青岛大气气溶胶中微量元素浓度及溶解度的粒径谱分布

利用2016年1~3月在青岛采集的Anderson分级气溶胶样品,分析其中10种微量元素总浓度和溶解态浓度,讨论了微量元素的浓度及溶解度的粒径谱分布特征及大气酸化过程的影响.结果表明,微量元素总浓度的粒径谱多数呈现单峰分布,Fe、Al、Ba、Sr等地壳元素总浓度的50%~60%出现在2.1~7.0μm粗粒子上;Cd、As、Zn、Pb等人为元素总浓度的60%~70%出现在0.43~2.1μm细粒子上;但Mn和Ni的粒径谱分布没有明显优势.溶解态微量元素的粒径谱也多呈现单峰分布,70%左右的Fe、Al、Ba、Sr、Mn集中在0.43~4.7μm粒子上;80%左右的Cd、As、Zn、Pb集中在0.43~2.1μm细粒子上;Ni的粒径谱分布与其总浓度的相似,在各粒级上无明显优势.微量元素溶解度的粒径谱分布呈现细粒子中的高于粗粒子中的,尤其是地壳元素这种分布趋势更为明显.气溶胶pH值的粒径谱分布特征及其与微量元素溶解度的显著相关关系表明,大气酸化过程是控制微量元素溶解度随粒径变化的主要因子.

成都不同季节亚微米气溶胶粒径谱分布特征分析

气溶胶通过直接或间接影响辐射对气候有着重要影响.利用在成都地区2019年1月23日—2020年8月31日期间6个时间段的亚微米气溶胶数浓度粒径谱分布(10~400 nm)、PM_(2.5)浓度和气象资料,在对气溶胶谱分布进行统计分析和参数化的基础上研究了不同季节谱分布的日变化规律及不同PM_(2.5)浓度下气溶胶数浓度谱分布的演变.结果表明:10~400 nm气溶胶总数浓度在春季最大(18269 cm^(-3)),其次为冬季(16524cm^(-3))、夏季(14139 cm^(-3))和秋季(12635 cm^(-3)).春季和夏季由于新粒子生成(NPF)事件发生频率较高(35%和22.46%),两季核模态粒子浓度和占比(35.7%和31.2%)较高.秋季总数浓度的低值主要是受到华西秋雨降水事件频率高(59.34%),持续时间较长的影响.冬季静稳天气导致粒子的累积老化,造成冬季积聚模态粒子数浓度占比(31.2%)较高.秋冬季节气溶胶数浓度日变化受早晚高峰和边界层发展的影响呈明显的双峰分布,春夏季除上述变化外,还受到二次生成的影响,总数浓度在上午呈现持续的高值.较清洁环境下受NPF事件的影响,成都地区100 nm以下粒子数浓度范围波动较大,随着污染程度的增加,核模态浓度和谱宽逐渐降低,峰值粒径增加,而爱根核模态粒子数浓度、峰值粒径和谱宽均在增加,表明成都地区较小风速的背景下,粒子累积和老化,使得粒子粒径和质量不断增长,导致该地区污染的发生和加剧.该研究提供了四川盆地典型城市地区气溶胶粒径谱分布的基本认知,对于理解该地区气溶胶对气候、环境和人类健康的影响具有重要意义,也能为数值模式中针对该地区气溶胶参数化方案的改进提供基础与支持.

南京地区气溶胶谱分布的湿度相关性分析和等效复折射率预测

通过实验收集大气颗粒物,对南京地区大气气溶胶谱分布进行了描述,对气溶胶分布与相对湿度的相关性进行了探讨。建立了南京地区7—11月气溶胶化学组分的月平均模型,得出气溶胶等效复折射率的预测方法。结果表明:南京地区的大气气溶胶颗粒物,峰值粒径在80~100 nm范围,属于典型的城市型气溶胶。数浓度与相对湿度的相关性与季节和粒径大小有关,在6—9月,相对湿度与细粒子数浓度呈负相关,与粗粒子呈正相关,在10—11月相反,且易受极端天气影响。建立的干气溶胶等效复折射率月平均模型,结合湿度修正模型得到某一日的复折射率,与AERONET站点数据进行了对比,结果较为一致,误差范围在0~0.03。

济南市冬季大气颗粒物粒径谱分布特征

2015年2月,采用扫描电迁移率粒径谱仪(SMPS)和空气动力学粒径谱仪(APS)对济南市冬季大气中粒径为14. 6 nm～10μm的颗粒物粒径谱的分布进行连续监测和分析研究。结果表明:济南市冬季大气颗粒物数浓度较高,平均为47472个/cm^3。各模态对颗粒物数浓度、表面积浓度和体积浓度的贡献表明,济南市冬季大气颗粒物偏细,积聚模态粒子是可吸入颗粒物(PM_(10))的主要组成部分。数浓度谱日变化特征表明,济南市冬季大气颗粒物污染主要受道路交通源排放和新粒子生成转化的影响。春节期间,烟花爆竹的燃放会导致大气颗粒物数浓度和质量浓度明显升高,烟花爆竹燃放对颗粒物数浓度的影响主要由爱根核模态和积聚模态共同作用形成。

珠三角地区不同季节颗粒物数谱分布特性

基于珠三角大气超级站不同季节3 nm^10μm颗粒物数谱分布在线监测数据,系统分析不同季节颗粒物数浓度、表面积浓度与体积浓度的水平与构成及数谱分布日变化规律,揭示了珠三角地区颗粒物数谱分布特征。结果表明,冬季、春季和秋季珠三角大气超级站总颗粒物数浓度分别为2.17×104、1.97×104、2.24×104个/立方厘米,总颗粒物表面积浓度分别为2.98×103、2.28×103、2.78×103μm2/cm3,总颗粒物体积浓度分别为1.33×102、1.04×102、1.40×102μm3/cm3。颗粒物总数浓度中,爱根核模和积聚模态颗粒物是主要贡献者,在总数浓度的比例均达到40%以上;总颗粒物表面积浓度中,积聚模态颗粒物是主要贡献者,月平均比例高达88%以上;总颗粒物体积浓度中,积聚模态颗粒物也是主要贡献者,月平均贡献为65%~80%,其次为粗粒子模贡献较大,比例为20%~30%。积聚模态颗粒物的重要贡献较好地体现了超级站的区域性。冬季、春季和秋季颗粒物数浓度平均日变化趋势均为7:00~9:00和18:00~20:00存在较高的爱根核模态颗粒物数浓度,意味着机动车排放对细颗粒物污染的影响较显著。10月颗粒物数谱分布平均日变化中存在明显的颗粒物增长过程,体现了新粒子生成事件的重要影响。

上海市浦东城区冬季颗粒物数浓度及其谱分布特征

采用APS-3321空气动力学粒径谱仪对上海市浦东城区2012年12月至2013年2月0.5～20μm大气颗粒物浓度及其谱分布进行了实时监测。结果发现,上海市浦东城区冬季大气颗粒物数浓度为360个/cm3,其中0.5～1.0μm颗粒物数为345个/cm3,占总颗粒物的95.7%;1.0～2.5μm颗粒物数为15个/cm3,占颗粒物总数的4.1%;2.5～20.0μm颗粒物数为0.6个/cm3,占颗粒物总数的0.2%。当空气质量为AQI≤50、50200时,颗粒物数浓度分别为77.5、243.2、522.6、868.5个/m3。随着空气污染的加重,小于PM2.5颗粒物数浓度增加显著且对总的颗粒物数浓度的贡献也有所增加,且AQI〉200时,PM2.5中1.0～2.5μm颗粒物数浓度贡献增幅最大;此外,不同空气质量条件下,颗粒物数浓度的日变化存在一定差异,这对于空气污染防治具有重要意义。

基于二甘醇的气溶胶粒径谱仪在测量3 nm以下颗粒物时的性能比较

近年来,基于二甘醇的气溶胶粒径谱仪被广泛用于3 nm以下气溶胶颗粒物的粒径谱测量,探究比较这些仪器的性能对于粒径谱的准确测量有着重要的意义。对基于二甘醇的扫描电迁移率粒径谱仪(DEG-SMPS)和颗粒物粒径放大器(PSM)进行了比较研究。在实验室标定过程中,为让PSM获得更可靠的数据,建议尽可能将标定范围设定至大于4 nm,以减少3 nm以上的颗粒物在数据反演过程中的影响,还可以增加PSM数据反演的粒径范围。研究表明,PSM和DEG-SMPS在测量小于3 nm的颗粒物数浓度时,结果较为一致。在外场观测的每个新粒子生成天,这两种仪器之间的数浓度相关性均很好(r2>0.75)。但PSM与DEG-SMPS总数浓度比值的斜率在1.4到4.5之间变化,推测可能是由于新粒子生成的颗粒物化学组分的不同导致的。此外,一些不可忽略的不确定因素,如两台仪器标定检测效率所产生的不确定度以及DEG-SMPS使颗粒物带电时荷电效率的不确定度等,也可能导致该比对结果的差异。由于DEG-SMPS使用静电气溶胶分级器(DMA)对颗粒物的粒径进行区分,而PSM是通过改变二甘醇的过饱和度以激活不同粒径的颗粒物,进而通过数据反演来对粒径进行区分,因此DEG-SMPS的粒径分辨率比PSM要高。但PSM在低颗粒物数浓度的环境中表现更好,包括一些较弱的新粒子生成天,这是因为PSM不需要使颗粒物带电,从而避免了3nm以下颗粒物的极低的荷电效率的问题。因此相比于DEG-SMPS, PSM不容易受到凝聚核粒子计数器(CPC)的计数误差带来的影响。总的来说, PSM和DEG-SMPS都足以用于测量3 nm以下颗粒物的粒径谱分布,有助于更好地进行新粒子生成过程的研究,结果中仍然存在的部分不可忽略的不确定性问题需要在未来的研究中进一步解决。

京津冀中部夏季大气颗粒物空间分布特征

为研究京津冀地区雾霾成因,以Y-12(运-12)飞机为大气颗粒物观测平台,对2016年夏季京津冀中部大气颗粒物污染特征进行了观测研究.结果表明,天津市颗粒物数浓度垂直分布特征为1 500 m(以下均为标准气压高度)以下呈单峰分布,1 500 m以上呈单调下降,峰值均出现在0.35~0.40μm之间,峰值的最大值出现在900 m左右;颗粒物体积浓度谱呈三峰分布,分别在0.30~0.40、0.50~0.60和1.00~2.00μm之间,峰值的最大值出现在450 m左右.天津市、保定市和衡水市600与2 400 m数浓度谱分布特征为单调下降和单峰分布并存;600 m表面积浓度谱呈三峰分布,分别在0.30~0.40、0.50~0.60和0.90~1.00μm之间;2 400 m表面积浓度谱呈双峰分布,分别在0.30~0.40和0.50~0.60μm之间;600与2 400 m体积浓度谱均呈三峰分布,分别在0.30~0.40、0.50~0.60和1.00~3.00μm之间.天津市大气颗粒物数浓度谱峰值的最大值出现在900 m左右,说明逆温层对气溶胶累积的形成有重要影响.城市间数浓度谱峰值高低受地面颗粒物质量浓度大小影响.京津冀中部大气颗粒物表面积浓度谱在600 m呈三峰分布,在2 400 m呈双峰分布,可能是因为2 400 m空中以细粒子为主.京津冀中部大气颗粒物体积浓度谱在600与2 400 m空中均为三峰分布,而国外为双峰分布,发现粗粒子峰值粒径范围差别较大,这是由于国内PM_(2.5)在PM_(10)中占比较大.研究显示,京津冀中部600和1 200 m大气颗粒物多来源于山东、河南,经近地面输送;2 400 m大气颗粒物多来源于内蒙古地区,经高空和近地面两种途径输送.

唐山市大气颗粒物OC/EC浓度谱分布观测研究

华北重工业城市唐山大气颗粒物污染严重,2009～2011年PM1.1、PM2.1、PM9.0及TSP年均值分别为(75±43)、(106±63)、(221±100)和(272±113)μg.m-3;碳质气溶胶在各粒径段均占较大比重,其中,元素碳(EC)在PM1.1、PM2.1、PM9.0及TSP各粒径段的年均比重分别约为9%、9%、6%和4%,有机碳(OC)年均比重分别为25%、24%、16%和14%.颗粒物浓度谱分布及碳质气溶胶富集量呈显著季节变化,秋冬季节细颗粒物中EC和OC浓度可高达(9±4)、(11±5)和(19±7)、(28±10)μg.m-3,分别占PM2.1的11%、10%和26%、25%;春夏季节EC和OC在粗细粒子中的富集量基本相当,分别为(5±2)、(5±1)和(15±3)、(15±1)μg.m-3,分别约占颗粒物总量的7%、6%和26%、18%.

半干旱地区大气颗粒物浓度及粒径谱特征的观测研究

采用兰州大学半干旱气候和环境观测站(SACOL)2007年11月1日至2008年10月31日的APS-3321粒径谱仪的连续观测资料,对该地区大气颗粒物的浓度变化和粒径分布特征进行分析研究。结果表明,该地区颗粒物浓度年变化呈单峰值型,无论是数浓度还是质量浓度峰值均出现在12月,数浓度6月最低,质量浓度9月最低;和其他地区相比,无论数浓度还是质量浓度,均低于污染较严重的城市,但高于内陆清洁地区。数浓度和质量浓度平均日变化均呈单峰值型,都在上午11:00BST左右达到峰值,下午18:00BST左右达到谷值,但质量浓度峰值出现时间随季节而有所差异。颗粒物浓度的年变化和背景风场主导风向的年际变化有一定关系,而局地垂直风速及水平风向的昼夜转换对颗粒物浓度的日变化有较大的影响。数浓度粒径谱分布特征呈单峰值型,主要集中在0.673μm左右;质量浓度粒径谱分布特征呈双峰值型,第一个峰值出现在0.777μm左右,第二个峰值出现在5.048μm左右。降水对大于1μm的粒子的去除效果非常明显。当沙尘天气发生时,数浓度和质量浓度与背景天气条件下相比增大了22%和127%。

一种新型云粒子探测仪的研制及初步观测结果分析(英文)

云粒子探测仪效率高、结构简单,在人工影响天气的活动中起着重要的作用.本文提出一种使用单模光纤耦合输出的685nm激光作为光源的新型云粒子探测仪.该仪器利用小孔光阑切割激光光束,使用相对均匀的中央部分的光束照亮云滴,采用具有两个高速A/D转换芯片(10M/S)的嵌入式计算机来不断地获取和处理云滴粒子信号,将所有云滴的原始数据存储在嵌入式计算机的固态磁盘中进行云滴粒径分布计算,并将计算结果发送到机舱内主计算机中即时显示.实验中,使用固定尺寸的标准粒子对仪器进行标定,获得不同直径云滴粒子信号变化幅度,从而获取该探测仪对云滴粒子的响应曲线;将探头安装在飞机上进行了现场观测实验,结果表明这种探头具有云滴测量能力.

重庆市典型工业源颗粒物排放特征

利用稀释通道系统采集重庆市主城区典型燃煤锅炉和水泥窑炉烟道气中的颗粒物样品,并利用静电低压撞击器将其按粒径分为12级,分析了工业源颗粒物粒径谱（0.02～10μm）特征。结果表明,水泥窑炉排放颗粒物数浓度表现出双峰型的对数分布特征,分别出现在积聚模态（0.12μm）以及接近粗粒子模态（1.23～1.96μm）粒径范围处,燃煤锅炉排放颗粒物数浓度变化特征以及浓度水平都有较大的差异,主要呈积聚模态单峰型变化趋势;火电厂1燃煤锅炉排放颗粒物的数浓度和质量浓度均为最高,其峰值分别为2.2×106cm-3和174.2 mgm3;水泥窑炉PM2.5中OC、Al、Ca所占比例较高,分别为17.96%、17.32%和9.90%,燃煤锅炉PM2.5中Al、SO42-和OC所占比例较高,分别为9.17%、8.92%和6.15%;相对于水溶性组分和碳组分,无机元素所占比例相对较高,其对水泥窑炉和燃煤锅炉PM2.5质量浓度的贡献分别达到了44.28%和18.07%。

甘肃敦煌戈壁地区气溶胶光学特性观测

利用2014年5月地面气溶胶集成观测系统在敦煌戈壁地区的观测资料,分析气溶胶的光学特性,并用后向轨迹模式分析气溶胶的主要来源.气溶胶的散射、吸收系数和单次散射反照率分别为52.71±43.02、2.11士1.02Mm^(-1)、0.949±0.022.气溶胶粒径谱主要分布在5μm以下,在0.6、1.5μm处分别有峰值出现.气溶胶中的沙尘气溶胶含量较大,散射系数和吸收系数在早晚有峰值出现.气溶胶受西北方向风影响较大,通过后向轨迹聚类分析知道北边大片戈壁方向来的气团占主导地位,其次是来自库木塔格沙漠方向的,还有少部分来自青海的柴达木盆地和新疆古尔班通古特沙漠.

青奥会期间南京市雾霾灾害事件及气溶胶特性分析

气溶胶对可见度、人体健康、气候变化有重要影响。基于2014年夏季南京江心洲地区外场观测实验数据,对气溶胶的数浓度、粒径谱分布,粒子密度、混合状态,以及黑碳含量进行了分析。结果表明,观测期间气溶胶粒径集中分布在50~120 nm之间,平均粒径79 nm,总数浓度波动较大,范围为2 000~50 000 cm^(-3),平均值在9 000 cm^(-3)左右;在本次观测中,新粒子生成事件较少;气溶胶主要为内混状态,存在少量外混状态(约占1.5%);气溶胶密度主要分布在1.2~1.7 g/cm^3之间,气溶胶粒径越大,密度越大,表明大粒子中无机物含量多,有机物含量低;粒子密度日变化与化学成分日变化相关性较好;70%的气溶胶中含有黑碳,200 nm气溶胶中黑碳质量分数最高为7.07%。气象因素对气溶胶微物理特性有明显影响。

中国东部海域大气气溶胶光学性质及其气溶胶模型分析

利用5个航次的海上实测资料,分析了东中国海域上空气溶胶的光学性质,并利用实测资料对SeaDAS软件中的气溶胶模型在该海域的适用性进行了评估。结果表明:在该海域气溶胶大部分为弱吸收性类型(约占60%),同时也存在强散射性类型(约20%)和强吸收性类型(约20%)。气溶胶粒径体积谱主要呈双峰模式,但是在双峰之间还存在着一个不显著的次峰,因而用三个对数正态函数之和来描述气溶胶粒径体积谱要优于用两个对数正态函数之和来描述。实测资料和SeaDAS气溶胶模型的单次散射反照率的对比结果显示,在该海域具有吸收性的沙尘和烟尘气溶胶的影响不可忽略,而目前的SeaDAS气溶胶模型主要针对非吸收或弱吸收气溶胶,不能完全满足东中国海域海色遥感大气校正的需要。

南京北郊冬春季气溶胶数浓度变化特征分析

使用APS-3321对2014年南京北郊冬春季0.5~20μm粒径段大气气溶胶数浓度进行了较长时间的连续观测,对其变化特征进行了分析.观测期间南京北郊冬、春季大气气溶胶平均数浓度分别为(364.8±297.8)个·cm^(-3)和(79.6±62.4)个·cm^(-3),细粒子(0.5~1.0μm)分别占整个观测粒径段数浓度的87.8%和86.6%,在不同时间段,数浓度变化很大.南京北郊数浓度具有明显的日变化特征,夜晚浓度高,白天浓度低,冬季07:00和春季09:00达到早高峰,冬季17:00和春季18:00数浓度开始迅速增加.数浓度粒径谱分布冬季为单峰型,峰值粒径在0.583~0.626μm之间,春季峰值粒径小于0.542μm,冬季峰值粒径大于春季.随着相对湿度的增加气溶胶数浓度不断增加,同时峰值粒径向较大粒径方向偏移,体现了吸湿增长对气溶胶粒径谱分布的影响.观测期间,霾天比例高达83.3%,随着霾污染加重,在小于2.0μm的粒径段数浓度显著增加且冬季更为明显;春季,细粒子比例随霾的加重而增加,但冬季由于气溶胶老化导致大粒径粒子浓度显著增大,重度霾天时,细粒子比例有所降低.对1月典型污染过程的分析表明,气团来源与地面风向存在很好的对应关系,苏北近距离污染输送和地面小风造成的污染物累积是此次重污染过程形成的重要原因.