天津城区春季大气气溶胶消光特性研究_姚青

天津大气气溶胶化学组分的粒径分布和垂直分布姚青;孙玫玲;张长春;穆怀斌【期刊名称】《气象科技》【年(卷),期】2008(36)6【摘要】2006年8月在天津气象铁塔的10、120、220 m 3个不同高度.利用Andersen分级采样器同步进行大气气溶胶采样,样品用离子色谱和电感耦合等离子体质谱仪进行分析.结果表明,K元素主要集中在细粒子,Mg、Ca、Al、Fe元素主要集中在粗粒子,Na元素则具有双峰结构;总离子浓度随着高度的升高有增加的趋势,SO42-、N3-、NH4+、Ca2+是最主要的水溶性尤机离子;二次源是水溶性离子重要的贡献源.NO3-、SO42-、NH4+随着高度升高,浓度有向小粒径集中的趋势;各层气溶胶阴阳离子平衡值小于1,表明气溶胶偏碱性,与天津地处北方,土壤偏碱性,且非采暖期地面扬尘是主要的气溶胶来源有关;各层NO3-/SO42-平均值为0.48,表明非采暖期固定排放源(燃煤)仍然是天津大气细粒子中水溶性离子的主要来源.【总页数】5页(P692-696)【作者】姚青;孙玫玲;张长春;穆怀斌【作者单位】天津市气象科学研究所,天津,300074;天津市气象科学研究所,天津,300074;天津市气象科学研究所,天津,300074;天津市气象科学研究所,天津,300074【正文语种】中文【中图分类】P4【相关文献】1.南京北郊霾天气溶胶化学组分粒径分布特征 [J], 张程;于兴娜;安俊琳;李岩;赵睿东;赵博;肖伟生2.长三角沙尘中气溶胶粒径分布及化学组分特征 [J], 沈利娟;施双双;郭振东;王红磊;刘安康3.北京大气气溶胶中水溶性离子的粒径分布和垂直分布 [J], 徐宏辉;王跃思;温天雪;何新星4.北京市大气气溶胶中金属元素的粒径分布和垂直分布 [J], 徐宏辉;王跃思;温天雪;何新星5.基于化学组分参数化的大气气溶胶吸湿性特征 [J], 沈子宣;徐敏;胡波;王跃思;邹嘉南因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

天津2009年3月气溶胶化学组成及其消光特性研究姚青;韩素芹;毕晓辉【期刊名称】《中国环境科学》【年(卷),期】2012(032)002【摘要】2009年3月,采集天津城区PM10和PM2.5样品,分析其中的水溶性无机离子、有机碳(OC)和元素碳(EC),并估算其二次有机碳(SOC)浓度及消光系数.结果表明,天津城区PM10和PM2.5污染严重,水溶性无机离子和含碳物质在PM10中的比例为24.8％和10.0％,在PM2.5中的比例为26.6％和13.9％;SO42-、NO3和Ca2+是主要的无机离子,霾日天气有利于SO2和NO2向硫酸盐和硝酸盐的二次转化；通过OC/EC最小比值法估算SOC的浓度,表明SOC与OC的比值分别为38％(PM10)和24％(PM2.5),霾日天气有利于SOC生成；二次离子(SO42-,NO3和NH4+)、粗粒子、OC和EC是大气消光的主要贡献者,其消光贡献比例分别为33.1％,22.6％,22.0％和15.6％采用化学组分和相对湿度可以较好的拟合大气消光系数及大气能见度.【总页数】7页(P214-220)【作者】姚青;韩素芹;毕晓辉【作者单位】天津市气象科学研究所,天津300061;天津市气象科学研究所,天津300061;南开大学环境科学与工程学院,国家环境保护城市空气颗粒物污染防治重点实验室,天津300071【正文语种】中文【中图分类】X513【相关文献】1.基于灰关联分析的天津市气溶胶消光特征研究 [J], 董海燕;陈魁;蔡斌彬;白志鹏;古金霞2.天津城区春季大气气溶胶消光特性研究 [J], 姚青;韩素芹;蔡子颖;张敏3.广州中心城区冬季大气气溶胶消光特性观测研究 [J], 刘文彬;邝俊侠;刘叶新;裴成磊;梁永健;张金谱4.沈阳地区大气气溶胶消光特性的观测研究 [J], 刘宁微;马雁军;杨素英;王扬锋5.成都夏季气溶胶消光特性研究 [J], 巫俊威;罗磊;杨东;徐栋夫因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

大气中气溶胶的光学性质研究气溶胶是大气中的微小颗粒物质，由于其对太阳辐射和地球辐射的散射和吸收作用，对大气光学性质、气候变化以及空气质量等方面有着重要的影响。

因此，对大气中气溶胶的光学性质进行研究具有重要的科学和应用价值。

1. 引言气溶胶是指悬浮在大气中的小颗粒，其来源包括自然和人为排放的物质，如尘土、化学物质和污染物。

气溶胶在太阳光照射下，会导致散射和吸收作用，进而影响大气能量的收支平衡。

2. 气溶胶的光学性质气溶胶的光学性质主要包括散射、吸光和透过率等方面。

散射是气溶胶对光线方向偏离原来传播方向的现象，分为弹性散射和非弹性散射。

弹性散射是指光的能量和频率在散射过程中不发生改变；非弹性散射是指光的能量和频率在散射过程中发生改变，如拉曼散射。

吸光是指气溶胶对特定波长的光吸收而使其能量减弱。

透过率则是指光线穿过气溶胶后的相对强度。

3. 气溶胶光学性质的测量和观测为了研究气溶胶的光学性质，开展了多种测量和观测技术。

常用的包括激光雷达、太阳光度计、气溶胶成分分析仪等。

激光雷达可以通过测量散射和吸收来研究气溶胶的浓度和大小分布；太阳光度计则可以通过测量太阳光的散射和吸收来研究气溶胶的光学性质；气溶胶成分分析仪可以精确地测量气溶胶的组成。

4. 气溶胶光学性质与环境与气候变化的关系气溶胶的光学性质直接影响到大气的辐射传输和能量平衡，进而对气候变化产生重要影响。

散射作用会导致大气的反射率增加，使得地球表面的辐射减少，从而导致地球温度下降。

吸光作用则会增加大气的吸收率，导致温度升高。

此外，气溶胶还会通过改变云的性质和影响降水的形成等方式对气候变化产生间接影响。

5. 气溶胶光学性质与空气质量的关系气溶胶的光学性质与空气质量也存在密切联系。

大气中的颗粒物浓度高、组成复杂时，会导致光学性质的变化，进而影响大气的辐射传输，降低能见度和空气质量。

因此，通过研究气溶胶的光学性质，可以评估和监测空气质量状况，为环境管理和治理提供科学依据。

天津初夏大气气溶胶粒度谱分布特征张金娜;董海燕;白志鹏;张裕芬;解以扬【期刊名称】《城市环境与城市生态》【年(卷),期】2007(020)005【摘要】2005年5月17日-5月24日在天津市大气边界层梯度观测站对大气中气溶胶粒子的数浓度进行了观测,换算出粒子表面积浓度和体积浓度,分析了各自在不同粒径段的分布特征,结果表明:天津初夏气溶胶数浓度谱属于双峰型,主峰中心位于0.3 μm左右,粒径在0.25～0.6 μm之间的粒子占总数的98.5%,积聚模态在分配水平上占绝对优势;表面积浓度谱呈现我国城市3峰特征,体积浓度谱在0.30～0.35 μm粒径段出现一个明显的峰.并且根据气溶胶粒径分布的数浓度谱的特征在3个区间分别采用Junge谱、Deirmendjian谱的模式来拟合出天津初夏大气气溶胶粒子粒度谱分布函数表达式.【总页数】5页(P1-5)【作者】张金娜;董海燕;白志鹏;张裕芬;解以扬【作者单位】南开大学环境科学与工程学院,天津,300071;国家环境保护城市空气颗粒物污染防治重点实验室,天津,300071;城市及区域大气环境研究联合实验室,天津,300071;南开大学环境科学与工程学院,天津,300071;国家环境保护城市空气颗粒物污染防治重点实验室,天津,300071;城市及区域大气环境研究联合实验室,天津,300071;南开大学环境科学与工程学院,天津,300071;国家环境保护城市空气颗粒物污染防治重点实验室,天津,300071;城市及区域大气环境研究联合实验室,天津,300071;南开大学环境科学与工程学院,天津,300071;国家环境保护城市空气颗粒物污染防治重点实验室,天津,300071;城市及区域大气环境研究联合实验室,天津,300071;城市及区域大气环境研究联合实验室,天津,300071;天津市气象科学研究所,天津,300074【正文语种】中文【中图分类】X513【相关文献】1.天津冬季相对湿度对气溶胶浓度谱分布和大气能见度的影响 [J], 姚青;蔡子颖;韩素芹;刘爱霞;刘敬乐2.北京上甸子典型天气个例的大气气溶胶数谱分布特征 [J], 沈小静;孙俊英;张养梅;张璐;周怀刚;周礼岩;董璠3.厦门岛南部沿岸大气气溶胶成分谱分布特征 [J], 颜金培;陈立奇;林奇;张远辉;李忠4.厦门岛南部沿岸大气气溶胶成分谱分布特征 [J], 颜金培;陈立奇;林奇;张远辉;李忠;5.银川市初夏气溶胶粒子谱分布特征 [J], 桑建人;杨有林因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

大气环境中气溶胶的光学特性与气候效应气溶胶是大气环境中常见的悬浮颗粒物质，由固体或液体微小颗粒组成。

气溶胶对大气中的光线传播和反射起着重要作用，影响大气能量收支和气候变化。

本文将探讨气溶胶的光学特性以及其对气候的影响。

一、气溶胶的光学特性气溶胶与光的相互作用主要包括散射和吸收。

散射是指光线遇到气溶胶颗粒后改变方向的过程，分为弹性散射和非弹性散射。

弹性散射是光线与气溶胶颗粒碰撞后改变路径，但其能量不发生变化；非弹性散射是指光线与气溶胶颗粒碰撞后能量发生转移。

吸收则是指气溶胶吸收光线的能力。

气溶胶的光学特性与其化学成分、形状和尺寸密切相关。

不同化学成分的气溶胶对不同波长的光线有不同的散射和吸收效应。

例如，硫酸盐和硝酸盐是常见的二次气溶胶，它们对短波长光线有较强的散射作用，而有机碳和黑碳等主要由燃烧过程中排放的气溶胶对长波长光线具有较强的吸收作用。

二、气溶胶的气候效应气溶胶对气候的效应主要包括直接效应和间接效应。

直接效应是指气溶胶对光线的散射和吸收作用直接影响着地球的能量收支。

散射作用使得部分太阳辐射被散射至太空中，从而减少了地面的入射辐射量，导致地球表面的冷却。

吸收作用则会使得大气层中的能量增加，从而引起大气层的加热。

气溶胶的间接效应则是由于气溶胶改变了云的性质和属性，进而影响云的辐射特性。

云是气候系统中重要的能量收支调节者之一，气溶胶的存在会改变云滴的形成和云的持续时间、云滴的大小和数量，进而影响云的反照率和辐射特性。

例如，大量的气溶胶可以作为云凝结核，促进云滴的形成，增加云的反照率，导致更多的太阳辐射被反射回太空，从而产生冷却效应。

不同类型的气溶胶对气候的影响程度存在差异。

例如，硫酸盐气溶胶对气候的冷却效应较为显著，而有机碳等气溶胶则具有较强的加热效应。

此外，气溶胶的空间分布和浓度也会对其气候效应产生影响。

在大气中，气溶胶的形成和消失过程较为复杂，受到气象条件、排放源以及大气化学反应等多种因素的影响。

天津地区霾天气特征研究蔡子颖;姚青;韩素芹;邱晓滨;张敏;吴彬贵;王雪莲【摘要】基于2014～2017年天津地区PM2.5质量浓度,能见度和相对湿度监测数据开展霾天气特征研究.结果表明:天津中度以上霾过程分为五类:高压后部型,北部弱高压型,低压槽型,均压场型和锋前低压型.在现行标准下,中度霾一般对应重度污染天气,重度霾对应重度到严重污染天气;五级重度污染天气一般有中-重度霾发生,六级严重污染天气有重度霾天气发生.2013年“大气污染防治行动计划”开展以后,天津PM2.5质量浓度和霾日均显著减少,2017年相比2013年霾日减少了55％,中度及其以上霾日由2013年的41d下降到2017年的20d,下降幅度超过50％.基于实况监测的PM2 5质量浓度,能见度和相对湿度,可以较好的构建区域能见度计算方程.统计数据显示,其估算的能见度和实况值相关系数为0.94,相对误差为18.6％,非霾日辨识准确率为85％,霾日辨识准确率为95.6％,轻微霾辨识准确率为83％,轻度霾辨识准确率为78％,中度霾辨识准确率为93％,重度及以上霾辨识准确率为94％,对于判断霾等级,有较强的适用性.将该方程与空气质量模式结合开展霾等级预报,2015～2017年24h预报产品检验显示:能见度预报值与实况值相关系数为0.75,预报均值13.9kmn,实况均值14.1kmn,相对误差为29.6％,FAC2(预报值在实况值两倍范围内百分比)为98.1％,霾日预报准确率81.4％,霾日漏报率18.6％,霾日空报率20.6％,如果容错1级,轻微霾日预报准确率为96％,轻度霾日预报准确率为85％,中度及以上霾日预报准确率为69％,可有效支撑天津霾等级预报的开展.【期刊名称】《中国环境科学》【年(卷),期】2019(039)001【总页数】11页(P50-60)【关键词】霾等级预报;重污染天气;天津【作者】蔡子颖;姚青;韩素芹;邱晓滨;张敏;吴彬贵;王雪莲【作者单位】天津市环境气象中心,天津300074;中国气象局大气化学重点开放实验室,北京100081;天津市气象科学研究所,天津300074;天津市环境气象中心,天津300074;天津市气象科学研究所,天津300074;天津市气象科学研究所,天津300074;天津市气象科学研究所,天津300074;天津市环境气象中心,天津300074;天津市气象科学研究所,天津300074;天津市气象科学研究所,天津300074【正文语种】中文【中图分类】X131.1近年伴随人民日益增长的美好生活需要,霾受政府重视和公众关注,成为研究的热点问题.21世纪初吴兑[1]基于珠江三角洲开展霾与雾区别和灰霾天气预警的讨论,并研究珠三角洲大气灰霾导致能见度下降问题 [2],陈欢欢[3]和吴蒙[4]延续吴兑工作,认为广东省典型灰霾过程分布在每年的10月~次年4月,造成灰霾的天气形势主要是高压变性出海.在长江三角洲地区霾的影响明显,其垂直结构[5-6],光学特性[7],机理[8]被细致的研究.京津冀地区是我国霾最高发的地区,受地形影响[9],导致山前暖区空气流动性较小形成气流停滞区,污染物和水汽容易聚集从而有利于霾形成.综合近年研究,霾天气发生,排放是内因[10],气象是外因[11].静稳天气[12]、小风速[13]、高相对湿度[14]、大气层结稳定[15]、混合层厚度低[16-18]和弱气压场[19]都是霾天气发生的重要气象诱因.能见度的高低是霾天气判断的重要标识,影响能见度的天气现象有雾、霾、沙尘和降水等,雾天气能见度的大小与雾滴液态含水量和雾滴尺度密切相关 [20];霾天气能见度与气溶胶和相对湿度密切相关[21-22],其贡献达到大气消光的85%以上[23-24];降水天气出现低能见度,主要来自雨滴的消光作用[25].在霾判断时,需要扣除雾、沙尘和降水等视程障碍天气的影响 [26].关于霾天气的预报,一般可以分为天气学方法 [27],统计学方法[28]和数值预报[29-31]方法.随着近年数值模式和高性能计算机技术的不断发展,越来越多的数值模式被用于霾和能见度预报.基于数值模式开展霾天气和能见度预报,需要解决大气消光系数计算的问题,常见的方法可以分为3类,一类是基于质量浓度或者体积浓度观测数据,构建区域统计方程和数值模式相互衔接计算大气消光系数[32-34],其优势是方程构建相对简单,且往往能取得不错的效果,缺点是需要长序列观测数据建立方程,方程构建区域特征明显,移植其它地区需要重建方程,物理意义略差;二是基于化学组分计算大气消光系数,典型的如IMPROVE方程[35-37],其优点是物理意义明确性强,且对大气消光的成因可以有效分解,缺点是成分数据采样分析成本高,空气质量模型化学组分模拟相比质量浓度模拟偏差大;三是基于MIE散射和粒径谱的消光系数计算[38-39],其优点是物理意义明确,且无需观测数据新建方程;缺点是模式粒径谱与实况存在偏差,导致大气消光系数计算存在误差.相比传统天气业务.环境气象业务发展滞后.中国气象局《应对气候变化保障生态文明建设规划》明确要求,各省气象局应提高大气污染防治气象保障服务水平,到2020年建立集约化,0~10d无缝隙的环境气象预报业务,重污染天气和霾预警时效提前至48h,霾、空气质量24h时效预报TS评分达到0.35和0.55,发布72h效逐3h霾预报产品及霾、能见度预报格点化产品.为有效支撑天津地区霾等级预报开展,本文在收集2014~2017年天津地区PM2.5质量浓度、能见度和相对湿度监测数据的基础上,从监测数据出发,分析现行标准下天津霾天气与重污染天气(以AQI为标准)的区别和联系,以及两者的时空演变规律特征.结合天气学分析,构建天津中度及以上霾天气概念模型.在此背景下研究天津PM2.5质量浓度、能见度和相对湿度三者的相互关系.构建能见度计算方程并与天津气象部门空气质量数值模式相互衔接,试验性提供霾等级预报客观支撑产品,并基于2015~2017产品对方法进行检验,最终以期提升天津气象部门霾天气能见度和霾等级预报能力,服务天津生态文明建设.本文研究气象数据来自天津市13个区级气象站;空气质量数据来自生态环境保护部门和气象部门监测,其中2014年1月1日~2017年12月31日为天津市生态环境监测中心发布的逐小时PM2.5质量浓度监测数据,监测站点27个,监测方法为震荡天平法,增加挥发有机物补偿测量;2009年1月1日~2013年12月31日为中国气象局天津大气边界层观测站(北纬39°06¢,东经117°10¢,海拔高度2.2m,台站编号:54517)逐小时监测数据,监测方法为震荡天平法,两者数据通过2014~2016年3a同步观测(图1),进行归一化修正.本文使用数据经过严格控制比对.WRF/chem模式[40-42]是NCAR(national center for atmospheric research)和NOAA(national oceanic and atmospheric administration )联合一些大学和研发机构开发的中尺度在线大气化学模式,模式考虑大气污染的化学过程,平流输送,湍流扩散,干湿沉降过程,在全球空气质量预报和模拟中有广泛的运用.本文采用WRF/ chem3.8.1版本,气相化学过程采用CBMZ机制,气溶胶过程采用MOSAIC 模型,主要物理过程设置如下:积云对流方案采用Grell-3D,微物理过程采用WSM5,长波辐射方案和短波辐射方案均采用RRTMG,边界层方案使用YSU方案,模式水平分辨率15km,水平网格121×121,中心经纬度为39N°,117E°,垂直方向分为41层.模式的人为排放源清单使用清华大学MEIC (Multi-resolution Emission Inventory for China)2012,分辨率0.25°×0.25°,在天津地区使用27个空气质量监测站实况数据和相关排放源统计信息进行时空的细化,气象初始场和背景场均使用NECP的FNL全球1°×1°数据,模拟时间为2015年1月1日~2017年12月31日,模拟采用24h滚动计算,每24h重新使用一次FNL气象初始场,而污染初始场则为上一次的模拟值.2010年气象行业标准《霾的观测和预报等级》 [43]首次引入了大气成分指标作为霾等级的判识标准,认为当能见度低于10km,相对湿度低于80%时是霾,相对湿度为80%~95%时PM2.5质量浓度大于75μg/m3为霾.且依据能见度(V)对霾等级进行划分:轻微霾(5km£V<10km),轻度霾(3km£V<5km),中度霾(2km£V<3km),重度霾(V<2km).2013年中国气象局在充分考虑能见度、相对湿度和PM2.5质量浓度的基础上制定霾预警(暂行)标准,明确霾等级划分方法(表1),并以此为依托发布霾预警. 依据重污染天气应急预案定义,重污染天气为空气质量指数(AQI)级别达到五级(重度污染)及以上污染程度的天气.2013~2017年监测数据显示,天津地区AQI大于200的重污染天气共计169d,其中首要污染物为PM2.5的163d,为PM10的6d(5d受到显著的沙尘天气影响),未出现O3和其它污染物为首要污染物的重污染天气,即在天津地区重污染天气一般为PM2.5为首要污染物的五级及以上重污染天气,即PM2.5质量浓度大于150mg/m3.综上所述,基于现行业务规范和天津大气环境现状,天津霾等级的判断依赖于能见度、相对湿度和PM2.5质量浓度.重污染天气的判断主要为PM2.5质量浓度,当PM2.5质量浓度大于150mg/m3即认为出现重污染天气.研究显示,在非雾天气,大气能见度的下降主要为细颗粒物的吸收和散射,其中PM2.5在其中发挥最为主要的作用,在湿度不变的情况,PM2.5质量浓度与能见度基本呈现幂指数关系[33],确定一个地区PM2.5体积浓度(如果体积谱确定,体积浓度和质量浓度可进行换算)和相对湿度,可以计算出该区域的大气消光系数和能见度.所以确定一个区域PM2.5质量浓度和相对湿度,可对霾的等级进行粗略辨识.基于上述讨论,依托2014~ 2017年天津地区实测的资料,分析天津霾天气和重污染天气的区别和联系.由表2~3统计显示,基于上述标准判断,天津地区轻度霾天气,一般对应轻度-中度污染,其平均能见度4.15km,PM2.5质量浓度112mg/m3;中度霾天气平均能见度3.40km,PM2.5质量浓度177mg/m3,90%为重度污染天气,10%为中度污染天气;重度及以上霾天气,一般对应重度到严重污染天气,其概率为重污染天气51%,严重污染天气49%.当空气质量为优,能见度均在10km以上,没有霾天气发生;空气质量为良,有11%的天气能见度介于5~10km,出现轻微霾天气;当空气质量为轻度污染,有35%天气由于相对湿度较低,气溶胶消光能力弱,能见度在10km以上,65%天气出现轻微到轻度霾天气;当空气质量达到中度污染等级,平均能见度降至6.42km,90%的情况有霾发生,其中轻度霾占26%,有7%的天气由于相对湿度较高,气溶胶吸湿增长明显,能见度低于3km,出现中度霾天气;当空气质量达到重度污染水平,66%的天气将出现中度霾,20%的天气将出现重度霾,但也有部分天气,由于相对湿度非常低(空气干燥),能见度大于5km,甚至大于10km,这样的天气给公众的感官较好,但大气中高负载的气溶胶对人体也将产生严重伤害,其占比为13%.当空气质量达到严重污染程度,平均能见度将降至1.50km,在所有研究样本中仅有1d,能见度在5km以上,大部分个例能见度介于1~2km之间,一般对应重度霾天气.综合而言:天津地区霾天气和重污染天气虽然定义不同,霾天气侧重于能见度和PM2.5质量浓度的综合判断,重污染天气主要依赖于PM2.5质量浓度判断,但由于霾天气能见度的高低主要为细颗粒物的散射和吸收作用决定,所以霾等级与空气质量等级存在较为固定的关系.一般而言,中度霾对应重度污染天气(90%),重度霾对应重度到严重污染天气(95%);反之,五级重度污染天气一般有中-重度霾发生(87%),六级严重污染天气有重度霾发生(95%).重污染天气(包含五级、六级)88%有中度-重度霾发生,仅有12%由于大气过于干燥,能见度大于5km.统计2014~2017年天津地区霾天气和重污染天气特征.图2a显示由于气象条件以及采暖季和非采暖季排放源差异,PM2.5质量浓度呈现单峰结构,每年12月~次年1月为峰值,5月~9月为谷值.对应PM2.5质量浓度单峰结构,重污染天气也呈现单峰结构,每年10月~次年3月多有重污染天气发生,出现概率15.5%,其余时间重污染天气发生概率0.7%.霾天气与重污染天气略有区别,天津能见度峰值出现在5~6月,7月雨季开始,相对湿度明显增加,虽然PM2.5质量浓度较低,但能见度小于10km天数明显增加,霾出现概率34%,一般以轻微霾为主,未出现中度及以上霾天气.对应PM2.5质量浓度分布,10月~次年3月,也是霾高发季节,霾发生概率41%,尤其中度及以上霾,96%发生在每年10月~次年3月(图2b).综合而言,天津地区霾天气全年均有发生,但中度及以上霾呈现明显的季节差异,96%发生在每年10月~次年3月,与重污染天气月季分布规律基本一致.年际变化分析,天津地区PM2.5质量浓度2009~ 2012年呈现平稳变化,维持在86mg/m3左右,受极端不利气象条件影响,2013年PM2.5质量浓度跃迁至96mg/m3,《大气污染防治行动计划》颁布以后PM2.5质量浓度呈现逐年下降的趋势(图2c),相比峰值浓度,2017年PM2.5质量浓度下降了35.4%,相比2009~ 2012年的稳定浓度,PM2.5质量浓度下降28%.随着大气中PM2.5质量浓度的减少,霾日呈现显著下降趋势,2017年相比2013年霾日下降了55%,中度及其以上霾日由2013年的41d下降到2017年的20d,下降幅度超过50%,重污染天气与中度及以上霾日变化趋势一致,在2009~2013年保持45~50d范围变化,经过5a的治理,2017年仅为23d,重污染日显著减少(图2d).基于小时数据分析霾时和重污染时日变化.天津地区PM2.5质量浓度呈现单峰型分布(图2e),每日15h~17h为谷值,8h~10h为峰值,傍晚18h虽然PM2.5质量浓度有所增加,但晚高峰并不明显,18h~22h有持续增加,然后保持平稳,直到早晨再次出现峰值.能见度日变化规律与PM2.5质量浓度相反,但波动幅度明显更大,其差异主要因为能见度受相对湿度日变化影响.下半夜到清晨太阳升起前相对湿度出现每日高值,此时能见度也为全天最低,日出后虽然PM2.5质量浓度有小幅增加,但伴随气温的增加,导致湿度降低,能见度呈现增加趋势.基于上述规律,天津地区霾最易发生在下半夜到上午,峰值出现在6h~9h,有接近50%的概率出现霾,且出现中度及以上霾概率达到13%(图2f),午后由于大气垂直扩散条件改善以及相对湿度下降,霾发生概率大幅度减小,其发生概率约在25%~30%.以小时计算,2017年天津地区霾约为2164h,其中中度及以上霾发生590h,相比2014年分别减少1944h和657h,但霾时仍占所有时间的25%,霾天气依旧是影响天津人民群众生活的重要问题.与霾天气对应的是重污染天气,重污染天气日变化分布相对平缓,9h~11h发生的概率略高,为11.6%,每日20h~次日12h发生概率为10%~11%,午后受垂直扩散条件改善影响,在8%~10%之间.对比霾日间变化,重污染受日间变化影响更小,持续性更强. 2014~2017年发生中度及以上霾为111d,重污染天气为118d,重合天数为104d.出现中度及以上霾天气,未出现重污染天气7d(出现中度污染).地面以高压后(东风增湿)或者锋前低压(弱北风降温增湿)为主,平均相对湿度为82%,由于相对湿度较高,虽然未出现重度污染,但能见度较低(平均2.5km),达到中度霾等级;出现重污染天气,未出现中度霾天气为14d,其中850hPa呈现偏西或者西北气流为10d,平均相对湿度为50%,低相对湿度导致能见度保持在5~10km,且其中50%的过程地面已经转为偏西或者西北风,西北风、西风使得天津地区相对湿度快速下降,但北部、西北部输送的污染物仍然使得天津有较高的细颗粒物质量浓度,空气质量改善时间明显滞后于能见度改善时间.500hPa环流分析,当高空环流为平直西风气流、弱西北气流和槽前西南气流时易于霾天气发生.具体而言,当高空环流为平直西风气流时,西风带无明显波动,无明显天气系统影响华北地区,气压场较弱,易于霾天气出现,占所有过程的34%;当高空处于弱西北气流控制时,华北地区受脊前或者槽后弱西北气流影响,地面以高压后、弱高压为主,也有部分前倾槽,地面位于低压后部或者锋前低压区,易于霾天气出现,占所有过程34%;当高空为槽前西南气流时,华北地区位于高空槽前,地面多为锋前低压区或均压场控制,辐合风场有利于污染物的累积,占所有过程32%.850hPa流场分析,西南气流是霾天气最重要的影响气流,占61%.当850hPa为西南气流时,西南气流将携带河北中南部的污染物输送到天津,且如果华北地区受明显的暖舌控制,暖舌的影响利于逆温形成,或者西南气流会带来暖平流,暖平流利于逆温形成,引起污染物累积.除西南气流以外,850hPa呈现偏西气流占13.5%,其多对应地形槽或者华北小低压天气,南北向太行山与西风下沉,易形成辐合低压污染.850hPa呈西北流占23%,地面多对应锋前低压区,虽然已经转为偏北风影响,但风场较弱,北部输送和锋面逆温导致霾天气加剧.比较特殊的是前倾槽过程,高空850hPa为西北气流,呈现下沉趋势,地面仍然位于低压槽前,呈现上升气流,下沉气流抑制污染物的垂直扩散,而地面弱上升,意味着仍处于低压辐合区,水平和垂直扩散条件的双重不利,导致污染过程加剧.结合500hPa环流分析和850hPa流场分析,基于地面天气形势,可将天津中度及以上霾天气划分为5种类型.分别为均压场型、弱高压型、锋前低压型、高压后型和低压槽型.高压类型2类,分别为高压后和弱高压,其中高压后部型是华北地区较为常见的一种污染天气形势(占比27%),由于河北中南部相比京津冀中北部大气污染物排放量和气象条件均有利污染物积累,当高压后-低压前地面形势出现时,天津地区一般为暖平流控制,易于逆温出现,西南输送和本地垂直扩散条件不利,双重叠加有利于霾天气发生.弱高压(占比9.9%),主要为北部弱高压型,海平面气压场呈现北高南低格局,前期污染积累以及冷空气的强度对于弱高压型污染是否出现中度及以上霾天气至关重要.当前期冷空气较弱时,对区域性污染清除不彻底,冷空气减弱后,易于大气污染回流或者上游输送滞留,导致霾天气出现,此类天气需要注意弱高压天气下沉气流对大气污染物垂直扩散的影响.低压类型有3类,占比最多的为锋前低压(占比28.8%),该天气一般为污染过程的最后阶段,也是污染过程峰值阶段,未来有冷锋过境,目前处于低压系统或弱气压场内.在此阶段大气污染受前期积累和上游输送的共同的影响,呈现较高的峰值浓度.其次为均压场(占比22%),弱风场是此类污染天气的最大特征,当湿度较高时,此类天气也易出现雾霾交替产生的现象.低压槽也是华北地区典型的低压污染类型(占比11.7%),其属于辐合风场污染类型.由于我国处于西风带,太行山又呈现南北向,气流过山后,气柱伸长,空气发生辐合,气旋性涡度增加,下沉气流绝热增温,在对流层低层产生暖温度脊,使低层减压,在华北平原形成低槽(华北地形槽).该地形槽常为地面气压场的暖性低槽,有时在地形槽内出现地形低压,强度弱、不发展.受其影响在华北平原常有低压区辐合区的存在,当低压辐合区闭合时,我们称为华北小低压,当低压辐合区不闭合时,称为地形槽.地形槽与低压系统相互融合,使得华北平原地区风场辐射,污染滞留,有利于霾天气的出现.根据上述分析,构建天津地区霾天气概念模型,I为高压后型;II为北部弱高压型;III低压槽型;IV均压场型;V锋前低压型.具体如下(图3):大气低能见度的形成原因复杂,且存在明显的地域性和季节性,其对应的天气现象有雾、霾、沙尘和降水等.霾天气能见度与气溶胶、相对湿度密切相关,其贡献达到大气消光的85%以上,气溶胶质量浓度、粒径谱分布、化学组分、吸湿特性和黑碳及其混合状态等性质均对其产生影响,在PM2.5中硫酸盐、硝酸盐和含碳气溶胶是引起能加度降低的主要成分.如果固定相对湿度,清晰显示PM2.5质量浓度与能见度呈现幂指数关系(表4),参考马楠等[33]和蔡子颖等[32]在天津武清和城区的工作,基于2014~ 2016年PM2.5质量、相对湿度和能见度建立拟合式,共计25828h,以2017年数据作为检验.拟合式1,其中σ为大气消光系数,可通过3912/σ计算大气能见度(最高为30km,超过30km取30km),a值为7.63,b值为0.9,c值为0.479,相比使用2012年城区观测拟合的数据,本研究拟合数据采用天津全市样本,且2014年后环保部门使用RP1405F测量PM2.5质量,相比原有的气象部门RP1400,其挥发性有机物的补偿使得监测PM2.5质量浓度略高于以前观测.基于此a、b和c略有调整(原拟合式[21]中a为6.72,b为0.89,c为0.838).基于2017年全年样本进行检验,模拟能见度和实况能见度相关系数0.94(图4),相对误差18.6%,比使用原有公式模拟2017年能见度略有改进(相关系数0.93,相对误差22%).在不考虑PM2.5质量和相对湿度预报误差的情况下,使用式1计算霾等级(2014~2017年),霾日辨识准确率为85%,霾日辨识准确为95.6%,样本500d;轻微霾辨识准确率为83%,样本338;轻度霾辨识准确率为78%,样本55d;中度霾辨识准确率93%,样本72d;重度及以上霾辨识准确率为94%,样本34d.假定误差一个等级辨识记为正确,则各等级平均辨识准确率为99.5%.由此表明该式对霾等级辨识具有较高的准确性.同时也说明在确定PM2.5质量浓度和相对湿度的基础上,依据式(1)计算能见度日值虽然有接近20%的误差,但对于判断霾等级,有较强的适用性.尤其在中度及以上霾天气,其等级辨识准确率可达到93%以上.s=a´PM2.5b(1-RH)-c´RH (1)2.4节从理论确定了使用式(1)可较好的进行霾天气数值预报.基于WRF/chem.模型构建霾天气数值模式,收集2015~2017年的24h预报产品进行检验.从统计数据反映,基于式(1)和WRF/chem.模型可以较好的开展天津霾天气的能见度模拟和预报,其能见度预报值与实况值相关系数0.75,预报均值13.9km,实况均值14.1km,相对误差29.6%,FAC2(预报值在实况值两倍范围内百分比)为98.1%.预报值与实况出现误差最主要的影响因素为PM2.5质量浓度预报和实况的偏差,2015~2017年PM2.5质量浓度预报值与实况值相关系数0.73,预报均值68μg/m3,实况均值69μg/m3,相对误差33.5%,FAC2值为86%,相对湿度相比PM2.5质量浓度预报,无论相对误差,还是相关系数均表现的更为优异,其预报值与实况值相关系数为0.89,预报均值为53,实况均值为57,相对误差为12.7%,FAC2值为98.1%.基于上述方法,开展霾天气预报和模拟,霾日预报准确率为81.4%,霾日漏报率为18.6%,霾日空报率20.6%,可有效支撑霾预报的开展.对于精细化的霾等级预报开展,表5显示大部分情况下霾等级预报的准确率在50%以上,如果容错1级,轻微霾日预报准确率为96%,轻度霾日预报准确率为85%,中度及以上霾日预报准确率为69%,相比基于PM2.5的空气质量等级预报,其等级预报准确率35%,容错1级等级预报准确率86%,基于式1和数值模式的天津霾等级预报准确率与基于数值模式的空气质量预报准确率大体相当,后期需要通过改进数值模式PM2.5质量浓度预报能力,提升天津。

中国地区气溶胶光学特性研究的开题报告一、研究背景气溶胶是指空气中悬浮颗粒物质，其大小从几纳米到几十微米不等。

气溶胶的存在影响着大气的质量、气候和人类健康。

在中国，气溶胶污染问题日益严重。

据统计，中国城市PM2.5浓度超过了全球平均水平的5倍，是世界上空气污染最严重的国家之一。

目前，研究气溶胶的光学特性是非常重要的。

光学特性是指气溶胶对光的传播和散射的参数，包括光的吸收、散射和透过率等。

通过研究气溶胶的光学特性，可以更好地了解气溶胶的来源、化学组成以及对环境的影响。

二、研究目的本研究旨在通过对中国地区气溶胶的光学特性进行分析和研究，探究气溶胶的来源、组成和空气污染的程度；同时，还将研究气溶胶在大气中的输运和沉积过程，以及气溶胶与大气环境及气候变化的关系。

通过这些研究，为中国气溶胶污染治理及环保工作提供科学依据和技术支撑。

三、研究内容和方法1. 气溶胶样品收集和分析：采用高分辨率气溶胶收集器收集不同地区的气溶胶样品，并对样品进行物理化学分析，包括化学成分分析、粒径分布测定等。

2. 气溶胶光学特性测定：通过激光散射光谱仪、吸收光谱仪等设备，测定气溶胶的吸收、散射和透过率等指标。

3. 数据处理：采用SPSS软件对收集到的数据进行统计分析，并通过数据可视化的方式呈现结果。

四、预期研究成果1. 对中国不同地区的气溶胶光学特性进行了研究，揭示了气溶胶来源、成分和污染程度。

2. 通过对气溶胶光学特性和物理化学特性的研究，可为气溶胶治理和环保工作提供科学依据和技术支撑。

3. 研究成果将发表在学术期刊上，并可为相关领域的研究人员和政府部门提供参考。

大气气溶胶对激光的衰减特性研究大气气溶胶对激光的衰减特性研究摘要：本文通过实验研究了大气气溶胶对激光衰减的特性，分析了气溶胶颗粒浓度、粒径和光学性质对激光的衰减效果的影响。

研究结果表明，大气气溶胶对激光的衰减效果受气溶胶颗粒的浓度和粒径影响显著，同时光学性质也对衰减过程起到重要作用。

1. 引言激光在大气中的传输过程中，受到大气气溶胶的干扰引起的衰减是不可忽视的。

例如，激光雷达、大气污染监测、激光通信等应用领域都需要对气溶胶对激光的衰减特性进行深入研究。

因此，本研究旨在通过实验研究了解大气气溶胶对激光的衰减特性，为相关应用提供参考。

2. 实验方法本实验使用了一台激光器和一个大气模拟装置。

在大气模拟装置中，通过控制气溶胶颗粒的浓度和粒径分布来模拟实际大气中的气溶胶环境。

实验过程中，通过对激光经过大气模拟装置前后的衰减比进行测量，分析大气气溶胶对激光的衰减特性。

3. 实验结果与分析3.1 气溶胶颗粒的浓度对激光衰减的影响实验中，我们控制了气溶胶颗粒的浓度分别为10、20、30和40个/cm³。

结果显示，随着气溶胶颗粒浓度的增加，激光衰减的比例也逐渐增加。

当浓度为40个/cm³时，激光衰减比达到最大值，并且呈现非线性增加的趋势。

这说明气溶胶颗粒的浓度是影响激光衰减的重要因素之一。

3.2 气溶胶颗粒的粒径对激光衰减的影响实验中，我们分别使用了不同粒径的气溶胶颗粒，分别为0.1、0.5、1和2μm。

结果显示，随着气溶胶颗粒粒径的增加，激光衰减的比例也逐渐增加。

特别是在大于1μm的粒径范围内，激光衰减的比例急剧增加。

这表明气溶胶颗粒的粒径对激光衰减有明显的影响。

3.3 气溶胶颗粒的光学性质对激光衰减的影响实验中，我们使用了具有不同光学性质的气溶胶颗粒，包括吸附和散射特性。

结果显示，吸附性气溶胶颗粒对激光的衰减比例较小，而散射性气溶胶颗粒对激光衰减的影响较大。

这说明气溶胶颗粒的光学性质是影响激光衰减的另一个重要因素。