城市大氣氣溶膠污染過程的微脈沖激光雷達觀測研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟的快速增長,人類生產(chǎn)活動引起的灰霾氣溶膠污染日益突顯,加上受春季沙塵氣溶膠輸送的影響,全國各大城市面臨的大氣環(huán)境問題不斷加劇。通過微脈沖激光雷達(Micro Pulse Lidar,MPL)遙感探測可以反演得到大氣氣溶膠的垂直分布特征和演變規(guī)律,為污染過程中氣溶膠的光學(xué)特性研究和城市大氣污染控制提供參考。
　　本文首先對MPL反演數(shù)據(jù)進行了對比分析,驗證了其探測數(shù)據(jù)的有效性,并統(tǒng)計了2012-2013年的北京市氣溶膠污

2、染背景情況。在此基礎(chǔ)上,對城市典型大氣氣溶膠污染過程中邊界層高度和氣溶膠光學(xué)特性參數(shù)的時空分布等進行了反演研究,結(jié)合同步氣象觀測資料和顆粒物實測等數(shù)據(jù),綜合分析了城市大氣氣溶膠污染過程的生消演變及成因,并討論了與區(qū)域性輸送的關(guān)系。得出以下結(jié)論:
　　(1)MPL在分析城市大氣結(jié)構(gòu)分布和氣溶膠光學(xué)特性中的應(yīng)用是可行的。對大氣邊界層的結(jié)構(gòu)變化能夠做出準(zhǔn)確快速的反映,與激光云高儀反演的大氣邊界層高度在清潔天氣下具有顯著線性相關(guān)關(guān)系(R=

3、0.95),污染天氣下相關(guān)系數(shù)偏小(R=0.58);對消光層出現(xiàn)位置和消光粒子性質(zhì)的判定中與微波輻射計觀測分析結(jié)果一致;氣溶膠層內(nèi)330m高度處的消光系數(shù)同地面實測ρ(PM2.5)和地面消光系數(shù)均具有較好的冪相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)分別為0.77和0.75。
　　(2)統(tǒng)計分析了2012年12月~2013年11月的北京市氣溶膠污染背景情況。研究期間發(fā)生2次強沙塵過程,共計8h;灰霾時共計3851h,發(fā)生頻率為46.0％;各季節(jié)干霾時發(fā)生頻

4、率高于濕霾;秋、冬兩季中、重度霾發(fā)生頻繁;濕霾對能見度下降的貢獻多于干霾;空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)在3級以上的污染天氣出現(xiàn)頻率為55.0%,主要集中在冬、秋兩季;首要污染物以細顆粒物為主;能見度低值與高AQI值相吻合,與氣溶膠污染天氣相對應(yīng)。
　　(3)沙塵氣溶膠污染過程的MPL探測表明,沙塵初期受低邊界層影響沙塵層浮于上空,沙塵發(fā)生時近地面退偏振比增大至0.4,沙塵厚度為3km,消光系數(shù)較沙塵前的灰霾過程降低到0.8km-1,氣溶

5、膠光學(xué)厚度(AOD,532nm)在0.4左右,大氣邊界層抬升至904m以上;HYSPLIT后向軌跡表明,此次沙塵過程為外蒙沙塵輸送和本地大風(fēng)引起的揚塵共同作用所致。
　　(4)連續(xù)強霾氣溶膠污染的 MPL探測表明,大氣邊界層在91%的時段低于500m,平均僅為293m;近地面垂向各高度的消光系數(shù)持續(xù)>1.5km-1,氣溶膠退偏振比表明大氣垂直強消光為氣溶膠顆粒物和大氣水分共同作用導(dǎo)致;AOD在83.6%的時段超過1,且受相對濕度影