论文部分内容阅读
大气气溶胶的环境效应和气候效应越来越引起人们的关注。大气气溶胶不仅来源复杂，而且在时间和空间上具有很大的不确定性。因此，加强大气气溶胶物理化学性质的长期连续观测对于了解空气质量状况、评估大气气溶胶的气候效应具有重要意义。为研究我国长江三角洲地区大气气溶胶的性质，本文利用位于上海市杨浦区复旦大学校园内的大气气溶胶观测站，对气溶胶的浓度、光学性质和局地气象条件进行了为期两年（2011年1月-2012年12月）的连续观测。通过对观测数据的分析，研究了上海城区大气PM2.5质量浓度和气溶胶光学特性的变化特征。上海城区大气PM2.5质量浓度年均值为43.8±28.7μg/m3，超过《环境空气质量标准》（GB3095-2012）二级浓度限值，24小时平均值的一、二级达标率分别为47.9%和87.1%。从季节变化来看，PM2.5质量浓度冬季最高，春秋季其次，夏季最低。从季节内分布来看，冬夏季分布较分散，春秋季分布则相对集中。气象要素对PM2.5质量浓度的季节变化有较大影响：气温与PM2.5质量浓度呈负相关关系；风速风向能够影响气溶胶的来源和浓度；降水对PM2.5有一定的去除效应。以上因素共同作用，使得上海城区冬季PM2.5质量浓度高于夏季。PM2.5质量浓度的日变化呈现―双峰‖结构，两个峰值分别出现在凌晨1时和5时。上海城区大气气溶胶散射系数的年平均值为210.9±181.8Mm-1。散射系数的季节分布为春季最大，夏季最低。大气气溶胶吸收系数的年平均值为18.7±13.0Mm-1。吸收系数的季节分布为秋季和夏季最大，春季最低。大气气溶胶散射、吸收系数的日变化都呈“双峰”结构，后者的两个峰值更为明显，分别出现在8时和20时，对应早晚交通流量高峰时间。气溶胶散射、吸收系数均与PM2.5质量浓度有较好的相关性，相关系数分别达到0.94和0.86。风速风向能够影响气溶胶散射、吸收系数的变化，当风来自偏东方向或者风速较大时，散射、吸收系数较小；反之当风来自偏西方向或者风速较小时，散射、吸收系数较大。微脉冲激光雷达的观测资料能够反演大气气溶胶消光系数的垂直分布，并进一步得到大气混合层高度和气溶胶光学厚度。上海城区混合层高度的年平均值约为0.79km，夏季最高，冬季最低。大气混合层高度的日变化呈“单峰”结构，夏季高混合层维持的时间远大于冬季。大气气溶胶光学厚度年平均值为0.31，混合层内气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth，AOD）与整层气溶胶光学厚度的比值约为0.69，说明混合层以下气溶胶的消光作用占有较大比重，但混合层以上气溶胶的消光作用亦不可忽视。大气混合层AOD与整层AOD比值的日变化为白天较高，夜晚较低。这是因为夜晚一部分气溶胶粒子滞留在剩余层，增大了夜间大气边界层以上气溶胶消光作用的比重。2011年4月14-15日在上海发生了一次典型污染过程。分析结果表明，2011年4月14、15日PM2.5平均质量浓度分别为78.9μg/m3和115.9μg/m3，均超过二级标准浓度限值。该污染过程形成于稳定天气形势下污染物的积累，结束于短时降水和冷空气南下的共同作用。本次过程大气污染物主要来源于上海本地及其西侧的局地污染。污染过程中大气气溶胶散射、吸收系数的变化趋势与PM2.5浓度变化趋势相一致，日平均值和小时平均值均远超出平均水平。大气气溶胶消光系数的垂直分布受污染物浓度、气象条件、垂直对流等因素的共同影响。