基于衛(wèi)星和AERONET觀測的北京地區(qū)氣溶膠光學(xué)特性研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，北京及其周邊環(huán)渤海地區(qū)的大氣污染問題日益嚴(yán)重，對人類的生活環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。因此，對北京地區(qū)進(jìn)行長期有效的氣溶膠觀測研究，并了解大氣污染環(huán)境下氣溶膠的光學(xué)特性，對改善空氣質(zhì)量、評估區(qū)域大至全球的氣溶膠輻射強(qiáng)迫和了解氣候變化都是至關(guān)重要的。
　　本文主要結(jié)合MODIS數(shù)據(jù)、CALIPSO數(shù)據(jù)和AERONET觀測網(wǎng)數(shù)據(jù)，采用交互式數(shù)據(jù)語言IDL（Interactive Data Language）處

2、理數(shù)據(jù)的方法研究北京地區(qū)氣溶膠的光學(xué)特性。首先以2013年3月的典型沙塵天氣作為個(gè)例進(jìn)行分析，采用CALIPSO和MODIS數(shù)據(jù)，根據(jù)532nm波長的衰減后向散射系數(shù)β’532（Z）和雙波長信號比χ’的 SCA法對氣溶膠和云進(jìn)行區(qū)分；然后采用 CLIM方法來進(jìn)一步識別沙塵氣溶膠，給出了沙塵識別的結(jié)果；再利用HYSPLIT模式和NAAPS氣溶膠模式進(jìn)行沙塵來源和傳輸過程模擬分析，并用雙波長反演法初步反演了氣溶膠的光學(xué)厚度值。然后利用AER

3、ONET的太陽直接輻射資料反演沙塵氣溶膠的光學(xué)特性，統(tǒng)計(jì)分析北京地區(qū)2001~2013年期間沙塵天氣情況下沙塵氣溶膠的光學(xué)特性。最后利用AERONET的太陽直接輻射資料反演北京地區(qū)氣溶膠的光學(xué)厚度，以及采用天空散射輻射資料反演氣溶膠的單次散射反照率、復(fù)折射指數(shù)以及體積譜分布等光學(xué)特性參數(shù)，統(tǒng)計(jì)分析北京地區(qū)2002~2013年氣溶膠光學(xué)特性的季節(jié)性變化。研究結(jié)果如下：
　　（1）從各光學(xué)特性參數(shù)的空間分布圖可以得出氣溶膠和云的空間分

4、布情況及其分布高度；結(jié)合采用SCA和CLIM方法可以較好的區(qū)分氣溶膠和云以及識別沙塵氣溶膠。
　　（2）以2013年3月9~11日典型沙塵天氣作為個(gè)例分析的結(jié)果表明：北京地區(qū)沙塵天氣情況下，沙塵氣溶膠的退偏振比在0.1~0.4之間，色比通常大于0.3，且沙塵的分布高度一般在4km以下。通過采用HYSPLIT模式和NAAPS氣溶膠模式模擬分析發(fā)現(xiàn)此次沙塵起源于南疆盆地和內(nèi)蒙古中西部地區(qū)，符合我國沙塵天氣傳輸路徑中的偏西路徑型。在沙塵

5、傳輸過程中，沙塵天氣對北京的空氣質(zhì)量影響顯著，主要污染物從PM2.5轉(zhuǎn)換為PM10。本文采用雙波長迭代反演法初步反演了此次沙塵暴對北京地區(qū)造成的沙塵天氣情況下沙塵氣溶膠的光學(xué)厚度，分別為0.534和0.621。
　?。?）2001年~2013年的北京沙塵天氣分析結(jié)果：北京沙塵天氣期間受沙塵粒子的影響，氣溶膠光學(xué)厚度值較大，隨波長的增大而減小，在波長440nm處最大，平均值約為1.2；氣溶膠Angstrom波長指數(shù)97.62％均聚集

6、在0.7以下，說明北京沙塵天氣期間粒子較大；沙塵天氣期間單次散射反照率隨波長增加而增加，平均值約為0.93；復(fù)折射指數(shù)實(shí)部在波長675nm處最大，平均約為1.55，虛部在440nm處最大，平均值達(dá)到0.006；總的不對稱因子平均值約為0.72；北京地區(qū)沙塵天氣期間氣溶膠粒子譜型成雙峰分布，且以粗模態(tài)粒子為主，其峰值隨光學(xué)厚度的增大而增大，粗模態(tài)粒子的峰值半徑平均約為2.6μ m；北京地區(qū)的沙塵天氣主要集中在春季和冬季，且經(jīng)過一系列有效的

7、沙塵治理手段，北京地區(qū)的受沙塵天氣影響的天數(shù)呈減小的趨勢。
　?。?）北京地區(qū)氣溶膠光學(xué)特性具有很強(qiáng)的季節(jié)性變化：春季和冬季的氣溶膠光學(xué)厚度平均值大于夏季和秋季；北京地區(qū) Angstrom指數(shù)春季和冬季較小，春季的Angstrom指數(shù)平均值最?。?.93），這主要是因?yàn)楸本┑貐^(qū)春季和冬季是沙塵天氣的多發(fā)季節(jié)，有大量的粗沙塵粒子存在造成的；而夏季和秋季主要是人為污染型細(xì)粒子氣溶膠，所以α較大，分別是1.21和1.12。從AERONE

8、T數(shù)據(jù)反演得到的降水量發(fā)現(xiàn)，北京地區(qū)降水量較小的春季和冬季對應(yīng)的氣溶膠的光學(xué)厚度值較大，降水量較大的夏季和秋季氣溶膠光學(xué)厚度值相對較小，說明降水對氣溶膠沖刷對大氣有一定的清潔作用。北京地區(qū)氣溶膠體積譜分布呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性變化，夏季以細(xì)模態(tài)粒子為主，且比其他季節(jié)的體積濃度都大；春季由于受到沙塵粗粒子氣溶膠的影響而呈現(xiàn)以粗模態(tài)粒子為主的特點(diǎn)，春季的粗模態(tài)粒子的體積濃度最大（0.13μm3μm-2），約是細(xì)模態(tài)粒子體積濃度的2.5倍。