基于神经网络的太阳辐射模拟——以华东地区为例

这是一篇关于遥感,太阳辐射,神经网络,MODIS,云,气溶胶,水汽的论文, 主要内容为太阳辐射是地球上的主要能量来源,几乎为地球上一切生物提供能量,太阳辐射决定着地表能量的收支平衡。太阳辐射数据是农作物模型、水文模型及气候变化模型等的重要参数,定量模拟太阳辐射对了解全球及区域气候变化至关重要。全球太阳辐射观测站点稀少且分布不均,仅利用稀少的辐射站点数据进行内插或者外推得到的辐射数据精度较低,因此,太阳辐射数据的缺乏限制了相关领域的研究。影响太阳辐射变化的不确定因素较多,并且各影响因素会相互影响,而BP(Back Propagation)神经网络模型具有较强的非线性处理能力,但以往太阳辐射的模拟研究都是基于单个站点,且BP神经网络模型存在收敛速度慢、训练时间长等问题,为了克服BP算法的这些缺点,本文利用LM(Levenberg-Marquardt)算法优化过的BP神经网络,即LM-BP神经网络模型来模拟太阳辐射。现有的神经网络模型在模拟太阳辐射时很少考虑云、气溶胶、水汽等高空大气因素对太阳辐射的影响,因此本文在全面分析各种因素对太阳辐射影响的基础上,将MODIS提供的气溶胶、云、水汽高空大气遥感产品和常规气象数据结合,利用LM-BP模型来模拟太阳辐射。由于华东地区的数据质量较好,所以本文将华东地区作为实验区来验证本文太阳辐射模拟的方法。本文利用了华东地区90个常规气象站点20012014年的纬度、海拔、气溶胶光学厚度、云量、云光学厚度、可降水水汽、日照时数、气压以及气温输入LM-BP神经网络模型模拟了常规气象站的太阳辐射月均值,并用辐射站点的实测数据验证了该模型,该模型的拟合优度高达0.95,均方根误差基本控制在2 MJ·m-2以内,平均偏离误差基本在-1 MJ·m-2到1 MJ·m-2之间,精度较高。最后,结合13个辐射站点的实测值,通过空间插值得到该区太阳辐射月均值的空间分布,并分析了其时空分布特征。通过本文的研究得出以下结论:(1)日照时数、风速和太阳辐射呈正相关关系,气压、气溶胶、可降水水汽、云光学厚度、云量和太阳辐射呈负相关关系,整体上,各因素对不同区域太阳辐射的影响程度不同。(2)太阳辐射穿过大气层到达地表时,云、气溶胶、水汽等大气因子对太阳辐射的影响较大,在模拟太阳辐射时应该考虑这些因素。(3)本文通过建立不同结构的神经网络模拟模型,与实测值对比发现,在纬度、海拔、日照时数、气压、气温的基础上,加入气溶胶光学厚度、云量、云光学厚度、可降水水汽之后模型的模拟精度最高,拟合优度高达0.95,均方根误差最小值仅为0.57 MJ·m-2,平均偏离误差基本在-1 MJ·m-2到1 MJ·m-2之间,平均百分比误差基本控制在10%以内。(4)将MODIS和常规气象数据结合利用LM-BP神经网络来模拟太阳辐射是一种很好的太阳辐射模拟方法,适合对辐射观测稀少地区的太阳辐射进行模拟。(5)华东地区20012014年地表太阳辐射的变化率在-0.060.18之间,整体呈增大趋势;华东地区20012014年1月至12月的月均值变化为7.0223.89 MJ·m-2,整体呈现“中间低,两边高”的分布特征;四季的太阳辐射月均值的变化范围为724 MJ·m-2,从整体分布来看,夏季太阳辐射最强,其次为春季、秋季,冬季太阳辐射最弱。

基于中尺度气象模型数据的突发事故污染评估研究

这是一篇关于气象数据,突发事故,中尺度模式,模拟系统,气溶胶的论文, 主要内容为近年来,除了时有常规污染事件发生,全球范围内突发性重大污染事故发生频率提高。对于模拟污染物在较大范围内的扩散情况,传统的小尺度模型适用性不足。此外,与常规污染相比,突发污染事故会为污染物提供向上的动力,使其从高空中开始扩散传输,延长其在大气中的滞留时间,此时,大粒径气溶胶颗粒物的影响不容忽视。而现阶段常用于环境研究的中尺度数值模型存在对大粒径粒子评估考虑不足的问题。本研究拟在WRF-CMAQ模式的基础上,开发适用于突发事故污染评估系统,采用全球再分析资料(FNL)、全球探空和地表观测数据,基于中尺度模式WRF对陕西省与周边地区2020年的气象场展开模拟,并进行气象数据校验。模拟结果较好地再现了观测数据,得到符合我国气象条件的WRF中尺度模式主要物理过程参数化方案。考虑突发事故产生的高抛大粒径粒子受到大气中平流输送和重力沉降等作用,开发大粒子输运模块,以模拟出高抛大粒径粒子的传输路径、输送距离与落点分布情况,并研究大粒子输送特征。研究发现,大粒径粒子受重力沉降作用较为明显,主要影响范围约为10-300km。粒径40-80μm粒子的最大传输距离约为780km,是粒径100-280μm粒子最大传输距离的4倍。并且释放高度每增加2-3km,大粒子输运距离集中分布的公里数也增加20-50km。在突发事故污染评估系统中开展污染物质的扩散模拟研究,模拟污染物的扩散情况与污染程度,量化多个排放源特征与外部环境对污染物扩散的影响。地面排放源和高空排放源的合理排放强度范围分别为1.2×103d/s-1.2×1010d/s和1.2×103d/s-1.2×1012d/s。污染程度上呈现出的倍数关系与排放强度的倍数关系保持一致。结合污染物烟云的衰减程度和浓度峰值来定义污染物水平扩散面积,高空排放的污染物浓度衰减80%时的扩散面积能达到2000km2,约是地表排放时的20倍。高空排放时污染物扩散速度最大约为600km2/h,污染物消散速度最大能达到780km2/h。由于受到陕西省南部季风和山地地形的影响,春季污染物扩散范围最小,冬季扩散范围最广。冬季污染物浓度衰减80%时的扩散面积约是夏季的7倍,约是春秋季的20倍。平原地形下污染物浓度衰减80%时的扩散面积约是山地的2-8倍不等。该突发事故污染评估系统可应用于模拟我国气象条件下突发事故产生的污染物扩散情况。

基于MAX-DOAS的气溶胶廓线验证及其垂直演变规律

这是一篇关于气溶胶,垂直廓线,MAX-DOAS,相关性,颗粒物污染的论文, 主要内容为颗粒物由于寿命长,通常会随风向下风向输送。全国建立了1000多个观测站点,基本获取了气溶胶的分布情况,但由于这一输送现象不仅局限于近地层,在边界层上部甚至自由大气都很强烈,因此仅靠近地面观测无法捕捉。现阶段,亟需开发实时在线观测手段对气溶胶的垂直廓线进行研究,从而服务于我国空气污染防治。多轴差分光学吸收光谱(MAX-DOAS)作为实时、在线、连续的观测手段,成为了当前的热点,但其适用性却为得到有效评估。本研究于2019年在中国科学院大气物理研究所利用地基MAX-DOAS对北京地区大气光谱垂直廓线进行了观测。基于最优估算法(OEM)以及最小二乘光谱拟合法,并以辐射传输模型SCIATRAN作为前向模型,利用海德堡廓线(HEIPRO)算法反演得到气溶胶消光系数的垂直廓线,通过对气溶胶消光系数在其路径的积分获得气溶胶光学厚度(AOD)。为了验证MAX-DOAS监测大气气溶胶廓线的适用性,利用地基太阳光度计观测的AOD和云高仪的后向散射系数柱浓度与MAX-DOAS观测的AOD进行柱总量的对比;利用高塔观测的颗粒物质量浓度垂直廓线与MAX-DOAS的气溶胶消光系数垂直廓线进行0～300m的对比;利用云高仪观测到的后向散射系数与MAX-DOAS的气溶胶消光系数垂直廓线进行300～4000m对比,从而验证了MAX-DOAS在不同季节、不同污染过程、不同空间尺度的适用性,获得了气溶胶垂直廓线数据集,并分析了气溶胶垂直演变规律。本文研究的主要结果如下:(1)MAX-DOAS观测的气溶胶柱浓度与太阳光度计和云高仪观测的柱浓度呈现极强的相关性,分别为0.9和0.8,表明MAX-DOAS柱浓度观测有较高的精度和准确度。塔基梯度观测数据和激光云高仪垂直廓线的观测表明,重霾期间、光化学生成时段,MAX-DOAS观测的气溶胶廓线与塔基梯度观测呈现极好的相关性,相关性可达0.9和0.85,与激光云高仪垂直廓线在1km以下相关性也较高,均可达到0.8左右。在对细沙尘有着良好响应能力的同时,我们发现气溶胶廓线与塔基梯度观测数据以及激光云高仪垂直廓线的相关性在高空下降最为的明显。(2)利用校验后的气溶胶垂直廓线数据,获取了气溶胶廓线的季节变化规律,发现气溶胶廓线随高度呈现指数下降趋势,气溶胶平均消光系数在近地层都出现了先下降后升高的情况(除冬季外)。但不同季节呈现不同规律,夏季随高度下降最缓慢,在0～2km高度内从0.34km-1下降到0.15km-1,冬季下降最快,在0～1km高度内就从0.31km-1下降到0.13km-1,同时夏季气溶胶消光系数在高空最高。通过获得的数据集,进行AOD与气溶胶消光系数廓线的日变化研究,春、冬两季呈现出“上午低、下午高”的变化,而夏、秋两季正好相反,并且这种变化的转折点都是发生在12时。本研究相较以往的研究具有如下的创新之处:利用多种垂直观测手段,评估了MAX-DOAS反演气溶胶廓线的适用性,获取了北京地区完整一个年度气溶胶垂直廓线的数据集,并分析了其垂直演变规律。

北京地区紫外辐射时间变化特征及其对气溶胶和云的响应

这是一篇关于紫外辐射,气溶胶,TUV辐射传输模式,衰减率,变化特征的论文, 主要内容为紫外辐射(Ultraviolet Radiation)是指太阳短波辐射光谱区在100～400 nm的辐射,紫外辐射制约着大气层绝大多数的光化学反应,大气中几乎所有的均相化学过程都直接或间接地与紫外辐射有关;虽然其能量在太阳辐射能中只占很小的比例(约5%左右),但由于其强烈的生物、化学效应,以及对人类健康、大气环境的影响,使紫外辐射的研究日益成为当前辐射观测研究的前沿和热门课题。但是由于紫外辐射的观测开展较晚,导致对紫外辐射长期变化特征及其成因的研究还存在明显的不足,结合辐射传输模式定量评估气溶胶对紫外辐射影响的研究也比较匮乏。为了弥补紫外辐射长期变化特征研究的不足,本文利用中国科学院大气物理研究所铁塔分部气溶胶云辐射综合观测平台2005～2020年观测的总辐射、紫外辐射、PM2.5质量浓度、常规气象要素及AERONET北京站观测的气溶胶光学特性数据,分析北京地区2005～2020年紫外辐射变化特征,揭示了气溶胶光学特征对北京地区紫外辐射变化的影响;通过利用TUV(Troposphere Ultraviolet and Visible)辐射传输模式分析紫外辐射对气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)和单次散射反照率(Single Scattering Albedo,SSA)的敏感性,定量评估了气溶胶和云对紫外辐射衰减的贡献量,为该区域气溶胶云辐射变化的研究提供科学数据支持。主要研究结果如下:1.紫外辐射呈现出明显的日、季节变化特征。日变化呈明显的单峰型,即早晚小中午大的变化规律;极大值(16.26 W/m2)出现在正午12点,而极小值(5.64 W/m2)则出现在上午8点。不同季节紫外辐射的日变化规律一致,表现为夏季>春季>秋季>冬季的特征,但日均值和极值有较大差异。春夏秋冬紫外辐射的日均值依次为14.61 W/m2、15.52 W/m2、9.77W/m2、6.37 W/m2;夏季紫外辐射日变化的极小值(9.91 W/m2),基本与冬季紫外辐射的极大值(10.11 W/m2)相持平;夏季紫外辐射的极大值(20.35 W/m2)趋近于冬季紫外辐射极大值的2倍。紫外辐射的季节变化规律为:春夏强,秋冬弱,极大值和极小值分别出现在6月(12.17 W/m2)和12月(5.40 W/m2)。2.2005～2020年北京地区紫外辐射多年呈现波动变化,整体上略有上升。北京地区紫外辐射与晴空指数变化趋势基本一致,它们存在正相关关系,相关性系数R为0.85。紫外辐射与气溶胶光学厚度(AOD)出现反位相的变化趋势,相关性系数R为-0.7。北京地区紫外辐射与PM2.5也呈现出反位相的变化趋势,相关性系数R为-0.83。3.利用TUV辐射传输模式结合原位观测数据定量评估气溶胶和云对到达地面的紫外辐射衰减的贡献;进行敏感性分析发现紫外辐射对AOD的变化更敏感,将SSA固定为0.9,当AOD从0.2增加到1.0时,紫外辐射从21.16 W/m2减小到12.64 W/m2;而当AOD维持0.64时,SSA从0.7增加到0.95,紫外辐射从14.55 W/m2增加到19.91 W/m2。2005～2020年气溶胶和云对紫外辐射衰减率的年均值分别为30.64%、40.22%;气溶胶和云对紫外辐射衰减率的月均值分别为30.48%、42.04%;气溶胶和云对紫外辐射衰减率的日均值分别为31.02%、50.45%。

基于MAX-DOAS的气溶胶廓线验证及其垂直演变规律

这是一篇关于气溶胶,垂直廓线,MAX-DOAS,相关性,颗粒物污染的论文, 主要内容为颗粒物由于寿命长,通常会随风向下风向输送。全国建立了1000多个观测站点,基本获取了气溶胶的分布情况,但由于这一输送现象不仅局限于近地层,在边界层上部甚至自由大气都很强烈,因此仅靠近地面观测无法捕捉。现阶段,亟需开发实时在线观测手段对气溶胶的垂直廓线进行研究,从而服务于我国空气污染防治。多轴差分光学吸收光谱(MAX-DOAS)作为实时、在线、连续的观测手段,成为了当前的热点,但其适用性却为得到有效评估。本研究于2019年在中国科学院大气物理研究所利用地基MAX-DOAS对北京地区大气光谱垂直廓线进行了观测。基于最优估算法(OEM)以及最小二乘光谱拟合法,并以辐射传输模型SCIATRAN作为前向模型,利用海德堡廓线(HEIPRO)算法反演得到气溶胶消光系数的垂直廓线,通过对气溶胶消光系数在其路径的积分获得气溶胶光学厚度(AOD)。为了验证MAX-DOAS监测大气气溶胶廓线的适用性,利用地基太阳光度计观测的AOD和云高仪的后向散射系数柱浓度与MAX-DOAS观测的AOD进行柱总量的对比;利用高塔观测的颗粒物质量浓度垂直廓线与MAX-DOAS的气溶胶消光系数垂直廓线进行0～300m的对比;利用云高仪观测到的后向散射系数与MAX-DOAS的气溶胶消光系数垂直廓线进行300～4000m对比,从而验证了MAX-DOAS在不同季节、不同污染过程、不同空间尺度的适用性,获得了气溶胶垂直廓线数据集,并分析了气溶胶垂直演变规律。本文研究的主要结果如下:(1)MAX-DOAS观测的气溶胶柱浓度与太阳光度计和云高仪观测的柱浓度呈现极强的相关性,分别为0.9和0.8,表明MAX-DOAS柱浓度观测有较高的精度和准确度。塔基梯度观测数据和激光云高仪垂直廓线的观测表明,重霾期间、光化学生成时段,MAX-DOAS观测的气溶胶廓线与塔基梯度观测呈现极好的相关性,相关性可达0.9和0.85,与激光云高仪垂直廓线在1km以下相关性也较高,均可达到0.8左右。在对细沙尘有着良好响应能力的同时,我们发现气溶胶廓线与塔基梯度观测数据以及激光云高仪垂直廓线的相关性在高空下降最为的明显。(2)利用校验后的气溶胶垂直廓线数据,获取了气溶胶廓线的季节变化规律,发现气溶胶廓线随高度呈现指数下降趋势,气溶胶平均消光系数在近地层都出现了先下降后升高的情况(除冬季外)。但不同季节呈现不同规律,夏季随高度下降最缓慢,在0～2km高度内从0.34km-1下降到0.15km-1,冬季下降最快,在0～1km高度内就从0.31km-1下降到0.13km-1,同时夏季气溶胶消光系数在高空最高。通过获得的数据集,进行AOD与气溶胶消光系数廓线的日变化研究,春、冬两季呈现出“上午低、下午高”的变化,而夏、秋两季正好相反,并且这种变化的转折点都是发生在12时。本研究相较以往的研究具有如下的创新之处:利用多种垂直观测手段,评估了MAX-DOAS反演气溶胶廓线的适用性,获取了北京地区完整一个年度气溶胶垂直廓线的数据集,并分析了其垂直演变规律。

利用地基观测资料研究兰州郊区气溶胶光学性质

这是一篇关于气溶胶,多尺度云识别算法,沙尘,退偏比,激光雷达的论文, 主要内容为气溶胶作为大气的重要组成成分之一,对地球大气系统具有深远的影响。黄土高原作为典型半干旱区,每年向大气排放大量沙尘粒子,获取黄土高原气溶胶时空分布及其年、季节、月变化对评估气溶胶对气候变化的影响意义重大。本文利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)地基观测资料分析了兰州郊区气溶胶的光学特性,并且在已有的Klett-Fernald激光雷达算法基础上加以改进,增加了多尺度云识别算法,较以往研究具有信噪比要求低的优点。主要结果如下:(1)利用双波长偏振激光雷达、太阳光度计以及多角度吸收光度计分析了SACOL气溶胶光学参数的频率分布状况。利用退偏比、气溶胶光学厚度、有效半径、黑碳气溶胶质量浓度综合分析气溶胶的光学性质,探讨了SACOL各季节污染物主要来源及其原因。结果表明:SACOL气溶胶退偏比年均值为0.12±0.08,变化范围集中在0-0.15;有效半径年均值为0.53±0.21μm,变化范围集中在0.3-0.6μm;气溶胶光学厚度年均值为0.28±0.27,变化范围集中在0-0.4;黑碳气溶胶质量浓度年均值为1.63±1.25μg/m3,变化范围集中在0-2μg/m3;消光系数年垂直分布在0-3km变化幅度较大,并且随高度先增加后减小,峰值位于1km附近,数值约为0.1km-1;退偏比年垂直分布在0-3km变化幅度较小,数值主要集中在0.15左右。(2)退偏比春夏秋冬四季均值分别为0.17±0.1、0.09±0.07、0.09±0.07、0.12±0.08。整体变化趋势从1月开始上升,4月达到峰值0.2±0.09,此后逐渐下降,9月达到全年最低值0.08±0.07。有效半径春夏秋冬四季均值分别为0.63±0.24、0.42±0.13、0.44±0.12、0.59±0.24μm。整体变化趋势从1月开始缓慢上升,3、4月达到峰值,分别为0.63±0.21和0.63±0.23μm,此后开始下降,最小值在8月,数值为0.4±0.09μm。气溶胶光学厚度春夏秋冬四季均值分别为0.38±0.33、0.21±0.22、0.20±0.20、0.27±0.24。气溶胶光学厚度全年最高值分布在3、4月,数值分别为0.42±0.35、0.42±0.34,全年最低值分布在6月,数值为0.19±0.18。黑碳气溶胶质量浓度春夏秋冬四季均值分别为1.03±0.76、1.2±0.7、1.93±1.28、2.35±1.56μg/m3。峰值浓度在1月,数值为2.37±1.12μg/m3,谷值浓度在4月,数值为0.94±0.6μg/m3。消光系数春季峰值在1km附近,数值分布于0.15km-1左右,并且0.5-2km消光系数比夏秋冬三个季节均大。秋季和冬季消光系数变化特征类似,均是随高度的增加而减小,冬季由于燃煤取暖原因近地面消光系数较大。退偏比垂直分布春季最大,冬季次之,夏秋季最小。(3)利用双波长偏振激光雷达和黑碳仪观测了兰州大学半干旱气候与环境观测站2010年3月16日至3月22日的一次沙尘过程。此次沙尘源地主要有两个,包括塔克拉玛干沙漠和敦煌附近的沙源地。沙尘过程以偏北风为主导风向,占比超过了10%,西北风风速最高达到7m/s。研究发现沙尘到达SACOL后,激光雷达后向散射信号突然增加,退偏比主要分布在0.2到0.4之间,?ngstr?m指数主要分布在0.5到1.0之间,气溶胶光学厚度平均值为0.6。沙尘期间气溶胶粒子主要为非球形粗模态粒子,粒径集中在2μm附近。此外还利用黑碳仪测量了吸收性气溶胶的质量浓度以及吸收系数。非沙尘期间吸收性气溶胶平均质量浓度为1.3μg/m3,沙尘期间吸收性气溶胶平均质量浓度增加到了1.8μg/m3。吸收性气溶胶质量浓度峰值主要集中在08:00和20:00左右。气溶胶吸收系数与质量浓度趋势分布一致,并且沙尘期间气溶胶吸收系数显著增加。

东海大气气溶胶中二元羧酸的浓度分布及其形成和来源研究

这是一篇关于二元羧酸,气溶胶,粒径分布,东海的论文, 主要内容为低分子量的二元羧酸是有机气溶胶的重要组分之一，它们因具有较低的蒸汽压，极易富集在气溶胶颗粒物上，从而改变大气颗粒物的吸湿性，影响颗粒物的粒径分布和云凝结核(CCN)活性。同时二元羧酸还可以降低CCN的表面张力，改变成云过程，影响全球的能量平衡，进而影响区域和全球气候。因此，对大气气溶胶中二元羧酸的研究具有十分重要的意义。 利用2011年5月12日—6月6日和8月12日—28日在东海采集的大气总悬浮颗粒物样品(TSP)和Anderson分级气溶胶样品，分析其中二元羧酸和常量离子的浓度，讨论东海气溶胶中二元羧酸的粒径分布和时空分布特征以及气团来源和不同天气条件对气溶胶中二元羧酸的影响，并探讨了气溶胶中二元羧酸的形成过程，为认识中国近海大气中二元羧酸对区域气候的影响奠定基础。 研究结果表明：春季和夏季东海大气TSP样品中乙二酸、丙二酸和丁二酸的浓度分别为26.01475.5ng·m-3、0.161.4ng·m-3和0.1132.4ng·m-3；74.5478.6ng·m-3、0.644.6ng·m-3和1.364.7ng·m-3。乙二酸在这三种二元羧酸中的贡献最大，占到87%以上。大气气溶胶中总二元羧酸的平均浓度春季高于夏季，但春季受来自海洋气团影响的样品中总二元羧酸的平均浓度低于夏季样品。东海大气TSP样品中二元羧酸浓度的昼夜变化不显著，但粒径＞2.1μm的粗粒子中二元羧酸质量分数夜晚高于白天。气溶胶中的二元羧酸浓度的空间分布整体呈现近海高，远海低的趋势。 气团来源和迁移路径以及气象因素影响气溶胶中二元羧酸的浓度分布。在春季，气团来自污染较重的陆源，气溶胶中二元羧酸的浓度较高，气团来自清洁的海洋源，二元羧酸的浓度则较低；阴雾天气时气溶胶中二元羧酸浓度相对较高；在夏季，东海大气气溶胶基本受到来自海洋的气团影响，二元羧酸浓度与气温呈反相关关系。降雨对春季和夏季气溶胶中的二元羧酸都有明显的清除作用。 二元羧酸与常量离子相关性分析表明，春季，东海大气气溶胶中的二元羧酸主要来自自然源和人为源释放的挥发性有机物质在液相中的氧化，而汽车尾气和生物质燃烧的一次排放以及碱性粗颗粒吸收气体二元羧酸不是主要源；夏季，气溶胶中的二元羧酸则主要来自挥发性有机物在液相中的氧化，一次源对其贡献较小。乙醛酸等的液相氧化生成的乙二酸和长链二元羧酸液相氧化生成的乙二酸对东海气溶胶中乙二酸的贡献，春季分别为41%和59%，夏季分别为75%和25%。 东海春季近海气溶胶中乙二酸和丁二酸呈双峰分布，丙二酸呈单峰分布；远海气溶胶中乙二酸、丙二酸和丁二酸均呈双峰分布，远海气溶胶中二元羧酸在粗粒子上的分布高于近海。远海和近海气溶胶中二元羧酸不同的粒径分布表明其有不同的来源或形成路径。近海气溶胶中，主要分布在液滴模态上的二元羧酸来自生物质燃烧排放的有机前体物在远距离运输过程中发生的光化学氧化生成，少量分布在粗粒子上的二元羧酸则与海洋源有关；远海气溶胶中，液滴模态上的二元羧酸与海洋释放有机前体物的光化学氧化过程有关，粗粒子上的二元羧酸则来自不饱和脂肪酸在颗粒物表明发生的非均相反应生成。夏季，东海气溶胶中二元羧酸呈现双峰分布，细粒子上的二元羧酸来自生物质燃烧以及海洋释放的有机前体物在液相中的氧化；而海洋释放的不饱和脂肪酸在粗粒子表面发生的非均相反应是粗粒子上二元羧酸的主要来源。

北京和南京地区气溶胶特性对大气边界层高度影响的对比研究

这是一篇关于气溶胶,边界层高度,激光雷达的论文, 主要内容为大气边界层高度(PBLH)对云、对流以及大气污染的发展、演变起着重要作用。然而,长期连续测量大气边界层高度的试验较少,且不同区域背景下城市气溶胶理化特性对大气边界层高度的影响机理尚不明确。京津冀和长三角是中国两大城市群,北京和南京分别为京津冀和长三角区域的代表性城市,本研究分别在这两个城市进行了长期的大气—气溶胶—边界层—云综合观测实验,分析了不同地区大气边界层高度(PBLH)的变化差异以及PM2.5理化特性对大气边界层高度影响机制的差异。研究结果表明,北京大气边界层高度明显低于南京大气边界层高度,并且月变化趋势基本一致。对于夏季大气边界层高度,北京比南京平均低200m左右,而北京地区PM2.5质量浓度相比于南京较高。同时PM2.5质量浓度的日变化对的大气边界层高度日变化影响较大。大气边界层高度和PM2.5浓度之间存在很强的相互作用。PM2.5质量浓度的升高导致太阳辐射的减少抑制了大气边界层(PBL)的发展,这进一步抑制了低层气溶胶的汇聚,产生了较高的PM2.5质量浓度。研究结果表明,大气边界层高度与PM2.5质量浓度呈非线性反相关关系。PM2.5对大气边界层的演变表现出显著的影响。低PM2.5质量浓度条件下的白天大气边界层比高PM2.5质量浓度条件下的白天大气边界层发展更剧烈。对比两个地区各季节研究表明:春、冬季节的PM2.5质量浓度对大气边界层发展的影响更为敏感;而相比南京地区来说,北京地区的各季节大气边界层高度随PM2.5质量浓度变化更小,但相关性更高。通过对比分析两个地区散射性气溶胶质量浓度与黑碳(BC)浓度的比值r BC与大气边界层高度的关系得出:北京地区的散射性气溶胶相比BC来说对大气边界层高度的发展影响更大,而南京地区的气溶胶的化学组分对大气边界层的发展影响相对较小。

黄渤海海域和北京地区大气气溶胶物理特性研究

这是一篇关于气溶胶,数密度,数密度谱,气溶胶体积谱,小颗粒比例的论文, 主要内容为本文首先利用2011年6月黄海航次和11-12月黄渤海航次上LAP321激光气溶胶粒度谱仪的测量数据，获得并分析了每个站位的大气气溶胶粒子数密度及数密度谱，探索了气溶胶数密度与风向、风速的关系；然后采用AERONET网站数据研究了北京地区气溶胶粒子体积谱的季节性分布规律，并讨论了粒子大小与单次散射率的关系等；最后结合CALIPSO卫星数据探讨了大气垂直方向上云和气溶胶的分布特征。 研究发现：受人类活动影响较大的近岸海域，气溶胶数密度值比较大，尤其是粒子半径为0.15μm1.0μm的气溶胶粒子。在该海域，除了沙尘暴等恶劣自然现象的影响之外，人为活动和雾霾天气是影响气溶胶数密度值增大的主要因素，而空气相对湿度对气溶胶粒子数密度的影响较小，可作为辅佐因子考虑。距离海岸较远的海域上，受人类活动影响较小，半径在1.0μm2.0μm范围的气溶胶粒子主要出现在风源附近，以及风速由小变大的海域附近，大部分粒子是由海-气交换等过程产生的较小尺度的海盐气溶胶。影响半径在2.0μm5.0μm范围的气溶胶粒子的主要因子是风速，大风使海表面上的浪花破碎产生飞沫，从而形成尺度较大的海盐气溶胶粒子。 根据AERONET的气溶胶月平均数据，对北京市大气气溶胶体积谱的季节性变化，气溶胶体积谱与光学厚度、ngstrm指数、小颗粒比例以及单次散射反照率的关系进行分析。结果表明：北京市气溶胶体积谱的最大峰值在春季主要由沙尘贡献(峰值半径约为3μm，粗模态)，在夏季主要受温度和湿度的影响(峰值半径约为0.25μm，细模态)。在吸收性粒子浓度较低情况下，细模态粒子占主导地位时，单次散射反照率随波长的增大而减小，粗模态粒子占主导地位时，单次散射反照率随波长的增大而增大。 根据CALIPSO卫星数据，得到衰减的向散射强度和色比图，研究了云和大气气溶胶的垂直结构。此外，在没有不可穿透云的地区，通过衰减的后向散射和后向散射色比数据，能有效分辨出陆地和海表面，即通常情况下，海表面上色比χ’>0.2，陆地上色比χ’<0.2。