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

1、隨著經濟的發(fā)展和城市化進程的加快，北京及其周邊環(huán)渤海地區(qū)的大氣污染問題日益嚴重，對人類的生活環(huán)境產生嚴重的影響。因此，對北京地區(qū)進行長期有效的氣溶膠觀測研究，并了解大氣污染環(huán)境下氣溶膠的光學特性，對改善空氣質量、評估區(qū)域大至全球的氣溶膠輻射強迫和了解氣候變化都是至關重要的。
　　本文主要結合MODIS數據、CALIPSO數據和AERONET觀測網數據，采用交互式數據語言IDL（Interactive Data Language）處

2、理數據的方法研究北京地區(qū)氣溶膠的光學特性。首先以2013年3月的典型沙塵天氣作為個例進行分析，采用CALIPSO和MODIS數據，根據532nm波長的衰減后向散射系數β’532（Z）和雙波長信號比χ’的 SCA法對氣溶膠和云進行區(qū)分；然后采用 CLIM方法來進一步識別沙塵氣溶膠，給出了沙塵識別的結果；再利用HYSPLIT模式和NAAPS氣溶膠模式進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特性，統(tǒng)計分析北京地區(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、復折射指數以及體積譜分布等光學特性參數，統(tǒng)計分析北京地區(qū)2002~2013年氣溶膠光學特性的季節(jié)性變化。研究結果如下：
　?。?）從各光學特性參數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。
　?。?）以2013年3月9~11日典型沙塵天氣作為個例分析的結果表明：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)現此次沙塵起源于南疆盆地和內蒙古中西部地區(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量影響顯著，主要污染物從PM2.5轉換為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厚度，分別為0.534和0.621。
　?。?）2001年~2013年的北京沙塵天氣分析結果：北京沙塵天氣期間受沙塵粒子的影響，氣溶膠光學厚度值較大，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；復折射指數實部在波長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呈減小的趨勢。
　?。?）北京地區(qū)氣溶膠光學特性具有很強的季節(jié)性變化：春季和冬季的氣溶膠光學厚度平均值大于夏季和秋季；北京地區(qū) Angstrom指數春季和冬季較小，春季的Angstrom指數平均值最小（0.93），這主要是因為北京地區(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粒子氣溶膠，所以α較大，分別是1.21和1.12。從AERONE

8、T數據反演得到的降水量發(fā)現，北京地區(qū)降水量較小的春季和冬季對應的氣溶膠的光學厚度值較大，降水量較大的夏季和秋季氣溶膠光學厚度值相對較小，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明顯的季節(jié)性變化，夏季以細模態(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以粗模態(tài)粒子為主的特點，春季的粗模態(tài)粒子的體積濃度最大（0.13μm3μm-2），約是細模態(tài)粒子體積濃度的2.5倍。