高影响霾天气污染物输送沉降的激光雷达观测

污染物区域间输送是大气环境研究的重点和难点。利用2012―2015年间浙江省污染程度较高的霾天气过程激光雷达观测数据,根据Mie散射理论和Fernald反演方法计算污染物垂直浓度,开展了高影响霾天气区域间污染物输送沉降特征定量研究。结果表明:(1)浙江省高影响霾天气多发生于高压前部转高压控制的情况,高压前部利于外来污染物输入,而高压控制利于本地污染物累积;(2)不同过程及同一过程不同时刻外来污染物输送高度、质量浓度、结构组成都不相同,污染物集中输送高度一般介于4.5~7.5km之间,输入最大质量浓度一般介于450~1200μg·m^(-3)之间,输入污染物中粗颗粒物居多,污染物类型主要包括沙尘和城市污染物;(3)个例分析表明,输入污染物仅有25%~35%沉降到近地面,重力和气温下降是影响沉降的重要原因,其中重力对粗颗粒物沉降作用更大,而气温下降对细颗粒物作用更大。

Fernald前向积分用于机载激光雷达气溶胶后向散射系数反演的理论研究

初步反演结果表明,Fernald前向积分法(FFIM)能够用于机载大气探测激光雷达气溶胶后向散射系数的反演,但相应的理论解释没见国内外相关文献报道.根据合肥地基大气探测激光雷达2008年2月27日的探测数据模拟得到的机载激光雷达数据,对FFIE用于机载大气探测激光雷达气溶胶后向散射系数的反演结果进行了定量分析,分析表明:当反演标定点的高度选在10km左右时,FFIM能够用于机载大气探测激光雷达气溶胶后向散射系数反演的主要原因有3个:1)Fernald前向积分方程(FFIE)分母中两项的差值一般远大于零,这决定了FFIM应用于机载大气探测激光雷达气溶胶后向散射系数反演时,反演误差不会无限大而且反演结果不会出现负值;2)标定值误差为100%时,在整个反演过程中误差项的值仅变化了0.006,是标定值没有误差时分母值的0.6%;3)FFIE的标定项中分子的后向散射系数占主导地位,标定点的气溶胶后向散射系数变化较大的值,对整个标定项的值影响却很小.研究表明,上疏下密的大气结构和较高的标定位置是FFIM能够用于机载大气探测激光雷达气溶胶后向散射系数反演的根本原因.

不同时间尺度下杭州市O3污染特征及控制因素

通过集中整治,我国空气质量已经有了明显改善,但在减排背景下近地面高ρ(O3)仍是当前最复杂的大气环境问题之一.利用2011—2017年(尤其是杭州市G20峰会期间)ρ(O3)、ρ(NO x)、ρ(VOCs)和气象条件观测数据,分析了杭州市G20峰会期间及不同时间尺度下杭州市ρ(O3)的变化特征及其影响因素.结果表明:①杭州市ρ(O3)日变化呈单峰型特征,15:00左右ρ(O3)达最大值(98.55μg/m^3);ρ(O3)周变化存在“周末效应”,周末ρ(O3)明显高于工作日;1 a中4—9月为ρ(O3)高值期,ρ(O3)峰值出现在5月和9月.以2013年为界,将2011—2017年ρ(O3)变化分成下降和上升2个阶段,2011—2013年呈下降趋势,降幅约为15.02μg m 3,2014—2017年呈上升趋势,增幅约为23.25μg/m^3.②减排措施的实施对ρ(O3)存在双重作用,其可通过降低前体物质量浓度抑制O3的生成,又能引起大气污染物质量浓度下降、太阳辐射增强,从而促进O3的生成.当O3前体物质量浓度较低时,在强太阳辐射等气象条件驱动下,近地面仍会呈现高ρ(O3)的现象.③气象条件是驱动ρ(O3)日、月变化的控制因素;相反,前体物质量浓度则是ρ(O3)周、年变化的控制因素,此时VOCs或NO x控制区、“周末效应”等ρ(O3)变化特征开始显现.研究显示,不同时间尺度下杭州市O3污染的控制因素不同.

多元观测资料融合应用的灰霾天气关键成因研究

利用临安作为区域大气本底站的优势和杭州大气复合污染综合观测设施,再融合DMSP/OLS夜间灯光数据及气象观测数据,从不同层面研究了灰霾天气形成的主导因素.通过浙江省灰霾日数空间分布与同时期Defense Meteorological Satellite System(DMSP)/Operational Linescan System(OLS)卫星遥感得到的夜间灯光分布对比以及1960—2009年间杭州和浙江省年平均灰霾日数演变过程,从空间和年代际变化两个角度论证了当前不科学的社会发展是造成灰霾天气日益严重的根本原因.通过杭州和临安本底站实际观测对比发现,对灰霾天气形成起主要作用的是细粒子,关键排放因子不是尘粒等气溶胶,而是黑碳、NO2、SO2等.脱硫减排可以使霾污染有所减缓,但由汽车尾气等排放的含氮前体物对霾污染的贡献却越显突出.气象条件是灰霾天气形成的外部控制因素.在各种天气形势中,由于高压控制下下沉气流明显、大气相对稳定,出现灰霾天气的概率最高,达64.5%.除天气形势、大气稳定度外,风速、气温、湿度、气压、降水、变温等地面气象因子及前1日PM10浓度对污染物浓度皆有一定影响,其中降水、湿度、风速与污染物浓度之间的相关性最显著,是灰霾天气形成的关键气象因子.