基于CALIPSO和转动拉曼-米散射激光雷达研究北京地区大气气溶胶特性

为提高大气气溶胶参数反演结果的准确性,结合实验室研制的转动拉曼-米散射激光雷达和NASA的CALIPSO,仅用2个激光雷达的弹性后向散射信号,无需对激光雷达比进行假设,反演出了2012年春季北京上空晴天、雨后、阴霾天气的气溶胶光学参数的垂直分布. 结果表明:此方法可有效地获取气溶胶消光系数和后向散射系数的垂直分布;气溶胶的消光系数值在阴霾天气最高,晴天次之,雨后最低.      

拉曼-米激光雷达污染环境下气溶胶散射系数反演

提出一种针对雾霾等大气污染环境下近地面区域气溶胶后向散射系数的修正反演方法.针对大气污染环境下近地面气溶胶含量激增导致弹性信号强度超过激光雷达抑制比而引发弹性信号泄漏,进而造成转动拉曼信号发生畸变,提出一种拉曼回波信号修正方法;同时考虑了大气温度对大气分子散射应用于气溶胶反演的影响.实验表明,相比经典Raman-Mie气溶胶反演方法,修正算法反演近地面稳定气溶胶层内气溶胶后向散射系数精度可提高约20%,有助于改善拉曼-米雷达在污染环境下的总体探测性能.      

卫星遥感监测全球大气气溶胶光学厚度变化

 全球大气气溶胶类型和含量变化与气候变化和大气环境污染密切相关,是气象学、环境学和医学研究关注的热点问题。为认识全球气溶胶分布基本特征,发现和跟踪全球气溶胶显著变化地区,本文利用美国NASA 发布的C6 版MODIS气溶胶光学厚度产品分析全球大气气溶胶光学厚度时空年变化特征及其影响因素;分析气溶胶光学厚度分布与中国霾区的关系,提出霾区治理的气溶胶光学厚度年平均值参考标准。分析2003-2014 年卫星监测的气溶胶光学厚度(AOD)空间分布特征显示,全球气溶胶光学厚度稳定高值区位于亚洲东部及其邻近太平洋海区、印度半岛及其邻近印度洋海区、非洲北部和中部及其邻近大西洋海区;重点变化关注区为俄罗斯西伯利亚东部增量区和南美洲亚马逊平原热带雨林减量区。气溶胶光学厚度高值地区的形成与沙尘暴、火山喷发、生物质燃烧、工业排放等自然源,以及工业污染物排放、交通运输、秸秆焚烧等人类活动造成的人为源气溶胶排放直接相关,并受气象因素和山脉等地形阻挡因素影响,这些因素的稳定性与季节变化最终形成全球气溶胶的时空分布特征。中国东部气溶胶光学厚度年平均值大于0.5 的区域为主要霾天气区,其中华北南部、黄淮、江淮、江汉地区和四川盆地为全球气溶胶光学厚度极端高值区,年平均极端高值达到0.8~1.0,为霾天气常态化发生区;通过全球气溶胶光学厚度量值分析认为,气溶胶光学厚度年平均值0.5 可作为中国大气环境最大承载量,中国东部地区高于此值的区域为主要大气污染控制区,大范围工业生产污染物减排可带来整体环境改善,通过工业结构调整有望降低的气溶胶污染中位比率为33%,平均比率为26.5%。     

大气偏振度与PM2.5粒子浓度特性研究

为了满足偏振光导航在雾霾天的应用需求。研究雾霾天对于偏振信息检测的影响及其规律,对降低自然扰动对偏振光导航系统的误差、优化系统具有重要的意义。本文采用全天域偏振成像法对雾霾天的偏振信息进行大量的实验采集,并通过国家气象中心查询大气PM2.5粒子浓度,对两者的关系进行理论与实验分析。结果表明,PM2.5浓度与大气偏振度的关系随着PM2.5粒子浓度的升高而降低,两者呈类指数关系。通过基于米氏散射理论对单粒子多次散射进行分析,结合大气的特殊情况,在将PM2.5粒子近似为球形结构进行通过米氏散射进行理论分析,分析结果与实验结果基本一致。通过对误差进行残差分析和残差平方和分析,误差主要来源于大气复杂情况的干扰以及本实验所用探测器CMOS传感器的线性范围。本文通过大量的实验所研究的特性曲线可以反映特殊天气下偏振信息的基本特征,对以后在特殊天气情况下的基于偏振光导航设计具有重要的意义。     

南京市MODIS气溶胶光学厚度与PM10质量浓度的相关性分析

利用NASA MODIS气溶胶光学厚度(AOD)产品与南京市区API转换得到的PM10质量浓度进行了相关性分析;发现二者的直接相关程度较低。对气溶胶光学厚度进行垂直和湿度影响订正后,二者的相关系数显著提高。结合风速和气压等气象因子分季节进行多元回归分析,相关系数进一步提高。分析结果表明卫星遥感气溶胶光学厚度可以作为监测PM10污染分布的有效手段。     

大气气溶胶光学参数的高光谱分辨率激光雷达探测研究

系统地介绍了国内第一台基于碘吸收滤波器的高光谱分辨率激光雷达系统,及有关的数据处理和测量结果．该系统以种子激光注入的窄带Nd：YAG激光器作为发射光源,利用碘吸收滤波器作为高光谱分辨率滤光器件,将接收到的激光后向散射信号分成能量监测和光谱监测两个探测通道,实现对大气气溶胶散射和分子散射的光谱分离．在没有其他假设、仅利用标准大气模型计算结果的情况下,直接测量得到气溶胶后向散射比、后向散射系数．与以往米散射激光雷达大气气溶胶参数提取方法如Klett方法相比,该测量方式无须激光雷达比即气溶胶消光系数对后向散射系数之比的假设．     

北京市MODIS气溶胶光学厚度和PM2.5浓度的时空差异及其相关性研究

利用NASA MODIS数据反演北京市气溶胶光学厚度,探讨与北京市12个环境污染监测站点PM2.5质量浓度的时空差异及其相关性。结果显示,AOT与PM2.5均有明显的时空分布特征;二者的日均值具有相反的季节性变化特征(AOT夏季日均值高于冬季,PM2.5浓度日均值相反);日均值空间分布围绕城区向远郊区递减;二者的相关性对季节变化敏感,夏季相关性较好,冬季相关性较差。且郊区相关性明显优于城区。因此,卫星气溶胶数据可以反映PM2.5的分布,弥补地面监测站点的不足。     

合肥地区气溶胶光学厚度的时间变化特征

利用太阳辐射计CE318对合肥地区大气气溶胶进行长期系统的观测,对2002年至2007年间的观测数据进行反演分析,得出了气溶胶光学厚度随时间变化的统计特征.结果表明合肥地区气溶胶光学厚度日变化有5种类型;气溶胶光学厚度随月份有波浪式变化,月平均值在4月份和8月份分别达到最大值0.727和最小值0.192;四季中春秋季节的气溶胶光学厚度大于夏冬季节,春季最大0.636,夏季最小0.262;2004年至2007年冬季气溶胶光学厚度有逐年增大的趋势.     

适于反演陆面大气气溶胶光学厚度的物理量

针对水平均一的晴天大气、朗伯下垫面的特殊条件,在一定理论分析的基础上,利用具有“频率相近、但气体吸收系数相差很大”特征的一对观测频率,构造了一个对地面反照率不敏感,但对气溶胶光学厚度敏感的无量纲物理量．进而借助ＬｏｗｔｒａｎＤｉｓｏｒｔ 耦合模式的数值实验,确定了观测的最佳方位,并比较了最佳观测方位下对地面反照率和气溶胶光学厚度的不同敏感性．     

张掖地区春季大气气溶胶的光学特性

利用2008年4-6月份张掖气候观象台CE-318的观测资料,结合同期PM₁₀质量浓度和地面常规气象资料,分析了气溶胶光学厚度AOD,Angstrom指数和PM₁₀质量浓度的时间变化特征,讨论了AOD与气象要素的关系以及AOD与PM₁₀质量浓度的相关性.结果表明,观测期间AOD与浑浊度系数β的日均值变化趋势较为一致,与波长指数α呈较弱的负相关.AOD大致存在四种日变化形式:1)平缓稳定;2)早晚低,中午较高;3)早晨低,傍晚高;4)早晨高,傍晚低.观测点受西北（偏北）风控制时,AOD易出现较高值,相对湿度的变化对AOD大小影响不明显.日平均情况下AOD和PM₁₀质量浓度的相关系数R²为0.735 9,大于小时平均情况下的0.4035.     

济南市春季大气中PM2.5、PM10颗粒物分布状态及元素分析

采用扫描电镜和能谱仪对济南市区春季大气中PM_(2.5)、PM_(10)颗粒物的显微形貌、粒径分布和化学元素进行连续30 d全天候研究,对大气颗粒物的粒径与数量进行统计回归分析,绘制相应粒径变化柱状图。依据检出的元素来推断大气颗粒物化学组成和来源,提出控制大气颗粒物PM2.5、PM10污染的有效对策。实验结果显示,大气颗粒物显微形态有球状、片状、棒状等不同形状且主要集中于0～1.0μm和1.0～2.5μm粒径范围,检出C、O、Cl、Si、Ca、K、Na、Mg、Al、Fe、S等多种化学元素,大多以矿物质氧化物、硫酸盐、硅铝酸盐等形式存在,主要来源于土壤尘、风沙尘、燃煤飞灰等。该方法简单、快速、科学,值得进一步推广应用。     

Characterization of PM2.5/PM2.5-10 and source tracking in the juncture belt between urban and rural areas of Beijing

Coarse （PM2.5-10） and fine （PM2.5） atmospheric particulate samples were collected in summer and winter during 2005-2007 in the juncture belt between urban and rural areas of Beijing. Elements, ions, organic/elemental carbon （OC/EC） and polynuclear aromatic hydrocarbons （PAHs） were determined to obtain some latest information about the particulate pollution in the juncture belt of Beijing. Particulate matter levels at this site were high as compared with the levels at other sampling sites in Beijing. Pollution elements, secondary ions and PAHs were enriched in fine particles rather than in coarse particles. An obvious seasonal variation of the chemical composition of PM was observed. Source apportionment results showed that secondary components were the largest mass contributor of PM2.5, accounting for 28%; whereas soil-related sources were the largest contributor of PM2.5-10, explaining about 49% of the total mass. The abnormal levels of soil heavy metals at the electronic waste disassembly site in the upwind villages suggested the potential impact of such activities to the environment.     

PM2.5中无机元素的污染特征和来源分析

为研究齐齐哈尔市大气颗粒物PM2.5的污染特征和来源,在2013年12月~2014年11月,于齐齐哈尔大学校园内安置采样点采集PM2.5样品。初步测定了PM2.5中Na、Mg、Al、K、Ca、Fe、Mn、Ni、Cu、Zn、As、W、Pb、Ti、V、Cr这16种无机元素的浓度水平,并通过元素相关性分析、富集因子分析和主因子分析方法对其来源进行解析。结果表明:元素污染较为严重的季节是夏季,冬季较轻。Pearson相关系数分析表明无机元素污染来自地壳源和人为源的共同作用。富集因子分析表明,Zn、Cu、As、Pb这几种元素高度富集,主要受到交通源和工业源以及燃烧源等人为污染影响显著。因子分析表明,元素污染春夏两季主要来源于建筑源、交通排放污染和工业污染三个方面,秋冬季的燃烧污染明显贡献的更多。研究结果对于防治齐齐哈尔大气污染有一定的借鉴意义。     

室内PM2.5暴露水平影响研究

近年来,雾霾天气频繁发生,大气污染已引起世界范围的殷切关注;并且成为世界共同研究的课题,其中细颗粒物污染已成为首要问题。而伴随着生活方式的转变,人们越来越注重室内空气品质,因此,室内PM_(2.5)污染已成为亟需解决的问题。通过分析室内PM_(2.5)污染来源以及对人体健康的影响,进行了关于室内PM_(2.5)暴露水平影响的实验研究。结果表明,吸烟是室内PM_(2.5)的主要来源;吸烟时会使室内PM_(2.5)暴露水平显著升高;烹饪会使室内PM_(2.5)暴露水平严重超标;人员活动产生的细颗粒物强度取决于室内的人数、活动类型、活动强度等;室内PM_(2.5)暴露水平受室外影响较大,呈现明显的正相关性。     

基于PCA-OS-ELM的大气PM2.5浓度预测

为了提高细颗粒物PM_2.5浓度预测精度,提出一种主元成分分析与在线序列极限学习机相结合（PCA-OS-ELM）的PM_2.5浓度预测方法. 首先,通过主成分分析方法（PCA）提取高维大气数据中影响空气质量的关键变量,并去除不必要的冗余变量;其次,利用提取的关键变量建立在线序列极限学习机（OS-ELM）网络预测模型,将批处理和逐次迭代相结合,不断更新训练数据和网络参数实现大气PM_2.5浓度快速预测.研究结果表明,PCA-OS-ELM预测方法采用不同批次训练数据更新模型的方式,能够快速实现大气PM_2.5浓度预测,证明了该方法的有效性.与其他方法相比,该方法预测误差小,预测精度高,具有更好的实用价值.      

某地区PM2.5与居民呼吸系统疾病及恶性肿瘤死亡的时间序列研究

目的 基于广义相加模型定量分析某地级市大气污染物PM_2.5与居民呼吸系统疾病及恶性肿瘤死亡风险的相关性。方法 收集2016～2018年该地级市逐日PM_2.5浓度数据、气象数据、居民呼吸系统疾病及恶性肿瘤死亡数据,进行描述性统计分析;采用基于Quasi-Poisson回归的广义相加模型(GAM),分析PM_2.5与该市居民呼吸系统疾病和恶性肿瘤死亡风险间的相关关系。结果 2016～2018年该地级市大气PM_2.5日均值为49μg/m³,共有631 d超出《环境空气质量标准》GB3095-2012污染物浓度一级限值标准,占三年总天数的57.6%;广义相加模型滞后效应(Lag0～Lag7)显示,PM_2.5浓度升高10μg/m³,呼吸系统疾病死亡率在滞后5 d的影响最大(ER=0.699%(95%CI:0.121%～1.277%)),恶性肿瘤死亡率在滞后3 d时的影响最大(ER=0.443%(95%CI:0.013%～0.873%));寒季(1...     

燃煤电厂锅炉PM2.5现场实测与排放特征研究

采用自设固定源PM_2.5稀释采集系统对陕西省关中地区多个燃煤电厂烟气中的颗粒物开展了现场实测与样品化学源组分分析。结果表明：4个燃煤电厂PM_2.5、PM₁₀占颗粒物比重差异较大（PM_2.5占比范围为6.92%~54.34%,PM₁₀占比范围为36.36%~73.02%）;4个燃煤电厂数浓度水平最高值（2.0×10⁴~4.0×10⁵个/cm³）差异较大,相差约1个数量级;燃煤电厂PM_2.5小粒径段颗粒物质量浓度占比大多较低,但其对PM_2.5数浓度贡献却很大（最小值>95%）,大粒径段颗粒物则相反;煤粉炉PM₁/PM_2.5较大,占比范围为35.29%~51.35%,循环流化床锅炉PM₁/PM_2.5较小,占比范围为16.62%~21.47%;SO₄^2-是燃煤电厂PM_2.5中最丰富的离子成分,各电厂SO₄^2-占总离子浓度比重范围为50.02~65.52%,Na⁺和Ca²⁺位于第2或第3位;各燃煤电厂主要检出无机元素是Si、Al、Ca、Na、Fe、Na等地壳元素;燃煤电厂PM_2.5、PM₁₀和颗粒物的排放因子范围分别为0.001~0.028 kg/t、0.002~0.086 kg/t、0.003~0.236 kg/t;除尘设施组合越复杂先进,排放因子就可能越小。     

中国工业基地城市群PM2.5时空分布特征及相关性分析

为研究2014年中国四大工业基地25个主要城市的空气质量污染情况,对25个城市2014年1月~2015年2月的数据进行SPSS聚类分析,研究其整体分布情况,并应用统计学和GIS软件分析其主要城市大气颗粒物的污染分布特征,同时利用SPSS软件对大气污染物PM_(10)、SO_2、NO_2、CO、O_3和PM_(2.5)做相关性分析。结果表明:(1)25个城市PM_(2.5)年均质量浓度在32.94~100.23μg·m~(-3)之间,其中分布在40~70μg·m~(-3)之间的城市相对集中,占所有城市的68%,仅3个城市的PM_(2.5)年均质量浓度小于35μg·m~(-3);(2)PM_(2.5)季节变化特征大体表现为冬季秋季春季夏季,重度污染主要集中在12月和1月;(3)从空间分布上看,京津唐污染水平高于其他三个工业基地,珠三角污染水平最低;(4)四大工业基地城市群PM_(2.5)的浓度与PM_(10)、SO_2、NO_2、CO的浓度存在显著相关性。由于温度、气候等原因,在珠三角和长三角O3与PM_(2.5)呈正相关,而在京津唐和辽中南工业基地则呈负相关。