气溶胶消光作用造成的辐射削减:基于2022年6月河南地区的观测分析

气溶胶粒子的消光作用会对紫外辐射造成削减并影响大气光化学反应进程,其消光性质主要受气溶胶粒径分布、浓度、混合状态以及化学组分等因素的影响,但目前气溶胶消光作用对紫外辐射影响程度的研究尤其是基于观测资料的研究较少.本文利用2022年6月河南省内11个观测站紫外辐射和总太阳辐射的连续观测数据,结合卫星遥感的气溶胶光学特性参数,通过线性回归拟合洁净大气下的辐射量,据此评估各观测站气溶胶对辐射的消光作用.结果表明:①河南省气溶胶消光作用造成的紫外辐射削减表现出显著的区域性差异,北部地区的气溶胶消光作用明显强于南部地区,其中,安阳市紫外辐射受气溶胶消光作用造成的平均削减率为14.2%,濮阳市出现了最高的紫外辐射削减率,达25.7%;南部城市南阳市的气溶胶消光作用最弱,紫外辐射平均削减率为3.6%.②同一观测站同期的紫外辐射和总太阳辐射观测数据分析表明,气溶胶消光作用对紫外辐射的削减显著高于对总太阳辐射的削减,该现象是由气溶胶细粒子影响所致.③嵩山站虽为高山站,但气溶胶对紫外辐射的消光作用较多数观测站高,紫外辐射平均削减率达6.8%,该现象是因为嵩山站在地理位置上接近高污染排放地区,细粒子在气溶胶中的占比较高,对紫外辐射的消光更有效.研究显示,河南省气溶胶细粒子对紫外辐射削减作用较为明显,控制气溶胶细粒子数浓度可有效改善当地空气污染状况.

东亚旱区气溶胶、云及其相互作用研究进展

东亚干旱半干旱区(简称为“东亚旱区”)是全球干旱带的重要组成部分,该区域水资源短缺,沙尘暴频发,沙尘气溶胶对大气辐射收支和云微物理过程的影响不可忽视。本文回顾了近年来东亚旱区气溶胶及云相关科学问题的研究进展,重点讨论了气溶胶、云特性以及气溶胶-云相互作用问题。东亚旱区大气中的气溶胶以沙尘为主,且春季多于其他季节;同时,该区域云水资源丰富,且以高云为主,夏季云量显著偏多。沙尘气溶胶可直接影响辐射收支对大气产生加热作用,并通过间接和半直接效应对云微物理过程和降水产生影响。由于云微物理观测资料稀缺,加之模式参数化方案的不准确,导致东亚旱区沙尘气溶胶-云相互作用仍存在较大的不确定,减小气溶胶、云所带来的不确定性是未来气候变化研究中亟需解决的科学问题。

NOAA探索气溶胶在气候干预中的潜在作用

气候干预是指为应对气候变化而对气候系统采取有计划的人工干预活动,也称气候工程或地球工程。根据作用机理的不同,气候干预可以分为碳移除和太阳辐射管理。太阳辐射管理按照具体技术可以分为平流层气溶胶注入、海洋云增亮、卷云变薄等(图1)。

中南半岛春季气溶胶直接辐射强迫时空演变特征分析

中南半岛国家春季存在大量的生物质燃烧活动,生成的气溶胶会通过大气环流影响我国西南地区大气辐射收支,探究其对大气加热率的影响可为研究它对天气和气候的影响提供依据。基于MERRA-2再分析数据中逐时的气溶胶和晴空下的辐射通量等资料,首先分析其时空特征,其次利用EOF、合成分析等统计方法,讨论中南半岛气溶胶光学厚度(AOD)、地表气溶胶直接辐射强迫(ADRF)的时空演变特征及其与大气短波加热率的关系。结果表明:(1)在3-4月生物质燃烧季节,中南半岛与云南省均存在AOD极大值,它们的时间序列变化趋势具有较高的一致性,主要表现为老挝和越南北部地区AOD中心值超过1,受其影响云南省的AOD由北向南逐渐增强。(2)3-4月中南半岛生物质燃烧AOD与总AOD的高值中心一致,说明该区域气溶胶主要来源于生物质燃烧,老挝北部存在高达28 kg·m^(-1)·d^(-1)的生物质燃烧气溶胶的水平通量散度,能将气溶胶向东北方向输送至中国。(3)地表ADRF与AOD时空分布存在较高的一致性,3-4月老挝和越南的北部地区同样存在地表ADRF高值中心,其值可达-36 W·m^(-2)。EOF第一模态中,印度东北角与我国西藏东南部交界处、老挝、越南和泰国地区均为正位相区域,主要在3-4月出现极大值,2017-2018年间极值减弱,2019年再次增大。云南省地表ADRF时间变化趋势与中南半岛变化一致。(4)地表负ADRF和大气短波加热率的统计关系为:地表的净辐射通量减少越多,低层大气吸收短波辐射造成的加热越大,表明大气内气溶胶截留的短波辐射通量越多,该现象在700 hPa上最为明显,尤其是3-4月。

气溶胶辐射效应对河北山区一次对流云和降水过程的影响机理与阈值研究

本文利用新一代中尺度天气研究和预报模式WRFv4.3对2017年5月22日河北西南部一次对流云和降水进行模拟。本研究采用卫星观测的气溶胶消光系数垂直廓线,分析了气溶胶辐射效应对云和降水影响。通过模拟试验,本研究量化了气溶胶辐射效应对本次降水率影响的气溶胶含量阈值,探讨了伴随辐射加热产生的微物理过程的潜热加热和平流加热等联动机制,并分析了辐射效应对温湿变量和热动力条件的影响。研究结果发现:(1)气溶胶光学厚度(AOD)从0.1增大至1.5,气溶胶辐射效应对降水峰值的影响先增大再减小,在AOD为1.0时增大效果最显著,对累计降水的影响先减小再增大,在AOD为1.0时的抑制作用最弱;(2)气溶胶辐射效应导致的辐射加热率的改变伴随着潜热加热率和总平流加热率的显著变化,总加热率的变化主要由后二者决定;(3)气溶胶辐射效应增强了对流成熟阶段的垂直上升运动,有利于更强对流和降水发生。

气溶胶与云相互作用的研究进展

气溶胶和云在气候系统中扮演着重要角色,近年来随着人们对它们重要作用的深入认识,气溶胶与云的相互作用也逐渐成为气候研究的一个重要方向。对该领域的研究方法和近20年来国内外的相关研究做了全面回顾。飞机观测、卫星观测、以及观测和模式模拟相结合3种研究方法被主要应用于该项研究。大量观测和模拟都证明了气溶胶对辐射、云滴以及降水的影响;云凝结核作为气溶胶和云相互作用过程中的重要环节,近些年在观测技术上有了较大进展,对相关理论的研究也随着观测水平的进步有了较大发展。我国在该领域的研究也从单一的观测资料分析逐渐转向模式模拟、多种方法综合分析。最后结合国内外研究进展,对该领域未来的发展进行了展望。

夜间城市大气边界层和气溶胶的相互作用

本文利用能量闭合的二维非线性,非定常模式,结合地面热量平衡方程,研究了夜间城市边界层和气溶胶的相互作用问题。结果表明:气溶胶在夜间对大气低层起保温作用,对大气上层起冷却作用,使大气低层稳定度减小,上层稳定度增加;此外,气溶胶还能够削弱贴地逆温强度。在正常城市气溶胶污染情况下,气溶胶对城市热岛强度影响不大,但可使城市热岛环流稍有增加。夜间城市边界层对气溶胶的反馈作用使大气下层气溶胶浓度减小,上层气溶胶浓度增加。上述部分结论得到了在天津取得的城市热岛观测资料的直接验证。

苏州城市气溶胶和臭氧相互作用的观测分析

利用2014年苏州地区观测资料对城市气溶胶与O_3之间的相互作用进行研究,结果表明:苏州市晴空指数(CI)与PM_(10)、PM_(2.5)呈显著负相关; PM_(10)、PM_(2.5)质量浓度每增加1μg/m3,晴天条件下白天向下短波辐射(DSR)分别下降1. 48 W/m2和1. 52 W/m2; DSR与O_3呈显著正相关; O_3与PM_(10)、PM_(2.5)呈负相关,表明气溶胶对O_3浓度存在衰减作用。2014年11月10日—12日个例研究表明,在到达地面的DSR几乎不变的情况下,气溶胶与O_3之间发生非均相化学反应,造成O_3浓度降低。2014年12月13日—14日个例研究表明,气溶胶通过对太阳辐射的消光作用,造成到达地面的DSR减弱,O_3浓度降低。

赴埃及参加“气溶胶与气候相互作用”培训研讨班总结

2008年2月11～15日，由国际理论物理研究中心（ICTP：The Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics）主办的“气溶胶与气候相互作用（Workshop on Aerosol—Climate Interactions：Mechanisms，Monitoring，and Impacts in Tropical Regions）”培训研讨班，在埃及东部海滨小城Hurghada举行。与会人员包括来自不同国家的40多名专家、

关于中国西北干旱区陆—气相互作用及其对气候影响研究的最近进展

本文综述了中国西北干旱区陆—气相互作用及其对气候影响研究的最近进展。文中不仅回顾了"中国西北干旱区陆—气相互作用观测试验"经过连续12年的观测和多次加强期观测所取得的干旱区陆面过程参数的分析以及边界层和陆—气相互作用特征等的分析和研究,而且综述了应用这些参数来优化有关陆面过程模式的参数化方案和改进有关陆面过程模式的研究;并且,本文还综述了关于中国西北干旱区感热输送特征以及西北干旱区陆—气相互作用对中国东部气候的影响及其机理,并揭示了中国西北干旱区春、夏季具有高感热输送特征,此高感热对中国东部夏季气候变异有重要影响。此外,本文还指出今后在此方面应进一步观测和深入研究的科学问题。

气溶胶辐射效应在华东地区一次雾霾过程中的作用

利用WRF/Chem(Weather Research and Forecasting Model coupled with Chemistry)模拟了2013年12月华东地区一次雾、霾事件气溶胶辐射反馈效应对气象场和大气质量的影响。通过3个不同气溶胶浓度设置的试验区分气溶胶浓度不同辐射效应的影响。比较不同试验得出,本次雾、霾过程中,不论是气溶胶直接、半直接辐射效应还是间接效应均使污染地区短波辐射减少、2 m气温下降、大气边界层高度降低,不利于水汽与污染物的扩散,空气污染进一步加重,雾结构进一步稳定,并使雾的持续时间延长,发展高度更高;对于化学场来说,气溶胶直接、半直接辐射效应使污染地区PM_(2.5)浓度增大、消光系数增大、氮氧化物浓度增大,臭氧浓度降低;间接辐射效应使PM_(2.5)浓度和消光系数进一步增大,氮氧化物、臭氧浓度降低。综上所述,气溶胶辐射效应能使大气污染加重,并利于雾的发生、发展。

气溶胶辐射效应对气象和环境影响的观测与模拟研究

选取2015年和2019年不同代表年份,结合外场观测和数值模拟,分析了天津地区不同季节不同天气(晴天、多云、霾)下,气溶胶辐射效应对整层大气透过率和地表入射太阳辐射的影响,以及这种影响在不同年份的差异.借助WRF-Chem模式模拟分析了重污染期间气溶胶辐射效应对垂直方向上气象要素廓线、边界层结构以及PM_(2.5)浓度的反馈机制.结果表明:霾污染可导致大气透过率明显下降,春、秋、冬不同季节,霾污染导致中午大气透过率分别下降0.09,0.11和0.09.全年平均霾污染可导致大气透过率降低约15.5%.云量的增多也可导致大气透过率明显下降,多云天气下大气透过率相比晴天减小约22.4%.霾和云对大气透过率的影响还与太阳高度角有关,当太阳高度角>60°时,霾污染导致大气透过率下降8.6%.随污染等级提高,气溶胶对太阳辐射的衰减作用也越强,天津地区空气质量分别为Ⅰ~Ⅰ级时,中午地表入射短波辐射呈稳定下降趋势,依次为484,446,439,342,328和253W/m^(2).重污染期间,气溶胶辐射效应导致大气低层(250m以下)降温(0.8℃)增湿(3.8%),而中高层(300~1900m)增温(0.5℃)降湿(2.4%),边界层逆温趋势增强,大气垂直扩散能力减弱,最终形成气溶胶-辐射-边界层-污染正反馈机制,极端情况下可使得近地面PM_(2.5)浓度进一步升高约40μg/m^(3),且这种反馈效应在午后16:00最明显.随大气污染防治行动持续深入,天津空气质量明显改善,与2015年相比,2019年天津年均PM_(2.5)浓度下降27.1%,污染超标天数减少43.8%,受此影响,气溶胶对太阳辐射的衰减作用减弱,2019年冬季霾污染导致中午大气透过率减小0.05,Ⅳ级以上污染天气地表入射短波辐射通量下降85.3W/m^(2),但重污染期间,气溶胶辐射反馈机制仍可通过改变垂直温度层结,对污染的加剧(约20μg/m^(3))产生不容忽视的影响.

基于多源资料的徐州地区气溶胶时空变化特征

综合利用AERONET、MODIS、CALIPSO、MERRA-2气溶胶反演产品和CHAP PM_(2.5)产品,对徐州地区2014—2020年的气溶胶光学特性水平和垂直分布、气溶胶组分和PM_(2.5)质量浓度的时空变化进行了综合分析。分析AERONET数据发现,徐州地区气溶胶光学厚度(AOD,550nm)夏季最高,其次为春季和秋季,冬季最低,而波长指数(AE)则相反;季节平均AOD和AE分别为0.53~0.71和1.11~1.33;2014—2018年平均AOD为0.70~0.47,呈显著下降趋势。粒子谱呈双峰分布,且季节差异显著,其中春夏季主导粒子分别为粗、细粒子,秋冬季的粗、细粒子浓度相当。粒子有效半径在春季最大、夏季最小。冬季单次散射反照率(SSA,440~1020 nm)最小,气溶胶吸收光学厚度(AAOD,440 nm)最大,而夏季相反。气溶胶直接辐射强迫(ARF)与AOD呈显著正相关,大气层底部ARF对AOD的变化更敏感,且其辐射强迫效率(ARFE)与SSA有较强负相关。分析CALIPSO气溶胶廓线发现,冬春季气溶胶消光系数随高度减小的趋势更显著;受边界层高度影响,夏季气溶胶消光系数随高度减小的趋势显著减缓。近地面气溶胶消光系数有逐年减小趋势,其中冬春季的下降更显著。分析MODIS AOD空间分布发现,AOD总体呈市区高、周边地区低的分布特征。徐州全域AOD年均值呈下降趋势,其中市区下降最快,年下降率约为-0.12。从CHAP PM_(2.5)空间分布来看,徐州西北部PM_(2.5)最高,所有区域均呈下降趋势,其中冬季下降幅度最大,年下降率为-6μg/m^(3)。从MERRA-2再分析资料来看,颗粒物柱质量浓度中沙尘占比最大,其次为硫酸盐。颗粒物柱质量浓度总体呈逐年下降趋势,年下降率为-0.29 mg/m^(2),其中沙尘气溶胶下降最大。

温室气体和硫酸盐气溶胶的辐射强迫作用

对GOALS4 .0海 陆 气耦合模式的相关部分进行了改进 ,主要改进包括温室气体的扩充和硫酸盐气溶胶“显式”方案的引入 ,并引入 2 0世纪温室气体的实际浓度变化以及硫循环模式模拟的硫酸盐气溶胶的三维全球浓度分布 ,模拟了温室气体和硫酸盐气溶胶造成的辐射强迫的空间分布和时间变化。全球平均的温室气体和硫酸盐气溶胶的辐射强迫分别为 2 .17W /m2 和 - 0 .2 9W /m2 ;温室气体造成的辐射强迫在空间上呈现明显的纬向结构 ,最大值 (大于 2 .5W/m2 )和最小值 (小于 1W /m2 )分别位于副热带和两极地区 ,在北半球主要工业区硫酸盐气溶胶的辐射强迫绝对值接近温室气体的辐射强迫值 (大于 - 2 .0W /m2 )。

西太平洋海-气相互作用研究进展

主要对近十几年来我国在西太平洋海域海-气相互作用方面的研究成果作一简要回顾通过参与国际合作，我国在西太平洋海域已经获得大量观测资料，并在海气能量交换和物质交换方面取得了不少科研成果这些成果主要包括：（1）近中国海和热带西太平洋海域的海面动量、热量交换特征；（2）西太平洋及暖油海域的边界层特征；（3）海上气溶胶特性及分布规律；

基于蓝天空反照率的气溶胶辐射强迫模拟

利用MODIS短波段黑天空反照率(BSA)和白天空反照率(WSA)数据,结合6S辐射传输模型模拟的天空散射光比例因子计算得到蓝天空反照率,基于包头市Aerosol Robotic Network(AERONET)站点的气溶胶光学厚度(AOD)、粒径分布和复折射系数数据通过6S辐射传输模型模拟2018~2021年地表(SFC)和大气层顶(TOA)ARF,并比较不同类型反照率(BSA和WSA)、不同气溶胶模型ARF与真实ARF的差距.结果表明:TOA ARF均值为(1.54±3.8)W/m^(2),其值正负与地表反照率和单次散射反照率有关;大陆型和城市型TOA ARF均为正值,约为真实值的2.2和8.6倍;沙漠型TOA ARF大多为负值,在部分反照率较大的月份为正值.SFC ARF均值为(-30.39±9.5)W/m^(2),夏秋季节绝对值较低;大陆型、城市型和沙漠型SFC ARF约为真实值的1.1、1.76和0.77倍,不同气溶胶模型对SFC ARF影响较小.利用三段法模拟的黑碳(BC)ARF结果表明SFC和TOA BCARF均值分别为(-6.82±4.3)W/m^(2)和(2.23±1.5)W/m^(2),SFC BCARF占总SFC ARF的7.3%~40.4%,夏季占比普遍较高.

天津市大气气溶胶中^(7)Be、^(210)Pb和^(210)Po活度浓度水平及辐射剂量评估

为了研究天津市大气气溶胶中^(7)Be、^(210)Pb和^(210)Po活度浓度水平及其对公众产生的辐射剂量,预防辐射损伤的发生,本文对天津市2018—2020年总悬浮颗粒物(TSP)中^(7)Be、^(210)Pb和^(210)Po进行检测分析。结果表明,天津市TSP中^(7)Be、^(210)Pb和^(210)Po的年均活度水平分别为0.74~15.0 mBq/m^(3)、0.21~2.5μBq/m^(3)和0.17~0.74μBq/m;三种放射性核素的活度浓度均呈冬季最高,这是冬季高纬度冷空气和取暖季较高污染排放共同作用的结果;^(7)Be、^(210)Pb和^(210)Po以吸入方式对公众产生的总有效待积剂量在6.28~40.1μSv/a,低于公众照射规定的剂量限值(1 mSv/a),还不足以威胁人体健康。

碘-131药物生产场所气溶胶浓度异常的处理措施

由于碘-131药物生产的原料为液态,且具有挥发性,在生产过程中,生产场所容易出现气溶胶浓度异常的状况。文章以某企业碘-131药物生产车间气溶胶浓度异常的处理方法为例,对碘-131药物生产工作场所的气溶胶浓度异常情况进行分析,并提出了一些预防辐射的安全管理措施。

气溶胶的辐射强迫作用研究进展

人类活动向大气中排放气溶胶,人为气溶胶增强了对太阳辐射吸收和散射直接改变地气系统的辐射平衡,又可以通过作为云凝结核或冰核改变云的微物理特性和停留时间、地表反照率等途径间接影响气候的辐射强迫。综合以往研究,文章主要总结了2种影响气候辐射强迫性质相反的黑碳气溶胶和硫酸盐气溶胶以及相对湿度和黑碳的混合状态对气溶胶辐射强迫效应的影响。完善对大气气溶胶,尤其是人类活动产生的气溶胶的气候强迫机制及对地气系统影响的认识。

单位尘量、压膜后放置时间对气溶胶γ能谱分析数据的影响

近年来随着核工业的发展以及核技术的广泛应用,核与辐射环境安全是国家环境安全的重要内容。辐射环境是生态环境的重要组成部分之一,辐射环境监测是环境监测的重要内容[1],其中,气溶胶样品的γ能谱分析是辐射环境监测的重要内容[2]。本文主要从单位尘量和压膜后放置时间两方面,对气溶胶γ能谱进行数据分析,得出结论,为辐射环境监测中气溶胶γ能谱分析提供参考意义。