对人体健康造成重大威胁,同时它直接或间接对大气降水、空气中的化学反应、以及区域气候、全球变暖产生影响,因此在大气化学、云和降水物理学、气候学中受到广泛关注。而黑碳气溶胶(BC)作为大气气溶胶中重要的物质组成,在其中占有较大的比重,能够吸收太阳辐射,对降水、气候和区域环境空气质量产生影响。由于它在大气中的独特性质,因此成为大气科学研究领域中重点关注的内容。通过对城市黑碳气溶胶的研究,能够了解浓度变化的时空分布规律,揭示与气象要素的关系,帮助分析武汉市大气环境质量状况,明确黑碳气溶胶的来源,输送路径、特点,同时对地球辐射平衡、局部气候和空气环境质量变化以及人体健康具有重要作用。本文选取武汉市区10个采样点,利用AE-51型黑碳仪采集2015年7月至2016年6月期间的黑碳气溶胶浓度数据,并搜集同期气象资料和污染物数据,运用相关分析、线性回归等数理统计方法和HYSPLIT-4轨迹模型,进行时空分析、建模分析、轨迹模拟以及来源分析,以全面了解武汉市区黑碳气溶胶的浓度分布特征,讨论与主要污染物的同源性,总结它的主要来源、输送特点和方式,并提出相应的环境治理措施和建议。本文的主要研究结论包括:(1)2015年7月～2016年6月武汉市区黑碳气溶胶质量浓度日均值为(3911±2095)ng.m-3,范围在 1135～10742ng.m-3,81%分布在 2000～6000 ng·m-3区间;武汉市一年中黑碳气溶胶质量浓度月均值具有明显规律,呈单峰状分布,对各月黑碳平均质量浓度进行排序,大小关系依次为:1月>12月>2月>10月>3月>5月>11月>4月>9月>8月>6月>7月,其中黑碳气溶胶质量浓度在1月份最高,为(7403±2462)ng.m-3,7月最低,为(2354±768)ng·m-3;季节分布上,武汉市区黑碳气溶胶质量浓度最高值出现在冬季、最低值在夏季,而秋季和春季位于两者之间。同时与国内外城市相比,武汉市区黑碳气溶胶本底浓度处于中等偏下水平。(2)黑碳与PM2.5、PM10、CO、S02、N02呈正相关,与03呈负相关,相关系数分别为 0.863、0.657、0.647、0.518、0.466、-0.366,与 PM2.5、PM10、CO、SO2 等污染物较高的相关性说明武汉市区黑碳气溶胶主要来源是燃料燃烧源和以汽车尾气排放为代表的流动源;同时对黑碳和PM2.5、PM10、CO进行单个建模分析,发现采用三次曲线函数能够较好模拟黑碳与三者之间的数学关系,即拟合度最好;利用多元线性回归分析,可建立黑碳与 PM2.5、PM10、SO2 的回归方程:Y=1493.322+43.623X1-24.505X2+40.12X3。(3)在0.01的水平上,黑碳与温度、能见度、气压显著相关,其相关系数分别为:-0.626、-0.529、0.523。黑碳与温度、能见度、风速线性回归方程为:Y=7744.17-143.87X1-330.38X2+546.613X3。当温度较高、气压较低时,空气对流运动显著,容易形成降水,对黑碳的湿沉降作用增大,导致空气中的黑碳质量浓度较低。(4)武汉市典型黑碳污染事件主要受来自北方空气气团轨迹的影响,经过河南省、河北省等地区,污染物在其控制下易被输送至武汉市;轨迹聚类和浓度计算结果表明冬季轨迹上黑碳平均质量浓度在一年中最高,夏季最低,并且在春秋季受周边源的影响较大,而冬季和夏季污染源主要来自本地。PSCF分析结果显示武汉市PSCF值高于0.6的区域主要集中在湖南省东部与江西省西部交界处、河南省中部以及安徽省等地,即这些区域是武汉市黑碳气溶胶的潜在源区。针对武汉市黑碳气溶胶时空分布规律、污染特征以及来源分析结果,本文提出相应大气环境治理建议:实施区域与本地污染分区管理制度,加强中部地区联防联控协作;减少区域污染物排放量,加强PM10、CO、SO2等污染物监测能力,完善配套治理措施;深入贯彻落实武汉蓝天行动计划,积极开展大气督查和重点行业排污调查工作,落实各项大气治理举措;严格控制市区人口数量,积极开展各类环保教育活动,降低或减少人为活动导致的黑碳排放。
硫酸盐和黑碳气溶胶影响东亚夏季风爆发的数值模拟研究
这是一篇关于硫酸盐气溶胶,黑碳气溶胶,南海夏季风,东亚副热带夏季风,季风爆发的论文, 主要内容为硫酸盐(SO42-)和黑碳气溶胶(BC)可以通过散射或吸收太阳辐射改变地气系统能量收支,进而引起局地热力和云过程变化乃至大气环流的调整而影响气候系统。东亚副热带季风、南海夏季风作为东亚季风的子系统,对东亚大气环流以及降水有着重要影响,但SO42-和黑碳气溶胶对各地季风爆发影响的差异以及对南海夏季风的影响及其机制仍缺乏认识。本研究利用CESM(The Community Earth System Model)模式CAM5.1模块模拟研究了SO42-和BC对东亚副热带季风爆发和推进以及南海夏季风爆发时间的影响,重点讨论了SO42-和BC影响南海夏季风的动力和热力机制,得到以下主要结论:模拟试验结果表明,对于东亚副热带季风,在季风中部区域(27.5-32.5°N,105-120°E,即长三角地区)SO42-通过湍流扩散冷却作用使得春季对流层中低层降温,海陆温度逆转推迟,使季风爆发推迟约1.4候。BC通过短波加热作用使得对流层中低层增温,海陆温度逆转提前,从而使得季风爆发提前了约0.5候。二者的共同效应偏向于黑碳效应,使得海陆温度逆转提前,从而使东亚副热带季风爆发提前了约0.5候。(本文对候的表述均基于25年集合试验平均值)。在季风北部区域(35-40°N,105-120°E,即京津冀地区)由于SO42-的湍流扩散冷却效应不明显,且存在平流增温效应,硫酸盐使得对流层中低层在春季增温,海陆温度逆转提前,从而使得季风推进到京津冀地区的时间提前了约0.5候。BC通过加热作用使得对流层低层增温,海陆温度逆转提前,从而使得季风推进到京津冀地区的时间提前了约0.7候。二者的共同效应偏向于黑碳效应,使得海陆温度逆转提前,季风推进到季风北部区的时间提前了约1候。对于南海季风,SO42-和BC对南海地区经向海陆热力差异、中南半岛对流、西太平洋副热带高压(西太副高)断裂以及南海夏季风爆发的影响,重点探讨了硫酸盐和黑碳气溶胶影响南海夏季风爆发的动力和热力机制。模拟试验结果表明,硫酸盐和黑碳气溶胶均有利于中南半岛整层大气稳定性增强,引发了中南半岛上空的下沉气流异常,动力上抑制了中南半岛对流,分别使得春末夏初时副高带断裂时间推迟了2候和1候,二者均存在推迟季风爆发效应。同时,热力上SO42-(BC)又推迟(提前)了春季经向海陆温度逆转时间,存在推迟(提前)季风爆发效应。综合而言,SO42-一致的动力和热力效应使得SCSM爆发推迟了约1候。而BC对SCSM爆发基本无影响,可能是由于BC相反的动力和热力效应。
西北半干旱区沙尘气溶胶光学和微物理特性研究
这是一篇关于SACOL,沙尘气溶胶,黑碳气溶胶,光学特性,沙尘天气的论文, 主要内容为大气气溶胶可以通过散射和吸收太阳辐射,可以通过改变云发展过程、生命期、云反照率,而改变地气系统辐射平衡,直接或间接地影响区域乃至全球气候。由于气溶胶时空变化的不确定性,目前对气溶胶物理化学、光学特性缺乏充分的认识,难以精确计算气溶胶的辐射强迫,这是气候预测中最不确定的因子之一。因此,深入研究气溶胶的物理化学特性、光学特性,对深刻认识和精确估计气溶胶的辐射效应具有重要意义。本文利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)2006年7月至2012年8月太阳光度计实测数据,分析了气溶胶的光学特性并对比分析了沙尘、黑碳和背景气溶胶的光学和微物理特性;通过严格判据挑选出沙尘气溶胶数据,进而研究有效沙尘天的沙尘气溶胶光学和微物理特性参量;结合激光雷达观测研究了2010年3月29日至31日发生的春季沙尘天气过程,并与2010年7月30日至31日发生的夏季沙尘过程进行对比分析。(1)气溶胶光学厚度日均值为0.38,?ngstr?m波长指数日均值为0.88,与光学厚度位相相反,柱总水汽含量日均值为0.84,与四季的气候特征一致。沙尘气溶胶粗模态峰值(1.03μm3/μm2)很大,细模态粒子浓度很小,黑碳气溶胶粗模态峰值(0.08μm3/μm2)与细模态峰值(0.03μm3/μm2)都很小,沙尘气溶胶多为大粒径颗粒,而黑碳气溶胶多为小粒径颗粒。黑碳气溶胶波长指数大于沙尘气溶胶,与粒子有效半径变化一致。气溶胶的散射性沙尘强于黑碳,吸收性黑碳强于沙尘,并且沙尘和黑碳气溶胶都对波长440 nm的吸收性最强。气溶胶的前向散射特性沙尘强于黑碳。(2)沙尘气溶胶光学厚度最大值(2.80)出现在春季,主要分布在0.3-0.8,日均值0.63±0.44。?ngstr?m波长指数与光学厚度位相相反,春季最小(0.002),秋季最大(0.525),主要分布在0.2-0.4,日均值0.27±0.12。沙尘多为大粒径气溶胶,粒子谱粗模态占主导。总粒子和粗模态粒子体积浓度变化很大,与光学厚度年变化一致,在4月达到最大。有效半径与复折射指数实部变化一致,春冬季较大,夏秋季较小。单次散射反照率冬春小,夏秋较大,最小值出现在2月,与复折射指数虚部反位相。不对称因子春季最小。(3)春季沙尘天气发生后退偏振率增大到0.3以上,光学厚度急剧增大到1以上,粗模态峰值最大达到1.12μm3/μm2,而细模态浓度依旧很小,能见度明显降低。影响春季沙尘天气的高空关键系统是强风带和强锋区,午后地面剧烈增温为沙尘天气发生提供了有利的热力条件,大风是形成沙尘起沙的主要动力。春季沙尘天气主要受远程输送的沙尘影响,而夏季沙尘天气主要受局地排放的沙尘粒子影响,春季沙尘过程中减压较夏季大,沙尘发生前的风速也比夏季大,春季伴随沙尘发生相对湿度减小,沙尘结束后,相对湿度继续减小,夏季伴随沙尘发生相对湿度则增加,夏季近地层空气的相对湿度远大于春季。
西北半干旱区沙尘气溶胶光学和微物理特性研究
这是一篇关于SACOL,沙尘气溶胶,黑碳气溶胶,光学特性,沙尘天气的论文, 主要内容为大气气溶胶可以通过散射和吸收太阳辐射,可以通过改变云发展过程、生命期、云反照率,而改变地气系统辐射平衡,直接或间接地影响区域乃至全球气候。由于气溶胶时空变化的不确定性,目前对气溶胶物理化学、光学特性缺乏充分的认识,难以精确计算气溶胶的辐射强迫,这是气候预测中最不确定的因子之一。因此,深入研究气溶胶的物理化学特性、光学特性,对深刻认识和精确估计气溶胶的辐射效应具有重要意义。本文利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)2006年7月至2012年8月太阳光度计实测数据,分析了气溶胶的光学特性并对比分析了沙尘、黑碳和背景气溶胶的光学和微物理特性;通过严格判据挑选出沙尘气溶胶数据,进而研究有效沙尘天的沙尘气溶胶光学和微物理特性参量;结合激光雷达观测研究了2010年3月29日至31日发生的春季沙尘天气过程,并与2010年7月30日至31日发生的夏季沙尘过程进行对比分析。(1)气溶胶光学厚度日均值为0.38,?ngstr?m波长指数日均值为0.88,与光学厚度位相相反,柱总水汽含量日均值为0.84,与四季的气候特征一致。沙尘气溶胶粗模态峰值(1.03μm3/μm2)很大,细模态粒子浓度很小,黑碳气溶胶粗模态峰值(0.08μm3/μm2)与细模态峰值(0.03μm3/μm2)都很小,沙尘气溶胶多为大粒径颗粒,而黑碳气溶胶多为小粒径颗粒。黑碳气溶胶波长指数大于沙尘气溶胶,与粒子有效半径变化一致。气溶胶的散射性沙尘强于黑碳,吸收性黑碳强于沙尘,并且沙尘和黑碳气溶胶都对波长440 nm的吸收性最强。气溶胶的前向散射特性沙尘强于黑碳。(2)沙尘气溶胶光学厚度最大值(2.80)出现在春季,主要分布在0.3-0.8,日均值0.63±0.44。?ngstr?m波长指数与光学厚度位相相反,春季最小(0.002),秋季最大(0.525),主要分布在0.2-0.4,日均值0.27±0.12。沙尘多为大粒径气溶胶,粒子谱粗模态占主导。总粒子和粗模态粒子体积浓度变化很大,与光学厚度年变化一致,在4月达到最大。有效半径与复折射指数实部变化一致,春冬季较大,夏秋季较小。单次散射反照率冬春小,夏秋较大,最小值出现在2月,与复折射指数虚部反位相。不对称因子春季最小。(3)春季沙尘天气发生后退偏振率增大到0.3以上,光学厚度急剧增大到1以上,粗模态峰值最大达到1.12μm3/μm2,而细模态浓度依旧很小,能见度明显降低。影响春季沙尘天气的高空关键系统是强风带和强锋区,午后地面剧烈增温为沙尘天气发生提供了有利的热力条件,大风是形成沙尘起沙的主要动力。春季沙尘天气主要受远程输送的沙尘影响,而夏季沙尘天气主要受局地排放的沙尘粒子影响,春季沙尘过程中减压较夏季大,沙尘发生前的风速也比夏季大,春季伴随沙尘发生相对湿度减小,沙尘结束后,相对湿度继续减小,夏季伴随沙尘发生相对湿度则增加,夏季近地层空气的相对湿度远大于春季。
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