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杭州地区气溶胶光学—辐射特性垂直观测研究

孙天泽  
【摘要】:杭州作为我国东部长三角地区的中心城市之一,随着经济的高速增长和工业的迅速发展,空气质量近年来出现了严重问题。本文采用微脉冲激光雷达和CE318太阳光度计的地基观测数据,对杭州地区2013-2015年的气溶胶光学特性、气溶胶直接辐射强迫、气溶胶消光系数垂直廓线和边界层高度的月际变化特征,以及它们之间的相互作用进行了分析。通过对垂直结构,空间分布,后向轨迹,潜在源贡献和浓度加权的分析,并结合MODIS和CALIPSO卫星产品、欧洲中心ECMWF再分析资料以及局地污染累积状况,探讨了杭州地区三种典型的污染传输机制。研究结果表明,除3月份粗模态粒子占主导外,杭州地区的气溶胶以细粒子为主,PM_(2.5)与PM_(10)的比值在冬季1月份平均最高可达到86.5%,且粒子散射性较强;在9月份440 nm波段的单次散射反照率(SSA_(440nm))为0.96±0.03;气溶胶光学厚度(AOD_(440nm))在6月(1.20±0.55)和9月(1.07±0.54)较高,对地面和大气层顶产生辐射强迫分别约为-118±43 W/m~2、-80±24 W/m~2和-37±28 W/m~2、-50±25 W/m~2;7月(0.66±0.52)和8月(0.59±0.34)的AOD_(440nm)相对较低,对地面和大气层顶产生辐射强迫分别约为-88±35 W/m~2、-95±33 W/m~2和-23±30 W/m~2、-16±21 W/m~2。7月和8月的气溶胶单次散射反照率显著低于其它月份,分别约为0.905±0.095和0.869±0.095,同时气溶胶对大气加热的辐射强迫效率较高,分别约为-215±167 W/m~2和-239±149 W/m~2。基于激光雷达反演获得的边界层高度在7、8月份分别可达1.39、1.25 km,而边界层高度在6月较低,约为0.97 km,所以6月细粒子吸湿增长后散射增强AOD增大,近地面的散射性粒子减弱气溶胶对大气的加热作用,从而抑制边界层的发展。在长三角地区污染物输送方面发现,除了局地的气溶胶排放外,外来污染物的传输也可对杭州地区的气溶胶特性产生显著影响:(1)华北地区秋冬季节雾-霾污染可使得气溶胶粒子从1.5 km的高空被输送到杭州地区,气溶胶的散射性较强SSA_(440nm)大于0.94,与近地面气溶胶层混合后增强了气溶胶对近地面的冷却作用,从而抑制了边界层的发展;(2)春季起源于西北新疆和内蒙古等沙漠地区的粗模态沙尘粒子可以从3km左右被传输到杭州地区上空,使得局地气溶胶吸收性增强,SSA_(440nm)低于0.84;(3)而夏季8月份广东、福建、江西等南方地区的生物质燃烧产生的高吸收性气溶胶粒子也可被传输到杭州地区,SSA_(440nm)低于0.89,使得气溶胶对地表和大气加热的直接辐射强迫效率显著升高。


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