中国科学 D 辑:地球科学 2009年 第39卷 第11期: 1542 ~ 1553 https://www.doczj.com/doc/652763070.html, https://www.doczj.com/doc/652763070.html,
《中国科学》杂志社
SCIENCE IN CHINA PRESS
珠江三角洲黑碳气溶胶及其辐射特性的观测研究
吴兑①
*, 毛节泰②
, 邓雪娇①
, 铁学熙③
, 张远航④
, 曾立民④
, 李菲①
, 谭浩波①
,
毕雪岩①, 黄晓莹⑤, 陈静⑥, 邓涛①
① 中国气象局广州热带海洋气象研究所, 广州 510080; ② 北京大学物理学院, 北京 100871;
③ National Center for Atmospheric Research, Boulder, CO 80303, USA; ④ 北京大学环境学院, 北京 100871; ⑤ 广东省气象台, 广州 510080;
⑥ 中山大学环境科学与工程学院, 广州 510275 * E-mail: wudui@https://www.doczj.com/doc/652763070.html,
收稿日期: 2008-08-18; 接受日期: 2009-06-07
国家自然科学基金(批准号: U0733004, 40375002, 40418008, 40775011)、国家高技术研究计划(编号: 2006AA06A306, 2006AA06A308)和国家重点基础研究发展计划(编号: 2005CB422207)资助
摘要 大气气溶胶的气候效应和环境效应研究是当今国际科技界的热门研究话题. 而气溶胶的辐射特征是评估气候变化的重要参数. 对广州番禺大气成分站2004~2007年黑碳仪观测的黑碳浓度与吸收系数, 浊度计观测的散射系数, 以及导出的单次散射反照率进行了分析讨论. 主要结果如下: 使用黑碳仪观测黑碳浓度与吸收系数, 必须与国际公认的仪器进行对比观测, 对资料进行校准和订正, 才能得到质量保证的资料序列. 分析表明黑碳浓度月均值在3.1~14.8 μg ·m ?3之间变化, 4年来黑碳浓度逐年下降; 每年年均值下降1 μg ·m ?3左右, 旱季浓度较高, 多年平均为8.9 μg ·m ?3, 雨季浓度比较低, 多年平均为8.0 μg ·m ?3, 月均值极大值出现在2004年12月份, 月均值极小值出现在2007年7月份, 黑碳浓度4年均值为8.4 μg ·m ?3. 计算的散射系数月均值在129~565 Mm ?1之间变化; 吸收系数月均值在32~139 Mm ?1之间变化, 单次散射反照率月均值在0.71~0.91之间变化, 2004~2007年的年均值分别为0.80, 0.82, 0.79, 0.84. 使用3台黑碳仪, 分别同步观测PM 10, PM 2.5, PM 1中的黑碳, 结果表明PM 2.5占到PM 10的大约90%; PM 1占到PM 2.5的大约68%; 黑碳气溶胶主要存在于细粒子中. 将相距8 km 的广州番禺大气成分站(海拔141 m)与番禺气象局(海拔13 m)在一年中的观测结果进行对比, 两站黑碳浓度的变化趋势比较一致, 居于山顶的大气成分站的黑碳浓度总是低于平原的番禺气象局, 两站的年均值也相差近 4 μg ·m ?3, 表明黑碳气溶胶在近地面浓度较高, 在高度较高的大气成分站浓度较低.
关键词
珠江三角洲 黑碳气溶胶 散射系数 吸收系数 单次散射反照率
大气气溶胶做为全球变化的重要强迫因子, 因其全球气候效应近年来成为科学家们广泛关注的一个重
要领域[1~3], 并且已经成为当前国际全球变化研究的热点问题之一[4,5].
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气溶胶粒子是悬浮在大气中的直径10?3~10 μm 的固体或液体粒子, 其质量仅占整个大气质量的十亿分之一, 但其对大气辐射传输和水循环均有重要的影响[6]. 大气中的气溶胶粒子的自然来源主要是海洋、土壤和生物圈以及火山等. 气溶胶对气候变化、云的形成、能见度的改变、环境质量变化、大气微量成分的循环及人类健康也有着重要影响. 工业化以来, 人类活动直接向大气排放大量粒子和污染气体, 污染气体通过非均相化学反应亦可转化形成气溶胶粒子. 气溶胶的物质成份主要包括: 硫酸盐、硝酸盐、铵盐、有机碳、元素碳和矿物元素, 其中碳气溶胶是大气气溶胶中最复杂的一种成分. 不论从哪一个角度, 研究者们研究大气气溶胶时最有可能涉及到的成分就是碳气溶胶. 一方面, 可吸入的大气气溶胶中存在几千种潜在有害的含碳有机物, 对人群健康带来严重的危害; 另一方面在大气气溶胶对气候变化的影响中, 碳气溶胶对气候的影响具有最大的不确定性. 很多重要的大气化学反应发生在碳气溶胶粒子的表面或受其影响.
大气气溶胶可以散射和吸收太阳辐射, 因而对气候变化的辐射强迫有重要影响, 其中含碳气溶胶可以分为无机碳(EC)和有机碳(OC), 以及碳酸盐碳(CC). 其中碳酸盐中的碳在大气气溶胶中的含量很低, 占总碳含量的比例<5%[7]. 根据已有的观测结果表明, 碳酸盐含量大约为0.1~0.53 μg ·m ?3, 因此, 绝大多数研究者研究气溶胶含碳物质时, 只讨论OC 和EC, 认为总碳量(TC)等于无机碳(EC)加有机碳(OC)量[8]. 因为无机碳表现出强烈的吸光性又被称为黑碳(BC). OC 一般表现为对太阳辐射的散射, 而BC 表现为对太阳辐射的吸收, 因而对气溶胶直接辐射强迫有重要的贡献. 黑碳气溶胶作为大气气溶胶的重要组成成分, 在大气物理、大气化学过程中有非常重要的作用, 其变化将影响云的形成、云的寿命、云量变化以及能见度的变化. 传统观点认为气溶胶对大气具有冷却作用, 但由于气溶胶中含有黑碳粒子, 它可以在中低空直接吸收太阳辐射加热大气, 黑碳气溶胶的加热效果有可能抵消矿物气溶胶及硫酸盐气溶胶的冷却效果[9], IPCC2001年报告中指出黑碳气溶胶的辐射强迫是正值[10], 最近的研究表明, 黑碳气溶胶的直接辐射强迫介乎于二氧化碳和甲烷之间, 是影
响全球变暖仅次于二氧化碳的第二位重要因素[11], 因而对全球气候变暖和区域气候变化和区域环境效应都有重要影响.
碳气溶胶的研究是近年来才开展起来的, 研究历史非常短, 很多方面尚处在初步研究阶段, 在黑碳测量技术和方法方面也存在相当大的不确定性, 因而常有争议. 近年来, 碳气溶胶已成为大气科学的一个研究热点, 由于碳气溶胶对大气的广泛影响及其复杂性, 其本身的特性和对大气影响在实验及理论研究上存在的问题, 这些都使它成为当前气溶胶研究的重点对象. 但目前关于它的科学认识程度还比较低, 其不确定性因素也很多.
中国有关碳气溶胶的研究工作开展较晚, 在中国国家自然科学基金项目和国际合作研究项目的资助下, 中国学者通过现场观测、实验室分析、数值模拟及理论研究等方法, 对中国黑碳气溶胶的物理特征、光学性质、来源、时空分布及其对环境和气候的影响做了一些研究. 在20世纪80年代中国曾有气溶胶吸收系数观测方法的介绍和结果[12,13]; 自90 年代起, 黑碳气溶胶的观测研究在中国逐步开展, 汤洁 等[14]1991年在临安大气本底站和1998 年在拉萨地区进行过短期的BC 浓度观测; 王庚辰等[15]于1992 年及1996~2001年在北京市北郊测量了BC 的浓度; 1994年在青海海拔3810 m 的瓦里关山上建成了中国第一个全球大气本底基准观象台, 得到一些有价值的黑碳气溶胶的研究结果[16]. 迟旭光等[17]对北京碳气溶胶进行了研究; 孙宏等[18]对齐齐哈尔市的碳气溶胶进行过研究; 朱忠等[19]对浦东新区的碳颗粒物进行了研究; Cao 和Lee [20]等近年在香港地区和珠江三角洲地区对碳气溶胶进行了观测, 得出了OC 和EC 在PM 2.5和PM 10的浓度分布特征. 娄淑娟等[21] 2003~2004年在北京大学用黑碳仪观测了黑碳. 我们课题组从2003年底在珠江三角洲地区开始了对BC(黑碳仪)、EC(滤膜采样分析)浓度连续的观测和研究. 与国外已有的工作相比, 中国系统深入的BC, EC 观测和分析到现在刚刚展开.
在国际事务中, 黑碳气溶胶也扮演着重要角色, 1999年欧美科学家发现, 在亚洲南部上空经常笼罩着一层3 km 厚的棕色气溶胶云, 并称其为亚洲棕色云[22], 也有人将其称为灰霾天气[23], 其组成主要包
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括: 黑碳、粉尘、硫酸盐、铵盐、硝酸盐等, 后来发现各大洲都存在类似现象, 又将其称为大气棕色云. 并进而提出, 原来假定的气溶胶辐射强迫的冷却效应要做一定的修正, 尤其认为大气灰霾中的黑碳气溶胶是气候变暖的重要角色[22], 这就使得气溶胶辐射强迫对气候变化影响的不确定性增加, 而且也存在国际上发达国家, 主要是美国利用减排黑碳气溶胶问题对中国进行经济遏制, 对中国进行打压的外交压力. 获取供中国独立自主评估气溶胶气候效应所需的准确、时空分辨率高的气溶胶辐射参数的直接观测资料就显得更加迫切.
已有不少观测事实和数值模拟研究揭示出气溶胶对气候辐射强迫的重要性, 但由于气溶胶时、空分布的不确定及粒子物理、化学特性的多变性, 加上观测资料的严重缺乏, 使得大气气溶胶成为当今环境与气候变化研究中一个既重要又难以估计的不确定因子. 大气气溶胶对环境与气候变化的研究在很大程度上依赖于对其时、空分布状况的了解和其光学特性的准确估计. 其中吸收系数是表征大气气溶胶状况的重要物理参量, 而黑碳气溶胶代表了气溶胶的吸收特性.
珠江三角洲(Pearl River Delta, PRD)作为20个世纪末最后20年全球经济发展最快的地区之一, 也是国内气溶胶颗粒物大气污染相当严重的区域之一. 在这个总面积只有8000多平方公里的区域, 聚集了广州、香港、深圳、东莞、佛山、澳门、珠海这样拥有数百万以上人口的国际化城市和几十个人口在几十万左右的中等城市, 在大量土地被工业化利用、植被减少、交通工具迅猛增加、乡镇企业工厂蓬勃发展的情况下, 这一地区频繁发生的大气污染事件已经引起政府和公众的广泛关注[24,25].
本文使用自2003年开始在珠江三角洲开展的对BC(黑碳仪)浓度连续系统的观测资料序列, 对该地区的黑碳气溶胶分布特征及气溶胶的吸收特性进行了分析.
1 资料来源与处理说明
珠江三角洲是中国大陆第二大的三角洲, 位于大陆海岸线南端, 河网纵横, 孤丘散布, 平均海拔1~20 m. 珠江三角洲大气成分站网始建于2003年,
先后建设了中国气象局广州番禺大气成分站等9个大气成分观测站点, 其中本文使用的资料主要涉及2个站, 中国气象局广州番禺大气成分站位于广州市番禺区南村镇大镇岗山山顶, 是番禺第一高峰, 海拔141 m, 23°00.236′N, 113°21.292′E, 地处珠江三角洲腹地, 本站代表珠江三角洲经济圈大气成分均匀混合的平均特征. 番禺气象局位于番禺区西部, 海拔 13 m, 22°56.265′N, 113°19.143′E, 代表珠江三角洲典型地形. 两站直线距离8 km.
我们使用的高时间分辨率的气溶胶辐射仪器包括: 黑碳仪(欧洲 Magee Scientific Aethalometer AE-31-HS, AE-31-ER, AE-16-ER 共7台)、积分式浊度仪(澳大利亚Nephlometer M9003共6台), 得到连续的黑碳气溶胶浓度与大气气溶胶散射系数、吸收系数、消光系数、单次散射反照率等重要的气溶胶辐射强迫参数的长时间资料序列. 本文主要使用黑碳仪观测的BC 长期连续观测资料进行分析.
AE-31型黑碳仪(Aethalometer)有7个测量通道, 波长分别为370, 470, 520, 590, 660, 880和950 nm, AE-16型黑碳仪只有880 nm 1个测量通道, 可以连续实时观测黑碳气溶胶的质量浓度. 其基本测量原理建立在石英滤纸带所收集的粒子对光的吸收造成的衰减上, 相对于黑碳气溶胶的吸收来说, 气溶胶其他成分对可见光的吸收可以忽略不计, 当用一束光照射附有黑碳气溶胶的滤膜时, 由于黑碳气溶胶对可见光具有吸收衰减特性, 通过测量透过采样滤膜的不同波长光的光学衰减量, 就可以确定样品中黑碳气溶胶的含量.
在一定范围内, 光学衰减量与单位面积采样膜上黑碳气溶胶的沉积量有如下线性关系:
ΔATN λ=0
ln ,I
BC I
λσ??
=×????
(1) 式中ΔATN λ为某一波长采样一个周期的光学衰减量、I 0为采样前透过滤膜的光强、I 为采样后透过滤膜的
光强、σλ为某一波长黑碳气溶胶的比衰减系数, 表示单位面积沉积在滤膜上的单位质量的黑碳气溶胶对光的衰减率, 其单位为m 2·g ?1. 根据黑碳气溶胶的不同来源及混合状态, σλ在一定范围内变化, 一般在 10~19 m 2·g ?1之间. 本文采用的是厂家推荐的16.6 m 2·g ?1, BC 为单位面积采样膜上的黑碳质量, 单位
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为g ·m ?2, 在测量过程中, 分别测量灯亮时和灯灭时测量光束探测器输出, 与分别测量灯亮时和灯灭时参考光束的输出, 可以得到光衰减值, 利用相邻两个周期测得的光衰减值, 知道采样时间间隔Δt , 采样流量Q , 气溶胶沉积在滤膜上的面积S , 可以得到该时间段的空气样品中的黑碳气溶胶质量浓度, 单位是 ng ·m ?3. 观测中黑碳仪的采样流量为3或5 L ·min ?1,
每5 min 做一次循环观测[21]. 黑碳仪安装在观测集装箱内, 进气口位于箱顶, 采样口离地面高度大于3 m, 周围无障碍物遮挡. 进气管路无明显弯折. 通过 1.5 m 内壁涂有特富龙的黑管(Black tube)与仪器相连,
可以忽略样品在管壁附着的损失, 观测时使用了10 μm 的切割头. 黑碳仪每3个月进行一次流量检查和
零点数据检查. 依据流量检查结果对观测数据进行流量订正; 在进气口前加入粒子涤除器检查零气状态下的测量值. 测量时及时检查光源的稳定性情况. 另外通过仪器参数设定控制观测滤膜上黑碳气溶胶的载荷量(控制透射光衰减不超过100%).
积分式浊度仪(Nephelometer)有1个测量通道, 波长为525 nm, 安装在观测集装箱内, 进气口位于箱顶, 通过 2.0 m 内壁涂有特富龙的铝管与仪器相连, 可以忽略样品在管壁附着的损失, 测量时在进气管加热以保证测量时的相对湿度不超过60%. 积分式浊度仪除设定每天自动进行零点检查, 还定期进行
零点和跨度检查. 跨度检查的标准气为R134a 气体. 如果零点/跨度偏离较大, 则对仪器进行全标定.
2 仪器的对比观测试验
2004年10月14~29日, 在2004年PRIDE- PRD2004 的综合试验中, 使用我们的黑碳仪(Aethalometer, 880 nm)分别在广州市区和广州市南端
的南沙区新垦, 与德国Max Planck 研究所的Photoacoustic Spectrometer(PAS, 532 nm, 声光法) 以
及Multi-Angle Absorption Photometry (Carusso, 690 nm, 多向散射法)进行了平行对比观测. 目前国际上
公认声光法测量的吸收系数具有优越性, 可作为参比标准对照[26]. 从图1和2来看. 黑碳仪无论是与声光法还是多向散射法相对比, 有比较一致的趋势性变化.
黑碳仪存在观测误差, 主要是由于光线在滤膜中多次散射, 造成比衰减系数σλ偏大引起浓度值偏高[26], 我们的Aethalometer(880 nm)仪器与德国Max Planck 研究所的多向散射法(Carusso)进行平行对比
观测数据拟合得到如下公式:
BC car =0.897BC aet ?0.062, R 2=0.94, (2)
式中BC car , BC aet 分别是多向散射法和Aethalometer 观测的黑碳气溶胶质量浓度, 单位是ng ·m ?3. 我们观测的黑碳浓度结果用该式进行了订正.
图1 黑碳仪(Aethalometer)与德国马普多向散射法(Carusso)在广州新垦测量黑碳浓度对比实验的时间序列
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图2 黑碳仪(Aethalometer, 880 nm)与德国马普声光法(PAS, 532 nm)在广州市区
测量黑碳浓度与吸收系数对比实验的时间序列
使用黑碳仪的资料获取气溶胶吸收系数是资料处理的关键环节, 由于仪器原来利用测量的光强计算浓度的中间量比衰减系数σλ是滤膜上沉积的黑碳粒子在压缩态的结果, 而我们需要的是大气中分散态的黑碳粒子的吸收系数, 因而需要使用实验对比的方法得到.
我们已经知道了黑碳浓度, 如果认为气溶胶的吸收主要由黑碳气溶胶引起, 可以进一步得到吸收系数[27]:
Abs λ=σ×M BC , (3)
式中σ为大气中分散态单位质量黑碳气溶胶的比吸收
系数, M BC 是黑碳气溶胶质量浓度, 单位是ng ·m ?3.
目前国际上公认声光法测量的吸收系数具有代表性, 可作为参比标准对照. 该方法由于测量的气溶胶为悬浮状态, 克服了滤膜采样的不足, 因此, 声光方法常被作为吸收系数的参考方法, 用于校准基于滤膜采样的吸收系数测量方法[27]. 在2004年PRIDE- PRD2004 的综合试验中, 我们的Aethalometer(880 nm)仪器与德国Max Planck 研究所的Photoacoustic Spectrometer(PAS, 532 nm) 进行了平行对比观测(图2), 平行观测数据拟合得到如下公式:
Abs 532=8.28×M BC +2.23, R 2=0.92, (4)
其中M BC 是Aethalometer 在880 nm 波长处测量的未
经订正的黑碳浓度, 单位 μg ·m ?3; Abs 532为PAS 测量的气溶胶吸收系数, 单位Mm ?1. 回归方程的斜率为8.28 m 2·g ?1, 这个斜率与BRAVO 试验(Big Bend Re-gional Aerosol and Visibility Observation Study)中Arnott 等[27]在德克萨斯国家公园用Aethalometer 和PAS 观测的全部数据回归得到的斜率8.5 m 2·g ?1比较
接近, 也与Barnard 等[28]在墨西哥城市区(Mexico City Metropolitan Area)2003年试验获得的黑碳比吸
收系数8~10 m 2·g ?1(550 nm 波长处)比较一致.
因此, 由Aethalometer 观测的黑碳浓度用8.28 m 2·g ?1的质量吸收比计算532 nm 的吸收系数具有一
定的依据, 但由于气溶胶的吸收性质本质上是由气溶胶的成分谱、粒子尺度谱以及气溶胶的亲水性等物理化学性质所决定, 不同时间不同季节不同地点的气溶胶的物理化学性质有不同. 短期的对比观测期间得到的黑碳质量吸收比系数8.28 m 2·g ?1应用到所有由黑碳浓度计算吸收系数的观测数据中, 误差是存在的.
使用单波长积分式浊度计可以直接观测散射系数, 实际上仪器并不真正满足积分限为0~π, 而是有一定的角度范围. 对美国TSI 厂家生产的积分式浊度仪, 该角度为7°<θ<170°; 澳大利亚ECOTECH 公司生产的M9003积分式浊度仪, 该角度为10°<θ<170°;
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美国OPTEC 公司生产的NGN-2型积分式浊度仪的测量角度范围为5°<θ < 175°. 对这种由于散射角积分角度不理想(截断)带来的误差就是浊度仪的截断误差. 理论分析表明, 对一般大气气溶胶, 积分式浊度计测量的散射系数误差不大于10%, 但对气溶胶主要为较粗粒子时(如沙尘天气), 该误差可能较大[29], 由于华南地区没有沙尘暴现象, 气溶胶粒子以细粒子为主, 因而未作订正.
通过上面的讨论, 使用黑碳仪与积分式浊度计观测吸收系数与散射系数, 除了对仪器进行必须的标定和校准外, 还需要进行必要的订正, 才可能获得合理的资料, 目前中国在大气成分站网和沙尘暴站网都安装了黑碳仪(Aethalometer)与积分式浊度计(Nephelometer), 这些宝贵资料可以参考上述的(2)式
和(4)式的思路进行相应的订正, 而沙尘天气时的散射系数测量误差需要专门讨论.
另外, 在观测中发现2005年10月12~14日的散射系数异常偏高, 而仪器参数检测都在正常范围, 经过反复检查, 发现浊度计反应釜内壁积尘, 导致散射系数测值偏高, 因而去除了这些数据, 并且形成制度定期清理浊度计反应釜内壁积尘.
3 气溶胶中的黑碳浓度和吸收特性
已获取黑碳仪自2004年1月1日以来的黑碳浓度和气溶胶吸收系数资料、浊度计自2004年2月8日以来的气溶胶散射系数资料(表1), 计算了相应的单次散射反照率因子. 对2004~2007年的观测资料的
初步分析表明黑碳浓度月均值在3.1~14.8 μg ·m ?3之间变化, 4年来黑碳浓度逐年下降; 每年年均值下降 1 μg ·m ?3左右, 旱季浓度较高, 多年平均为8.9 μg ·m ?3, 雨季比较低多年平均为8.0 μg ·m ?3; 月均值
极大值出现在2004年12月份, 月均值极小值出现在2007年7月份, 4年均值为8.4 μg ·m ?3. 与国内其他地
区相比[11,18], 雨季低于北京夏季的8.8 μg ·m ?3, 旱季低于北京冬季的11.4 μg ·m ?3, 但各月均高于临安1991年9~10月的2.3 μg ·m ?3.
计算的散射系数、吸收系数、单次散射反照率因子列于表2与图3, 我们看到散射系数在129~565 Mm ?1之间变化, 旱季均比雨季高; 吸收系数在32~139 Mm ?1之间变化, 旱季一般比雨季高, 有逐年
减小的趋势; 单次散射反照率因子在0.71~0.91之间变化, 旱季一般比雨季高, 2004~2007年的年均值分别为0.80, 0.82, 0.79, 0.84. 4年总平均是0.81.
与其他地区相比较, 结果下表 3. 看到在珠三角地区, 不同研究的结果单次散射反照率比较接近, 我们得到的0.81与Garland 等[30]得到的0.82非常接近, 与北京地区相比, 珠三角的单次散射反照率略高于毛节泰等[31]得到北京城区的0.79, 而低于Yan 等[32]得到远郊区的0.88, 与太湖及亚洲地区整层大气柱的单次散射反照率相比较, 明显偏低, 尤其是与海洋气溶胶相比. 城市群近地面的单次散射反照率与整层大气柱的明显不同, 这有两种可能, 由于地基采样观测得到的是干气溶胶的单次散射反照率, 与真实大气环境不同, 在真实大气中, 由于具散射能力的粒子
表1 广州番禺黑碳浓度(μg ·m ?3)的月平均值
年份 旱季(9~次年2月) 雨季(3~8月) 年平均 2004 11.85±1.69 9.95±1.63 10.9±1.87 2005 9.28±2.63 8.52±1.77 8.9±2.17 2006 7.23±1.57 8.1±2.02 7.67±1.78 2007 7.17±2.29 5.27±1.37 6.22±2.06
总平均
8.88±2.76 7.96±2.36 8.42±2.58
表2 珠三角散射系数(Mm ?1)、吸收系数(Mm ?1)和单次散射反照率
散射系数(525 nm) 吸收系数(532 nm) 单次散射反照率(525 nm)
雨季 旱季 年平均 雨季 旱季 年平均 雨季 旱季 年平均
2004 359±75 471±6 401±80 94±13 112±13 103±16 0.78±0.03 0.82±0.010.80±0.032005 339±110 462±77 401±11381±15 94±23 87±21 0.80±0.02 0.83±0.050.82±0.042006 296±114 330±57 313±92 81±16 76±11 79±14 0.77±0.05 0.81±0.020.79±0.042007 321±137 340±34 331±10051±11 69±19 60±18 0.85±0.03 0.83±0.040.84±0.04
平均 327±115 391±85 358±10777±21 88±24 82±23 0.80±0.05 0.82±0.030.81±0.04
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图3 珠江三角洲气溶胶辐射特性的逐月变化
(a) 黑碳浓度, (b) 单次散射反照率(525 nm), (c) 散射系数(525 nm), (d) 吸收系数(532 nm)
表3 不同地区单次散射反照率(SSA)的比较
地区 时间 λ/nm
SSA RH 粒子范围 备注 作者 珠三角腹地 2004-01~2007-12 532 0.81 <60% PM 10 地面 本研究
珠三角北缘 2006-07 532 0.82 <40% PM 10 地面 Garland 等[30]
北京城区 2003-06~2003-12 532 0.79 <60% TSP 地面 毛节泰等[31] 北京远郊区
2003-09~2005-01 525 0.88 <60% TSP 地面 Yan 等[32] 太湖 2005-09~2006-08 440 0.90 <78% Aerosol 整层大气 Xia 等[33] 香河
2004-09~2005-09 550 0.81~0.85 <42.5% TSP 整层大气 Li 等[34] Ace-Asia 2001-03~2001-05 550 0.92 <40% TSP 飞机观测 Anderson 等[35]Ace-Asia 2001-03~2001-05 550 0.97 <55% PM 10 海洋气溶胶 Quinn 等[36]
会不同程度的吸湿增长, 因而有一个含水气溶胶附加的散射贡献, 因而会比测值高; 另外由于遥感方法得到的是整层大气柱的单次散射反照率, 而气溶胶的垂直分布无论在尺度上还是在成分上都存在差异, 因而地面气溶胶的单次散射反照率与整层大气柱中气溶胶的单次散射反照率应该存在较大差异.
4 气溶胶黑碳浓度和吸收特性的日变化特征
将4年逐日资料进行平均, 得到了黑碳浓度、吸收系数、散射系数和单次散射反照率的平均日变化特征, 如图4所示, 它们都有显著的日变化特征. 在1
天中黑碳浓度有两个峰值, 清晨8时与傍晚19~20时各有一个峰值, 中午13~14时黑碳浓度最低, 清晨的高浓度和中午的低浓度与混合层的日变化特征密切相关, 而傍晚的高浓度可能与粒子排放有关[30]. 散射系数与吸收系数也有相似的日变化特征, 只是清晨的散射系数高值出现时间较吸收系数滞后1 h, 出现在9时, 而散射系数较吸收系数有更为显著的日变化; 与其相对应, 单次散射反照率的日变化是吸收系数日变化的镜像反映. 单次散射反照率的峰值出现在中午13~14时, 低值出现在19时与7时. 另外, 在日出时段(6~8时), 散射系数与吸收系数下降、而单次
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图4 珠江三角洲气溶胶辐射特性的日变化特征
(a) 黑碳浓度, (b) 单次散射反照率(525 nm), (c) 散射系数(525 nm), (d) 吸收系数(532 nm)
图5 广州番禺大气成分站3台黑碳仪同步观测结果
吴兑等: 珠江三角洲黑碳气溶胶及其辐射特性的观测研究
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散射反照率增加, 在10时达至极大后一直稳定持续到16时. 日变化特征与Garland 等[30]在珠三角北缘的日变化趋势相吻合, 而与Yan 等[32]在北京东北部远郊区得到的单峰型日变化趋势不同.
上述变化很大可能的原因是, 反映了边界层的日变化及其对测站气溶胶浓度的影响, 散射系数与吸收系数的日变化是由白天的对流混合造成的, 对流混合导致散射系数与吸收系数的稀释和减少. 日落后, 稳定夜间边界层的形成、结合颗粒物与气态污染物在夜晚的连续排放或区域输送, 使得散射系数与吸收系数和黑碳浓度增加[30]. 因此, 气溶胶辐射参数的日变化可能是由边界层的改变以及区域交通等
排放引起的. 下午散射系数的增加, 也可能与当地二次气溶胶的生成有关[30], 但是受资料所限, 尚不能得到二次气溶胶生成的数量及其重要性.
5 不同粒径气溶胶的吸收特性和黑碳浓度
我们在2005年12月至2006年1月在广州番禺大气成分站同时使用3台黑碳仪, 分别同步观测PM 10, PM 2.5, PM 1中的黑碳, 如图5, 6所示, 我们看到3种尺
度范围的黑碳浓度变化趋势非常一致, 在观测期间, PM 10, PM 2.5, PM 1中的黑碳平均浓度分别为9.98, 8.54, 6.25 μg ·m ?3, PM 2.5占到PM 10的大约90%; PM 1占到PM 2.5的大约68%; 黑碳气溶胶主要存在于细粒子中
.
图6 不同尺度气溶胶中黑碳的关系
(a) PM 2.5与PM 1; (b) PM 10与PM
2.5
图7 不同高度测站黑碳浓度对比观测
主站海拔141 m, 子站海拔13 m, 两站相距8 km
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6 不同高度黑碳气溶胶变化
将广州番禺大气成分站与番禺气象局在2006年中的观测结果绘于图7, 两站相距8 km, 我们看到, 两站黑碳浓度的变化趋势比较一致, 居于海拔141 m 山顶的大气成分站的黑碳浓度总是低于海拔13 m 的番禺气象局, 两站的年均值也相差近4 μg ·m ?3, 表明黑碳气溶胶在近地面浓度较高, 在高度较高的大气成分站浓度较低.
7 典型过程的气流输送分析
如图8所示, 选择了几个黑碳浓度维持在较高水平, 单次散射反照率偏低的典型过程, 使用美国国家海洋和大气局(NOAA) 等开发的HYSPLIT-4 模式分析了其气流的后向轨迹[37], 以位于珠江三角洲腹地的广州番禺(23°00.236′N, 113°21.292′E)为参考点, 选取150 m 高度层(测站传感器高度), 分别计算了后向轨迹, 以追踪抵达珠三角的气团过去24~72 h
所经过
图8 典型过程气流的后向轨迹
(a) 2004年1月3~6日; (b) 2005年3月15~18日; (c) 2007年12月15~18日; (d) 2007年12月18~21日. ★为终点, 位置为23.00°N, 113.40°E
吴兑等: 珠江三角洲黑碳气溶胶及其辐射特性的观测研究
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的路径, 我们看到珠三角明显受两股不同的气流影响, 黑碳浓度高值期主要受沿华南海岸线的偏东转偏南气流控制, 也有气流基本在珠三角区域内回旋的例子(图7(c)), 好转期则受偏北气流控制. 在垂直方向上, 黑碳浓度高值期粒子的轨迹线一直在300 m 以下, 说明影响测站的粒子长距离输送通道一直稳定在近地层. 当转为偏北气流控制时, 气流在垂直方向上来自较高层次(500 m 以上), 黑碳浓度明显下降单次散射反照率明显回升, 这表明, 珠三角地区黑碳高浓度过程大部分情况可能与来自珠三角周边香港、深圳、东莞等地的输送有关, 这为周边地区黑碳粒子向珠三角腹地的区域间输送的研究提供了重要信息.
8 小结
对广州番禺大气成分站2004~2007年黑碳仪观测的黑碳浓度与吸收系数, 浊度计观测的散射系数, 以及导出的单次散射反照率进行了分析讨论, 有如下主要结果:
(1) 使用黑碳仪观测黑碳浓度与吸收系数, 使用
积分式浊度计观测散射系数, 必须与国际公认的仪器进行对比观测, 对资料进行校准和订正, 才能得到质量保证的资料序列.
(2) 分析表明黑碳浓度月均值在 3.1~14.8 μg ·m ?3之间变化, 4年来黑碳浓度逐年下降; 每年年均
值下降 1 μg ·m ?3左右, 旱季浓度较高, 多年平均为8.9 μg ·m ?3, 雨季比较低多年平均为8.0 μg ·m ?3, 月
均值极大值出现在2004年12月份, 月均值极小值出现在2007年7月份, 黑碳浓度4年均值为8.4 μg ·m ?3.
(3) 计算的散射系数月均值在129~565 Mm ?1之
间变化; 吸收系数月均值在32~139 Mm ?1之间变化, 单次散射反照率因子月均值在0.71~0.91之间变化, 2004~2007年的年均值分别为0.80, 0.82, 0.79, 0.84.
(4) 气溶胶辐射参数的日变化可能是由边界层
的改变以及区域交通等排放引起的.
(5) 使用3台黑碳仪, 分别同步观测PM 10, PM 2.5, PM 1中的黑碳, 结果表明PM 2.5占到PM 10的大约90%; PM 1占到PM 2.5的大约68%; 黑碳气溶胶主要存在于细
粒子中.
(6) 将相距8 km 的广州番禺大气成分站(海拔141 m)与番禺气象局(海拔13 m)在一年中的观测结
果进行对比, 两站黑碳浓度的变化趋势比较一致, 居于山顶的大气成分站的黑碳浓度总是低于平原的番禺气象局, 两站的年均值也相差近4 μg ·m ?3, 表明黑碳气溶胶在近地面浓度较高, 山顶大气成分站的浓度较低.
(7) 珠三角地区高浓度黑碳与低单次散射反照
率过程可能与来自珠三角周边香港、深圳、东莞等地的输送有关.
致谢 感谢审稿专家提出的宝贵意见, 美国国家大气海洋局(NOAA)空气资源实验室(ARL)提供的后向轨迹
模型(https://www.doczj.com/doc/652763070.html,/ready.html)在本文中使用.
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中国科学D辑:地球科学 2009年 第39卷 第2期: 222~228 https://www.doczj.com/doc/652763070.html, https://www.doczj.com/doc/652763070.html, 222 《中国科学》杂志社SCIENCE IN CHINA PRESS 我国4个国家级本底站大气CO2浓度变化特征 刘立新, 周凌晞*, 张晓春, 温民, 张芳, 姚波, 方双喜 中国气象科学研究院, 中国气象局大气成分观测与服务中心, 中国气象局大气化学重点开放实验室, 北京 100081 * 联系人, E-mail: zhoulx@https://www.doczj.com/doc/652763070.html, 收稿日期: 2008-05-20; 2008-08-05 国家自然科学基金(批准号: 40775078)、国家重点基础研究计划(编号: 2006CB403701)、国际科技合作项目(编号: 2007DFA20650)、国家科技基础条件平台建设项目(编号: 2005DKA10602)和中国气象局气候变化专项(批准号: CCSF2007-1)资助 摘要CO2是影响全球温度的主要温室气体, 其浓度变化状况能反映出不同区域大气受自然和人为活动影响的程度. 以中国气象局青海瓦里关、北京上甸子、浙江临安和黑龙江龙凤山4个国家级大气本底站为研究基地, 每周一次进行Flask瓶采样/实验室非色散红外吸收法CO2浓度分析. 根据2006年9月~2007年8月期间观测资料, 并结合瓦里关长期在线观测数据处理经验, 对大气CO2采样分析数据本底浓度筛选方法进行了初步探讨, 并对我国4个典型区域大气CO2本底浓度特征进行了探索性分析, 可以为深入了解我国典型区域温室气体浓度现状奠定基础. 结果表明: 观测期间瓦里关、上甸子、临安和龙凤山站大气CO2浓度水平分别为383.5, 385.9, 387.8和384.3 ppm. 瓦里关站大气CO2浓度变化较为平稳; 而上甸子和临安两个区域本底站分别受到京津塘经济圈和长三角经济圈人类活动的显著影响, 浓度波动较大; 龙凤山站由于受到植被光合作用和人类活动的综合影响, 大气CO2浓度季节变化规律最为明显. 关键词 大气CO2 瓶采样 本底数据筛选浓度特征 区域差异 二氧化碳(CO2)是影响全球温度的主要温室气体之一, 随着全球工业化进程的不断加快, 人类活动造成的大气中温室气体浓度的升高给全球的气候、生态、经济等各方面带来显著影响, 受到世界各国政府、科学家和社会公众的普遍重视[1~3]. 美国Mauna Loa观测站自1957年开始对大气CO2浓度进行观测, 迄今为止近50 a的观测记录, 为大气CO2浓度持续增加提供了有力证据[4]. 此后, 主要发达国家凭借先进的技术设备和雄厚的经费投入, 在全球不同经纬度地区建立本底观测站并逐渐形成观测网, 如美国国家海洋与大气管理局地球系统研究实验室(NOAA/ESRL)、澳大利亚联邦科工组织海洋与大气研究中心(CSIRO/CMAR)、加拿大气象局(MSC)、日本国立环境研究所(NIES)等, 通过在不同地区开展在线观测或间歇式采样分析, 为系统研究大气温室气体浓度动态变化规律、源汇机制等做出了重要贡献[5~7]. 我国在温室气体本底观测方面的工作起步较晚, 20世纪80年代之后在青海瓦里关、浙江临安、黑龙江龙凤山、甘肃民勤、青海五道梁及北京城区等地陆续开展了短期的温室气体浓度观测, 为我国温室气体研究积累了宝贵经验[8~12]. 但基于当时科研条件的限制, 一些问题还有待进一步探讨, 例如, 国内早期大多用不锈钢瓶或复合膜气袋存贮样品, 容器内壁对气体的吸附、与气体间的碳交换或轻微漏气等给分析结果带来一些不确定性; 此外, 分析大气样品时采用的标气并不统一, 较难进行相互间的比较. 随着我国科研工作者的努力以及国际合作交流的加强, 以上问题正逐步得到解决. 中国气象局现有青海瓦里关全球大气本底站
山西省降水变化特征分析 发表时间：2019-04-23T10:39:45.550Z 来源：《科技研究》2019年1期作者：靳泽辉1 卫玮2 杨飞鸿1 [导读] 本文选用山西省38个台站1958~2013年逐月降水量资料，对山西省降水时空变化特征进行分析。靳泽辉1 卫玮2 杨飞鸿1 （1山西省五台山气象站山西太原 030000 2陕西省气象台陕西西安 710014）摘要：本文选用山西省38个台站1958~2013年逐月降水量资料，对山西省降水时空变化特征进行分析。结果表明：近56年山西省四季降水量和年降水量变化趋势一致，均呈现出逐年减少的趋势，气候倾向率却有很大的差异；山西主要有三个多雨区，分别位于晋东南太行山区和中条山区、吕梁山区、五台山区。阳城年平均降水量最大，大同年平均降水量最小，两地之间的降水量相差40%左右；春季降水分 布同年平均降水量类似，夏季降水量具有明显的经向分布，东西部降水量较大，中部降水量小，秋季平均降水量从北到南逐渐增加，季降水量从北到南逐渐增加，分布特征基本与春季降水量类似。 关键词：山西省；降水量；变化特征 1、研究资料和方法 本文主要选用山西省境内38个台站1958~2013年逐月降水量数据，选用线性倾向估计发，对山西近56年的降水变化特征进行分析，利用T检验对降水信度检验。季节划分主要采用常规划分标准：春季3~5月，夏季6~8月，秋季为9~11月，冬季为12到次年2月份。 2、山西省降水时间分布特征 2.1四季降水量变化 如图1所示为山西省1958~2013年春、夏、秋、冬四季逐年降水量变化趋势图，从图中可以看出： 1958~2013年山西省春季降水量在28.0~158.5mm之间，其中年最大降水量出现在1964年，最小降水量出现在1962年，最大降水量将近是最小降水量的5.7倍，说明山西省春季降水量年际变化波动幅度较大。近56年山西省春季降水量呈现出逐年减少的趋势，气候倾向率为-1.1mm/10a，但是并未通过0.05的显著性水平检验；结合多项式拟合结果，山西省春季降水量年代际变化呈现出波动见效的趋势，其中20世纪60年代降水量偏多，进入到70年代逐渐减少，80年代的降水量偏多，90年代偏少，在21世纪之前山西省春季降水量有明显的增加趋势，而从21世纪往后降水量则逐渐下降。 1958~2013年山西省夏季降水量在153.3~425.6mm之间，其中夏季降水量最多的年份为1964年，最少年份为1962年，夏季最大降水量将近是最小降水量的2.8倍，说明夏季降水量年际变化波动幅度较大。近56年山西省夏季降水量呈现出逐年下降的趋势，气候倾向率为-9.8mm/10a，通过了0.05的显著性水平检验；结合多项式拟合结果，在20世纪60年代山西省夏季降水量呈现出剧烈波动变化，从70年代往后一直到21世纪之前，夏季降水量呈现出平稳的下降趋势，而从21世纪往后则呈现出明显的增加趋势。 1958~2013年山西省秋季降水量在40.9~211.9mm之间，降水量变化波动较为剧烈。近56年山西省秋季降水量呈现出逐年下降的趋势，气候倾向率为-3.4mm/10a，未通过0.05的显著性检验；结合多项式拟合结果，在20世纪60年和21世纪初，山西省秋季的降水量波动变化较为剧烈，从20世纪70年代到90年代降水量则呈现出平稳的下降趋势。 1958~2013年山西省冬季降水量在1.1~28.3mm之间，其中冬季降水量最大值出现在1990年，最小值则出现在1999年，冬季最大降水量是最小降水量的24.7倍，波动变化十分剧烈。近56年山西省冬季降水量呈现出小幅度增加的趋势，气候倾向率为-0.092mm/10a，未通过0.05的显著性水平检验。结合多项式拟合检验结果，山西省冬季降水量具有明显的年代际变化特征，其中20世纪60年代冬季的降水量偏少，70-80年代降水量明显增加，90年代降水量减少，由此不难看出在21世纪之前，山西省冬季降水量总体呈现出偏多的趋势，而从21世纪往后冬季降水量则逐渐减少。 2.2年降水量变化 1958~2013年山西省年平均降水量在382.8~637.1mm之间（图2），其中降水量最多的年份出现在1958年，降水量最少的年份则出现在1986年，两者之间相差254.3mm。近56年山西省年平均降水量呈现出逐年减少的趋势，气候倾向率为-12.6mm/10a，通过了0.05的显著性水平检验。结合多项式拟合结果，20世纪60年代前后山西省降水量下降趋势较为明显，从70年代往后一直到90年代降水量则呈现出平缓的下降趋势，而进入到21世纪以来，山西省降水量呈现出逐年增加的趋势。 图1 山西省1958~2013年春、夏、秋、冬四季逐年降水量变化趋势图
摘要 近日，环保部公布了我国第一部综合性大气污染防治规划——《重点区域大气污染防治“十二五”规划》。事实上，随着大气污染给人民生活带来的不便增多，人们空前关注大气科学进展以及PM2.5治理的理论依据。本文将从三个方面对大气气溶胶的研究做出总结和分析：大气气溶胶的基本特征，大气气溶胶的气候效应，国内外相关的大气气溶胶研究计划。 关键词：大气气溶胶；气候效应；环境健康；研究综述 前言 气溶胶是指长时间悬浮在空气中能被观察或测量的液体或固体粒子，其实际直径一般为0.001～100μｍ，动力学直径为0.002～100μｍ，对人体、环境、气候等产生着重要的影响。 [4] 由于大气气溶胶在气候、环境等方面的重要作用，近年来越来越引起科学界的重视。 很多过程可以产生气溶胶，根据来源可分为自然气溶胶和人为气溶胶。自然源主要是海洋、土壤和生物圈以及火山等；人为源主要来自化石燃料的燃烧、工农业生产活动等。工业革命以来，人类活动不仅直接向大气排放大量粒子，更重要的是向大气排放大量的SO2和SO X，NO2和NO X在大气中通过非均相化学反应逐渐转化成硫酸盐和硝酸盐粒子，形成二次气溶胶。污染气体形成的大气气溶胶自工业革命以来有大幅度增加。来自自然源的气溶胶如沙尘，也由于人类活动利用土地变化而发生着改变。尽管气溶胶只是地球大气成分中含量很少的组分，但由于其在许多大气过程中的重要作用而日益受到重视。随着环境污染问题的发展，人们已认识到大气气溶胶自身的污染特性与其物理化学性质以及在大气中的非均相化学反应有着密切的关系。[5] 气溶胶还与其他环境问题如臭氧层的破坏、酸雨的形成、烟雾事件的发生等密切相关。此外，气溶胶对人体和其他生物的生理健康也有其特有的影响。[1] 由于气溶胶的气候效应问题，气溶胶再次成为国际学术界的研究热点之一，大气气溶胶是当今大气化学研究中前沿的领域。国际大气化学研究计划（IGAC）科学指导委员会于1994年将国际全球大气化学研究计划和国际气溶胶计划（ICAP）合并重组，大气气溶胶研究被列为3大研究方向之一。大气气溶胶的研究内容，发展到包括物理和化学的性状、来源和形成、时空分布、对气候变化和环境质量的影响以及对大气化学过程的影响等多方面、多层次的综合研究，也涉及到大气科学的各个领域，具有很强的综合性。
气溶胶的光学特性参数 （1）气溶胶光学厚度 气溶胶光学厚度,英文名称为AOD（Aerosol Optical Depth）或AOT（Aerosol Optical Thickness），表示的是单位截面的垂直气柱上的透过率，有时候又叫大气混浊度，它是一个无量纲的正值。数值范围在0-1之间，0代表完全不透明大气，1代表完全透明的大气，气溶胶光学厚度越大，大气透过率越低。值的大小主要由气溶胶质粒的数密度、尺度分布、气溶胶类型等物理、光学属性来决定。 气溶胶光学厚度的反演： 公式：L=L0+F*T*P/[1-S*P] L：传感器收到的辐射；L0：大气路径辐射；F：下行辐射 P：地表反射率；T：大气透过率；S：大气半球反射率 F*T*P/[1-S*P]：地表反射辐射 对于大气路径辐射项L0,它只是大气气溶胶光学厚度和几何参数的函数,假如地表反射辐射比较小或为零,就可以通过大气路径辐射项来反演获得气溶胶光学厚度,对于地表反射辐射（F*T*P/[1-S*P]）来说，仅是气溶胶光学厚度的函数,如果消去路径辐射信息,便可以通过它来反演气溶胶光学厚度。 （2）散射相函数 散射相函数反映的是电磁波入射能量经粒子散射后在方向上的分布，或者称相函数是粒子(散射体)将某个方向的入射波散射到其他方向的概率。定义相函数P(θ)为在θ角方向的散射辐射能量与各向同性散射时该方向的散射辐射能量之比。目前，常用的相函数有Mie散射相函数、HG相函数、双HG相函数和改进的HG*相函数等，这些函数各有优缺点。 Mie散射相函数： P Mie(θ)= [S1(θ)2 +S2(θ) 2]/ 2πα2 Qsca α=2πR/λ：球形气溶胶粒子的尺寸参数； S1(θ)、S2(θ)：散射振幅矩阵元； Qsca：气溶胶粒子的散射效率因子； S1(θ)、S2(θ)和Qsca可由Mie展开系数求解，Mie散射相函数适合于球形粒子求解。 （3）单次散射反照率 单次散射反照率（single scattering albedo,SSA），在随机介质中传播的光将会被介质中的粒子散射和吸收而衰减，我们称之为消光，其中因散射而导致入射光消光在总消光中所占的比例，可以用粒子的平均单次散射反照率来表示，其定义为： 0（x，m）= Cs（x，m）/C（x，m） C、Cs：粒子的消光截面和散射截面，消光截面是粒子或粒子群在电磁波传播路径上对电磁波衰减能力的度量； x=2πr/λ：为粒子的尺度因子，r、λ分别为粒子的半径和入射光的波长； m：复折射率，为复数m=n–ki，式中实数部分n为介质的折射率，虚数部分的k为介质的吸收系数； 如果用Ca表示粒子的吸收截面，则应满足C=Cs+Ca；如果粒子对入射光完全无吸收，即Ca=0，于是C=Cs，反照率为1，达到它的最大值。粒子有吸收时，反照率介于0到1之间。
冬季上海地区亚微米级城市气溶胶的吸湿性增长 摘要： 吸湿性增长因子和混合状态的信息对理解被严重污染的长三角地区的雾的形成机制具有重要的作用。在此研究了环境气溶胶的吸湿性增长。用HTDMA测量了复旦大学校园中粒径在30-250nm的干粒子的吸湿性增长因子，研究两种模式化的表面混合物。较少吸湿组在85%的相对湿度下的吸湿性增长因子为1.10。较少吸湿组的平均数部分在0.33-0.17范围内呈现多样化，随着干粒子的尺度的增长有轻微的减少。较多吸湿组的吸湿性增长因子显示出爱根核与积聚模态的粒子有显著的不同。爱根核为接近1.3，而积聚模态为1.4以上。在以硫酸铵盐为基础的模式中，较多吸湿组的吸湿体积增长分数在0.47-0.70这个范围内，而且爱根核和积聚模态的粒子的吸湿性增长分数的界限很清晰。以相对湿度测试为背景的吸湿性增长不仅显示出潮解相对湿度决定于粒子大小，同时也显示出硝酸盐粒子的增长最初是由硫酸盐的凝结提升的。结果也表明了大多数积聚模态的粒子在有雾的情况下都会潮解。 1前言： 近20年来，随着经济的快速增长和城市化进程的加快，中国超大城市的空气污染问题越来越受到关注。由化石燃料燃烧排放的一次污染物和由光化学氧化和多相反应而来的二次污染物对城市居民的环境和健康造成了极大地威胁。雾这种能见度小于十公里的现象是由于高浓度的微粒排放造成的。长江三角洲是中国四大雾区之一。作为长三角的经济中心，上海为国家GDP做出了4.6%的贡献。作为全国最大的超大城市，上海有1800万的常住居民和280万的流动人口（Geng等人，2008）。由当前研究为基础做出结论，上海雾天能见度的下降主要是由于PM2.5浓度升高造成的（Fu等人，2008）。 很多因素影响着大气能见度，比如化学组成、粒子大小的贡献、气溶胶的构成和气溶胶的混合状态。水相、海盐和矿物尘埃的参与促进了硝酸的吸湿反应。N2O5在对流层表面的水解（Dentener和Crutzen，1993；Mongili等人，2006），硫酸盐在有雾状态下的组成（Tursic等人，2004）。环境气溶胶的吸湿增长会改变粒子大小和光学特性（Gasso等人，2000；Kotchenruther等人，1999；Swietlicki等人，1999）。作为相对湿度RH的功能之一的光散射性质是衡量大气气溶胶直接影响气候的衡量参数之一,有些人已经试图将吸湿性增长因子包含到全球气候模型中去（Boucher 和
气溶胶光学特性的反演方法研究 韩 冰,高 飞,李铜基 (国家海洋技术中心,天津 300111) 摘 要:气溶胶是大气重要组成部分,其对地球的辐射收支平衡以及气候变化均有非常重要的贡献。文中根据非线性辐射传输理论,研究了从自动观测太阳光度计(CE318)多角度的天空扫描数据获取气溶胶粒子谱分布、散射相函数等光学特性的反演方法,并对2000年10月27日、30日南海试验的观测数据进行了分析,取得了较好效果。关键词:气溶胶;粒子谱分布;散射相函数;辐射传输 中图分类号:T P722.4 文献标识码:B 文章编号:1003-2029(2006)03-0055-06 1 引言 气溶胶的严格含意是指悬浮在气体中的固体和(或)液体微粒与气体载体共同组成的多相体系[1]。相应地,大气气溶胶是指大气与悬浮在其中的固体和液体微粒共同组成的多相体系。大气气溶胶粒子的直径多在10-3～102L m之间,包括可溶性的(如海盐粒子)和不可溶性的(如化石燃料的氧化物)粒子。依其形成机制则可分为自然因子与人为因子,前者主要是经由地表的自然风化过程和海洋表面的碎浪过程而进入大气,后者则是来自人类工业文明所产生微小污染物[2]。气溶胶对地球的辐射收支平衡继而气候变化均有非常重要的贡献,但是目前人们对气溶胶的了解非常欠缺。气溶胶的辐射贡献包括两部分:一是直接辐射贡献,即气溶胶对太阳辐射进行吸收、散射等引起的;二是通过改变云的微观物理特性而产生的间接影响。 首先,气溶胶对气候的影响方面,M cCo rm ick和L ud-wig认为[3],气溶胶会增加太阳辐射的反照率,进而导致地球的长期性冷却效果,而Char lso n和Pilat[4]也曾提出气溶胶对大气系统能量收支的影响,即气溶胶透过吸收、散射和放射过程直接影响地球能量的收支。其次,在卫星数据校正方面,气溶胶对卫星信号的贡献是很难准确估算的部分,因而通过研究气溶胶的光学特性必然会提高估算的准确性。 利用地面的光谱辐射计对大气进行观测,是目前广泛使用的研究大气特性的方法之一。其中自动太阳光度计是一种不受天气限制、自动跟踪并存储数据的辐射计,在世界范围内得到认可并大量使用,例如A ERO N ET气溶胶观测网[5]采用的就是这种仪器。CE318具有天空辐亮度扫描的 收稿日期:2006-01-20功能,利用其测量数据可反演气溶胶粒子谱分布、散射相函数等信息。本文以2000年10月27日、30日海南三亚的观测数据为例,利用CE318多角度的天空扫描数据,采用非线性数值方法对气溶胶光学特性反演方法进行了研究。 2 太阳光度计测量原理 CE318是法国CIM EL公司生产的一种自动跟踪扫描太阳辐射计,该仪器在可见近红外设有8个观测通道,它不仅能自动跟踪太阳作太阳直射辐射测量,而且可以进行太阳等高度角天空扫描、太阳主平面扫描和极化通道天空扫描。CE318能自动存储和传输测量数据,实现自动测量采集和远程数据传输。CE318天空扫描主要有两种模式:平维圈扫描和主平面扫描。平维圈扫描是指观测时保持仪器的天顶角与太阳天顶角相同,而仪器与太阳的相对方位角逐渐变化;主平面扫描是指观测时仪器与太阳之间的相对方位角不变,而仪器的天顶角变化[5]。 CI M EL318辐射计测量太阳直射辐射F和漫射辐射E: F=F0ex p(-m S)(1) E(H0,<)≡E(()=m XS P(()F$8+q(()(2)式中:F0是大气层外的辐射通量;S是总的大气光学厚度; m是大气光学质量;H0是太阳天顶角;<是观测的方位角;(是散射角;X是整个大气层内单次反照率;P(()是总的相函数(包括瑞利散射和气溶胶散射两部分);$8是观测辐射计的立体观测角;q(()表示多次散射的贡献[6]。 为了减少仪器带来的系统误差,我们将观测数据用太阳直射辐射进行标准化,即: E(()≡ m XS P(()F$8+q(() Fm$8 =XS P(()+r(()(3) 通过多角度的天空扫描,我们可以通过非线性数值方 第25卷 第3期2006年9月 海 洋 技 术 OCEAN T ECHNOLOGY Vol.25,No.3 Sept,2006
湖北谷城近49a降水变化特征分析 杨诗定 (谷城县气象局，谷城 441700) 摘要：利用谷城县1959～2007年降水观测资料，采用线性倾向估计、累积距平、移动平滑等方法对近49a 降水变化特征及变化趋势进行分析，得出近49a谷城年降水量呈缓慢增多趋势(4.3mm/10a)，且有23a、21a 的周期变化。夏季降水量增多明显(30.6mm/10a),秋季降水量却呈减少趋势(-21.8mm/10a)。年降水量的增长主要源于夏季降水增长的贡献。同时，年降水增多、雨日减少、暴雨日增多，表明谷城地区强降水的危害有增多的趋势。 关键词：谷城；气候变化；降水 引言 气候变化是国际社会关注的焦点，也是气象科学研究的热点问题。相对于全球性的持续变暖趋势，降水量变化特征有更大的不确定性和区域特征，因此研究不同区域降水量的变化特征是当前全球气候变化研究的重要内容之一。IPPC第三次评估报告指出20世纪半球亚热带陆地地区每10年减少约0.3%，而大部分中高纬地区降水量每10年增加0.5～1.0%[1]。很多学者对我国和湖北省降水变化特征进行了深入研究，取得大量研究成果。如王英等[2]基于1951～2002年中国约730个气象台站观测数据对我国降水近50年变化进行研究表明，全国平均年降水量从60年代到90年代呈明显下降趋势，但在90年代后期出现回升,其中夏季和冬季降水量已达到50年代和60年代的水平。陈隆勋和翟盘茂等[3-4]对近40～50年我国降水研究指出：全国平均年降水量呈减少趋势，但西部降水量增长趋势明显，其中以西北地区为最，而西南一些地区有减少趋势。郑祚芳等[5]对湖北省近50年气候变化的研究结论是,降水量的变化趋势差异明显,年降水量有弱的增多趋势。冯明[6]对全省72 个台站来的降水资料进行分析后发现, 全省降水差异较大, 分布不均, 1980 年以来东部地区降水偏多, 西部地区则相反。覃军王海军[7]对湖北省1961年以来降水变化趋势分析,指出年降水量有增加趋势，其分布格局是东增西减，南增北减。 谷城县位于湖北省西北部山区，1959～2007年年平均降水量932毫米，降水变化对当地经济社会和人们生活影响巨大，降水的不均匀性（干旱、暴雨）造成的损失巨大。因此对降水变化的研究，揭示其变化特征，对于服务当地经济社会发展，增强防灾减灾主动性具有重大意义。本文将对该地区49年来降水变化进行分析，揭示其基本气候特征和变化趋势。 1 资料及分析方法 1.1 资料 本文选取谷城站(站址未迁移过)1959～2007 年人工观测降水资料,按年（1～12月）、汛期（5～9月）、春季(3～5 月)、夏季(6～8 月)、秋季(9～11 月)、冬季(12～次年2 月)组成序列。 1.2 方法 1.21 气候倾向率 降水的气候率采用一次线性方程表示，即： R i=a0+bt i，i=1,2,…,n。（1）式中R i为降水量，t i为时间，b×10为气候倾向率，表示降水量每10年的趋势变化率。
第2章 气溶胶光学厚度反演的原理和方法 气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth ）简称AOD ，定义为介质的消光系数在垂直方向上的积分，描述的是气溶胶对光的消减作用[7]。它是气溶胶最重要的参数之一，表征大气浑浊程度的关键物理量，也是确定气溶胶气候效应的重要因素。。通常高的AOD 值预示着气溶胶纵向积累的增长，因此导致了大气能见度的降低。现阶段对于AOD 的监测主要有地基遥感和卫星遥感两种方法。其中地基遥感又有多种形式：多波段光度计遥感、全波段太阳直接辐射遥感、激光雷达遥感等。其中多波段光度计遥感是目前地基遥感研究中采用的最广泛的方法。美国NASA 和法国LOA-PHOTONS 联合建立的全球地基气溶胶遥感观测网AERONET 所使用的就是多波段太阳光度计（Sun/Sky Photomerers ），在全球共布设1217个站点长期观测全球气溶胶的光学特性，积累了大量的AOD 数据，并用作检测气溶胶光学厚度反演精度的标准。而近年来卫星遥感技术的快速发展，多种传感器被用来研究气溶胶特性，加上经济发展带来的大气污染问题使得利用卫星遥感资料反演AOD 成为热门课题。 2.1 气溶胶光学厚度反演的基本原理 大气光学厚度是指沿辐射传输路径单位截面上气体吸收和粒子散射产生的总消弱，是无纲量值。在可见光和近红外波段，它可以由下列公式计算得出： )()()()()()(a 21m λτ+λτ+λτ+λτ+λτ=λτμωω (2-1) 其中)(λτ表示大气总的光学厚度，)(m λτ表示整层大气的分子散射光学厚度，)(1λτω表示氧气的吸收光学厚度，)(2λτω表示臭氧的吸收光学厚度，)(λτμ表示 水汽的吸收光学厚度，)(a λτ表示气溶胶光学厚度[21; 22]。 卫星遥感反演大气气溶胶是利用卫星传感器探测到的大气顶部的反射率，也称为表观反射率，可以表示为[23]： F /L s s * μπ=ρ (2-2)
第11卷第1期2006年1月气候与环境研究Climatic and Enviro nmental Research Vol 111 No 11J an 12006 收稿日期 2004209201收到,2005203210收到修定稿 资助项目 北京市自然科学基金8042012作者简介 谢庄,女,1938年12月出生,学士学位,正研级高工,主要从事气候变化和短期气候预测研究。 E 2mail :xiezhuang108@1631com 北京城市热岛效应的昼夜变化特征分析 谢 庄 崔继良 陈大刚 胡保昆 北京市气象局,北京 100089 摘 要 利用最新获取的1998年3月～2001年12月北京地区自动站资料,对北京城市热岛效应进行了细致、完整的研究。选取城区的官园站和郊区密云站的气温差作为城市热岛效应强度指标。在验证了资料可靠性的基础上,研究了热岛强度昼夜变化的年、季、月及日变化特征,以及几种极端天气事件的逐时及平均热岛强度的变化,最后制作了连续3年的月平均逐时热岛强度变化的三维立体图。关键词 城市热岛效应 极端天气事件 昼夜变化 文章编号 100629585(2006)0120069207 中图分类号 X16 文献标识码 A The Annual ,Seasonal and Monthly Characteristics of Diurnal V ariation of U rban H eat Island Intensity in Beijing XIE Zhuang ,CU I Ji 2Liang ,C H EN Da 2Gang ,HU Bao 2Kun B ei j ing Meteorological B ureau ,B ei j ing 100089 Abstract At first the reliability of data coming f rom automatic meteorological observing station was verified.Then the annual ,seasonal and monthly characteristics of urban heat island intensity (U HI )were studied.The 32di 2mension diagram was made.Finally ,the hourly U HI of 4kinds of extreme weather events were also specially inves 2tigated. K ey w ords urban heat island effect ,extreme weather event ,diurnal variation 1 引言 人类活动影响着气候,尤其是由于工农业排放的二氧化碳、甲烷等温室气体,可能导致全球性气候增暖。另一些人类活动,如城市化则改变了局地气候。因此全球增暖和城市气候两者都已成为当今大气科学的热点课题。城市气候研究中, 城市热岛效应(简称U H I ,下同)是中心研究论题之一,它直接影响城市的建筑、交通、住房乃至人们的日常生活。U HI 是否也是全球增暖的重要因子?这是学术界一直关注和寻求解答的问题, 在5次IPCC (联合国政府间气候变化委员会)关 于气候变化的科学评估报告中对U HI 都有专门叙述。由于有着长记录的测站都在城市,因此人们怀疑全球增暖可能并非来自温室气体效应,而是来自U H I ,这就促使了对U H I 的研究。深入研究表明,因为U HI 局限在不大的局部地区,它对全球和半球的气温增加的贡献是十分有限的,估计在1900～1999期间对全球和半球陆地气温序列 的影响不超过0105℃[1] 。 20世纪90年代对全球增暖的研究,阐明了夜 间增温大,白天增温小,导致日较差减小的特征[2,3],即发现了最高最低气温的非对称变化的事
李明华，范绍佳 中山大学大气科学系（510275） Email:lmh20000@https://www.doczj.com/doc/652763070.html, 摘要：全球和区域气候变化是当今各国政府和科学界关注的重大问题。大气气溶胶作为影响气候变化的一个重要因子，引起了全球科学界的重视,是当今国际科学界的热门研究话题。本文总结了二十世纪九十年代以来我国科学家在大气气溶胶气候效应研究方面的一系列成果，讨论了未来研究的主要难题及研究方向。 关键词：中国；大气气溶胶；气候效应 1.引言 全球和区域气候变化是当前各国政府和科学界关注的重大问题。大气气溶胶作为影响气候变化的一个重要因子，引起了全球科学界的重视,是当今国际科学界的热门研究话题[1-4]。 大气气溶胶是指大气与悬浮在其中的固体和液体微粒共同组成的多相体系，习惯上用来指大气中悬浮的10-3～101μｍ固体和液体粒子。大气气溶胶对气候的影响主要通过两种方式：一种是大气气溶胶粒子通过吸收和散射太阳辐射改变地-气系统的能量收支，直接影响气候；另一种是大气气溶胶粒子作为云凝结核（CCN）改变云的光学特性、分布和生命期，间接影响气候。理论上,只要知道大气气溶胶浓度时空分布的信息及其物理、化学、光学特性、尺度分布和大气含量的准确信息,便可精确计算其直接辐射强迫的大小。而实际上所缺乏的也正是对这些量和其变化过程的详细了解。因此,对其直接辐射强迫的估计只能是基于现有实验结果和观测资料基础上的理论数值模拟。模式结果表明，目前对人为大气气溶胶（硫酸盐、硝酸盐、煤烟、矿尘和生物大气气溶胶等）全球年平均直接辐射强迫的估值大体介于-0.3～-1.0W/m2 之间，不确定性是估值的两倍。由于理论上对云的夹卷和混合过程，以及大气气溶胶-云-辐射-气候之间的微物理和化学反应过程了解还很不全面，准确地估计大气气溶胶间接辐射强迫的大小是相当困难的。全球年平均间接辐射强迫估值介于0～-1.5W/m2之间，不确定性更大，还没有一个合理的中间估值[5]。 大气气溶胶的气候效应比温室气体复杂得多，尽管大多数研究认为大气气溶胶对气候的影响与温室效应气体的影响是反向的，但二者不能简单抵消[6]。从二者寿命来看，对流层大气气溶胶的寿命只有几天到几周，它的辐射强迫作用集中在排放源附近，而且基本只影响北 - 1 -
气溶胶灭火系统的特点及应用 发布时间： 2007-8-3 浏览次数： 628 次 近年来，“气溶胶”灭火剂在国内被迅速推广，几乎所有的生产厂家都将之喻为“卤代烷”灭火剂的最佳替代物，并且在国家规范中要求使用清洁灭火剂的场所大力推崇。由于没有相关的国家规范，设计、安装一般都是依照厂标及地方标准进行。其适应场所及应用范围在国内一直都有较多争议，本文就此作一些讨论。 一、概述 60年代的前苏联曾使用烟雾型灭火剂扑救地下火灾。80年代末，俄罗斯、美国等开始大量研究此类灭火剂，并应用于一些无人机械舱等部位。90年代初，我国研制出了EBM气溶胶灭火剂，并在全国推广。由于第一代气溶胶产品在喷放时有高温和喷焰缺陷，导致了一些重大事故。经过改进后的新一代气溶胶产品，基本解决了以上缺陷，且工程造价低、安装简便，得以广泛应用。 二、系统组成 气溶胶灭火剂，是由氧化剂、还原剂及粘合物结合成的固体状态含能化学物质，属于烟火型灭火剂。气溶胶灭火系统由气溶胶灭火剂以及相应的贮存和启动装置组成，灭火剂在贮存装置内燃烧反应后直接喷放到防护区，属于无管网灭火系统。气溶胶胶粒具有高分散度、高浓度特点，大部分微粒直径小于1um，可较长时间悬浮在空气中，较易粘附在物体表面。其主要成份有金属盐类、金属氧化物以及水蒸汽、CO2、N2等，碱金属盐（钾盐等）和金属氧化物（K2O等）起主要灭火作用，灭火效率较高。 三、灭火机理 气溶胶的灭火机理主要是化学抑制，也有降温冷却的作用。 1、化学抑制 当燃料（烃类—RH）燃烧时，产生活性游离基H+、O--和OH-，并发生链式反应：
RH + O2 → H+ + 2O-- + R+（可燃物分解，吸热反应） O-- + H+ → OH- 2OH- → H2O + O--（放热反应） 最后一步为强烈的放热反应，放热量远大于第一步可燃物分解的吸热量，同时再次分解出游离O--，使得燃烧得以持续。 在高温燃烧区，气溶胶微粒分解出活性游离基K+，它迅速与H+和OH-发生以下反应： K+ + OH- → KOH KOH + H+ → K+ + H2O 密集的气溶胶微粒提供了较大的表面反应区域，K+不断再生，夺走燃烧链所需的载体OH-和H+，燃烧无法延续。因此，气溶胶的灭火机理是以中断燃烧链为主，与卤代烷的灭火机理基本相同。卤代烷高温下分解出的Br-与上面的K+扮演同样的角色，以1301为例： CF3Br → CF3 + Br-（高温下分解） Br- + RH → R+ + HBr HBr + OH- → H2O + Br- Br-不断再生，迅速夺走燃烧链载体OH-和H+，使得燃烧迅速终止。 2、吸热降温 气溶胶的吸热降温作用也不可忽视，以KHCO3为例： 2KHCO3 → K2CO3+CO2+H2O（吸热分解反应） K2CO3（固相）→ K2CO3（液相）→ K2CO3（气相）（吸热相反应）卤代烷的灭火机理中也有冷却作用，它主要源于灭火剂由液相转化为气相时的物理吸热反应和高温分解反应。 四、灭火效能 全淹没的气溶胶灭火系统可以有效地扑灭A、B类火灾和E类电气火灾，对烃类（RH）物质的灭火效果尤其明显，如石油、柴油、天燃气和木材等。以100M3
无锡气温变化特征分析
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无锡市气温变化特征和城市化的影响分析 摘要利用无锡市1959-2003年的逐日平均气温和逐日最高、最低气温资料，采用线性拟合和谐波分析等方法分析了无锡气温和气温变化的基本特征。针对气温异常的冬季和夏季，给出了典型距平场。经过分析认为，形势场异常在一定程度上决定了气温演变。在分析气温变化原因时，着重比较了城市化和观测环境恶化对气温的影响。 关键词无锡市气温变化城市化影响 中图分类号P423.3+4 文献标识码 A 引言 IPCC2001完成出版的第三次评估报告中指出，根据地面气象仪器观测结果，1860年以来，全球平均温度升高了0.6±0.2 ℃，这种变暖是由自然的气候波动和人类活动共同引起的。我国增暖趋势与全球增暖大体一致[1-4]，但是具有明显的季节变化特征和不同的地域特征[5-6]。1 有不少文献研究了江苏冬夏气温特征。文献[7-8]经EOF分析发现,江苏省11个地级市的冬夏气温距平场第一主分量的方差贡献达91%和95%，说明江苏省冬夏气温异常有相当的同步性，但还不是完全一致。文献[9]分析了南京地区50 a冬夏的气温特征，指出南京盛夏高温减少，冷冬几率降低。这些文献对于了解江苏气温变化特征具有重要意义。但是，他们仅仅讨论了冬夏的演变情况，
对于气温年内的连续变化特别是春秋季节的变化没有分析。而且对于苏南地区的气温特征也没有专门研究。苏南地处南京和上海之间，经济发达。作为长三角地区的重要组成部分，苏南经济区的区域性气候特征值得关注。无锡市地处江苏南部的苏锡常经济区中部，北临长江下游，南靠太湖，无锡市的气温变化特征在一定程度上可以代表苏南区域特征。 IPCC2001的第三次评估报告中还指出，最近50 a的气候变化，很可能主要是人类活动造成的。有些文章[11-13]对我国城市化对气温的影响作了分析，赵宗慈[11]指出大城市增暖明显；冬季增暖，而夏季变冷。任福民[5]等指出，最低气温上升明显，特别是冬季的最低气温上升幅度最大。本文分析了无锡市气温增暖的特点，讨论了城市化和环境恶化对气温的影响。 1 资料和方法 本文使用的资料为1959-2003年无锡市及其所辖的江阴市和宜兴市共三个站逐日平均气温、日极端最高气温、日极端最低气温。500 hPa高度场为NCEP/NCAR提供的全球再分析2.5??2.5?逐月平均格点值，时间长度为1959－2003。 本文所谓的“平均”，是指将每个时间段（例如年）的逐日值（例如最高温度）累加后除以该时段的总天数得到的值。使用谐波分析检查无锡气温在整个时段上的主要周期。 2 气温的时间序列及变化特点 2.1 方差 为了了解年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温对于气候状况的
气溶胶的影响 气候： 气溶胶粒子能够从两方面影响天气和气候。一方面可以将太阳光反射到太空中，从而冷却大气，并会使大气的能见度变坏；另一方面却能通过微粒散射，漫射和吸收一部分太阳辐射，减少地面长波辐射的外逸，使大气升温。 气候变化受到气候系统内部可变化性和外部因子（包括自然因素和人类活动）的共同影响，气溶胶的福幅射强迫效应是其中重要的外部银子之一，但目前对气溶胶气候效应的科学理解水平还相当低。最近Menon等利用美国GISS气候数值模式得到的模拟结果表明黑炭气溶胶吸收短波辐射，从而产生大气异常加热的直接影响，这种加热引起东亚中部大气的上升运动和南北两侧弃团的下沉，造成了我国东部地区夏季降水“南多北少”的变化趋势。Xu的工作却指出我国夏季“南涝北旱”的原因是工业排放的硫酸盐气溶胶显著减少了太阳辐射，陆地气温降低，使海陆温差减小，夏季风偏弱，进而造成我国夏季雨带位置偏南，气溶胶的气候效应仍是一个存在较大争议的额科学问题。 东亚是全球硫化物排放较多的地区之一，今年来伴随着经济的高速增长有更多的含硫气体排入大气中，大量生成的硫酸盐气溶胶除了使环境恶化外，还可能对该区域气候造成一定影响，Li等认为中国四川盆地近40年来气温的变冷趋势可能与这一地区硫酸盐气溶胶含量的增加有关。Qian等利用一个简单的硫酸盐气溶胶辐射模式与区域气候模式（RegCM）耦合，模拟了东亚区域硫酸盐气溶胶的辐射强迫气候效应，发现硫酸盐气溶胶的直接，间接，辐射强迫对屈原气候都有影响，其中间接辐射强迫的作用较大。……中国东南部气溶胶增加将导致日照时数减少和日照强度降低，进而使夏季这一地区的最高气温降低。上述研究表明，城市工业发展使大量的工业废气排放至城市大气中，不仅严重地污染了大气环境，而且使空气浑浊度增大，特别是大气中的气溶胶大量增加，其直接和间接的辐射强迫将使得城市太阳辐射强度减弱，进而可能对区域气候产生影响。 导致全球变冷的主要因子使大气气溶胶。除黑炭气溶胶可产生0.1W/m2的辐射强迫外，绝大部分气溶胶粒子（包括硫酸盐，硝酸盐一级矿物沙尘等）总的直接辐射强迫和间接辐射强迫（仅包括云反照率效应，见下）分别为-0.5W/m2和-0.7W/m2,二者总计达到-1.2W/m2,已经接 近工业革命以来大气主要温室气体二氧化碳所产生的1.66W/m2气候变化辐射强迫。 研究造成工业革命以来气候变化的驱动力（辐射强迫）以及预测未来的气候变化时，不但要考虑大气温室气体的变化，还要考虑其他强迫银因子特别是大气气溶胶的变化。由于大气气溶胶可以散射和吸收太阳短波辐射以及地球长波辐射，影响地气系统的辐射平衡（直接效应）；与此同时，他们还可以作为凝结核影响云的辐射特性以及作为反应表面影响大量化学反应的速度（间接效应）；因此，大气气溶胶大气辐射和气候变化的研究中占有重要地位。 气溶胶粒子的辐射强迫机制主要有直接辐射强迫和间接效应，间接效应分为第一类间接效应（云反照率效应，或Twomey效应），第二类间接效应（云生命期效应），还包括冰核化效应，热力学效应及半直接效应。大气气溶胶通过上述直接，半直接与间接效应，影响地气系统的辐射收支并仅为影响地球气候外，气溶胶粒子的存在还将引起大气加热率和冷却率的变化，直接影响大气动力过程。沙尘的大气气溶胶还可能携带营养盐，当其沉降到海洋时会影响海洋初级生产力，影响辐射活性气体（例如CO2、CH4和DMS等）的海气交换通量，并进而影响全球碳循环，最终造成对地球气候系统的冲击。这些影响均可以归类于大气气溶胶的“间接气候效应”，他们可能是非常重要的，有关研究刚刚开始不久，难以给出任何定量描述。使情景变得更加复杂的还有，大气气溶胶不但可以吸收和散射太阳辐射，而且也可以吸收和散射红外热辐射；而这两种效应所产生的辐射强迫以及对气候的影响是完全不同的。总之，大
气溶胶灭火系统的特点及应用 摘要：本文简介了气溶胶灭火系统的组成、灭火机理和灭火效能，结合工程实例，讨论了气溶胶灭火剂的适应场所和范围，提出了气溶胶应用的发展方向。 关键词：气溶胶灭火机理应用 近年来，“气溶胶”灭火剂在国内被迅速推广，几乎所有的生产厂家都将之喻为“卤代烷”灭火剂的最佳替代物，并且在国家规范中要求使用清洁灭火剂的场所大力推崇。由于没有相关的国家规范，设计、安装一般都是依照厂标及地方标准进行。其适应场所及应用范围在国内一直都有较多争议，本文就此作一些讨论。 一、概述 60年代的前苏联曾使用烟雾型灭火剂扑救地下火灾。80年代末，俄罗斯、美国等开始大量研究此类灭火剂，并应用于一些无人机械舱等部位。90年代初，我国研制出了EBM气溶胶灭火剂，并在全国推广。由于第一代气溶胶产品在喷放时有高温和喷焰缺陷，导致了一些重大事故。经过改进后的新一代气溶胶产品，基本解决了以上缺陷，且工程造价低、安装简便，得以广泛应用。 二、系统组成 气溶胶灭火剂，是由氧化剂、还原剂及粘合物结合成的固体状态含能化学物质，属于烟火型灭火剂。气溶胶灭火系统由气溶胶灭火剂以及相应的贮存和启动装置组成，灭火剂在贮存装置内燃烧反应后直接喷
放到防护区，属于无管网灭火系统。气溶胶胶粒具有高分散度、高浓度特点，大部分微粒直径小于1um，可较长时间悬浮在空气中，较易粘附在物体表面。其主要成份有金属盐类、金属氧化物以及水蒸汽、CO2、N2等，碱金属盐（钾盐等）和金属氧化物（K2O等）起主要灭火作用，灭火效率较高。 三、灭火机理 气溶胶的灭火机理主要是化学抑制，也有降温冷却的作用。 1、化学抑制 当燃料（烃类—RH）燃烧时，产生活性游离基H+、O--和OH-，并发生链式反应： RH+O2→H++2O--+R+（可燃物分解，吸热反应） O--+H+→OH- 2OH-→H2O+O--（放热反应） 最后一步为强烈的放热反应，放热量远大于第一步可燃物分解的吸热量，同时再次分解出游离O--，使得燃烧得以持续。 在高温燃烧区，气溶胶微粒分解出活性游离基K+，它迅速与H+和OH-发生以下反应： K++OH-→KOH KOH+H+→K++H2O 密集的气溶胶微粒提供了较大的表面反应区域，K+不断再生，夺走燃烧链所需的载体OH-和H+，燃烧无法延续。因此，气溶胶的灭火机理