利用6S模型的自定义气溶胶类型反演北京地区气溶胶光学厚度

选用合理的气溶胶类型能够极大提高气溶胶光学厚度的反演精度,对此本文提出一种基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)与地基太阳光度计数据相结合,以确定气溶胶各组分体积百分比的方法,利用该方法得到了北京地区自定义的气溶胶类型。进一步测试了自定义型和两种标准气溶胶类型(大陆型、城市型)下的表观反射率对气溶胶光学厚度的敏感性,结果显示不同的气溶胶类型使红、蓝和中红外波段表观反射率对于气溶胶光学厚度的敏感性有显著差异。使用暗像元法反演北京地区晴空条件下不同气溶胶类型的气溶胶光学厚度,并与AERONET地面观测数据对比进行精度验证。自定义气溶胶类型的反演结果精度最高,且相较于两种标准气溶胶类型的相对误差要低10%以上。城市型气溶胶类型对于光学厚度的反演存在明显高估,不适用于北京地区,这与其煤烟性粒子所占比重较大有关。     

在特定环境中气溶胶组分光学特性的分析

基于Mie散射的OPAC软件包,分析了在激光雷达探测气溶胶时的3种特定环境(大陆洁净、大陆污染、海上污染)下各种气溶胶组分对光学特性(消光系数、散射系数、吸收系数、激光雷达比)的影响,对比了在550、1 000 nm这2个波长下的变化规律.研究结果表明:在550、1 000 nm这2个波长下不同环境中气溶胶组分的消光系数、散射系数随水滴数浓度的增加均呈线性递增,大陆洁净型和大陆污染型气溶胶环境的吸收系数变化均比较缓慢.在海上污染型气溶胶环境中,当气溶胶组分为积聚模态海盐和粗模态海盐时,水滴数浓度的变化率为0,这表明在这2种气溶胶组分环境下,吸收系数不随水滴数浓度的变化而变化; 激光雷达比受雷达波长和气溶胶环境组分2个因素的影响,该值在大陆污染型气溶胶环境下的变化最为明显,在水溶性和非水溶性组分下大幅递减,而在煤烟组分下大幅递增.     

兰州市大气气溶胶的太阳光度计观测分析

利用春冬两季分别架设在兰州市与兰州市郊皋兰山的CE318型太阳光度计资料分析山谷内与山顶的气溶胶光学厚度(AOD)差别,研究兰州市特殊地形影响下的AOD变化情况、以及气溶胶粒子的主要类型.市区AOD日变化可分为市区峰型和平稳型,山上为峰型和谷型.AOD平均日变化在市区与山上是冬季大于春季,市区大于山上.市区上空的大部分气溶胶集中在600 m以下的高度层中,春季这一气层的气溶胶对总AOD的贡献率为48%,冬季为60%,冬季大于春季.山上气溶胶平均粒径冬季小于春季,冬季气溶胶粒子以细粒子为主,春季气溶胶粒子以粗粒子为主.     

腾格里沙漠东北部地区沙尘气溶胶质量浓度变化特征

目的 探究腾格里沙漠东北部地区典型扬沙天气过程中沙尘气溶胶的质量浓度变化特征，以期为沙尘气溶胶辐射气候效应的数值模拟提供参考。方法 利用EDM 164型颗粒物监测仪对腾格里沙漠东北部地区沙尘气溶胶数浓度进行外场观测，获得了典型扬尘天气过程中沙尘气溶胶的数浓度采样资料。结果与结论(1)腾格里沙漠东北部地区典型扬沙天气过程中沙尘气溶胶质量浓度日变化呈双峰型分布特征，峰值分别出现在上午11时(471μg/m³)和下午16时(500μg/m³)。沙尘气溶胶质量浓度与大气压和相对湿度呈负相关关系(p<0.01),与温度和风速呈正相关关系(p<0.01)。(2)沙尘气溶胶数浓度主要分布在积聚模态内(97%),质量浓度主要分布在粗模态内(92%);沙尘气溶胶数浓度随着粒径的增加而减少，质量浓度谱呈明显的双峰型分布，质量浓度随着粒径的增加表现为先增加后减少的变化趋势，2个峰值分别出现在粒径4.5和2.75μm处。(3)沙尘气溶胶质量浓度谱可以用粗模态1和粗模态2进行对数正态分布拟合，2个模态的峰值所对应的粒度直径分别为2.75和4.5μm。     

兰州大气气溶胶的太阳光度计观测分析

利用2006年春冬两季在兰州及其市郊皋兰山的CE318型太阳光度计观测资料,分析了市区内与山上的气溶胶光学厚度(AOD)。通过研究发现,兰州气溶胶光学厚度的主要影响因子为大气稳定度;而气溶胶波长指数的主要影响因子为地面水平风速。市区AOD日变化呈现峰型和平稳型,山上为峰型和谷型。市区的AOD平均值显著大于山上;市区与山上的AOD平均日变化都为冬季大于春季。市区上空的大部分气溶胶集中在600m以下的高度层中,春季这一气层的气溶胶对总AOD的贡献率为71.4%,冬季为74.6%。山上气溶胶粒子半径冬季小于春季;市区上空春季气溶胶粒子以沙尘为主;冬季气溶胶粒子以烟尘排放为主。     

甘肃半干旱区城乡气溶胶光学特性的观测与分析

利用CE318型太阳光度计(532nm波段)在2004年5月-2007年5月的城乡观测资料,反演分析了半干旱地区城乡气溶胶的光学特征.得到了气溶胶光学厚度(AOD)的年季变化,并对不同季节气溶胶的光学厚度以及波长指数的变化规律进行了讨论.结合兰州市郊区资料,对城郊大气气溶胶光学特征进行了对比及原因分析.认为较城市而言,半干旱区乡村大气总体上较城市更为洁净.城市气溶胶受到冬季采暖期等人为因素的影响,出现了AOD冬季大、夏季小的特点.气溶胶主要以工业粉尘和沙尘气溶胶为主,夜间逆温层对AOD的日变化影响较大.乡村春季沙尘天气较多,气溶胶浓度变化受季节的影响,春季AOD最大.气溶胶主控粒子多为沙尘粒子.     

挥发性有机化合物含量少的喷发胶

挥发性有机化合物(VOC)普遍用作气溶胶型化妆品如喷发胶、祛臭剂等的喷射剂。环保专家认为,VOC对大气臭氧层有破坏作用。不少国家已经立法,将这类物质在气溶胶型化妆品中的用量限定在80％以下。     

附加气溶胶信息以改进地表温度反演算法

FY-3A上搭载的中分辨率成像光谱仪(MERSI)和扫描辐射计(VIRR)都包含热红外通道,可用于地表温度的反演。结合热红外通道的光谱响应函数,用MODTRAN模拟清洁大气、城市气溶胶、乡村气溶胶和沙尘气溶胶条件下的亮温值,通过分裂窗算法求解不同气溶胶类型和光学厚度下的地表温度。结果表明:气溶胶类型和光学厚度之间的差异会造成热红外通道的亮温差发生变化,这一现象在VIRR的热红外通道表现得尤为显著。通过拟合系数和气溶胶光学厚度之间的关系建立新的反演算法,发现:在分裂窗算法基础上加入气溶胶光学厚度这一参量之后,地表温度反演的均方根误差有所降低,尤其是在气溶胶浓度高时改进效果更佳,其中对城市气溶胶这一类型改善效果明显(RMSE由0.814 K下降到0.442 K,BIAS从0.998K降到0.668 K)。     

基于OPAC的典型环境中气溶胶组分的光学特性分析

利用基于Mie散射理论的云和气溶胶粒子的光学特性软件(OPAC)在不同激光雷达探测波段对一般大陆(典型气溶胶组分:水溶性、不溶性和烟尘气溶胶)、沙漠(典型气溶胶组分:水溶性、核模态矿物、积聚模态矿物和粗模态矿物气溶胶)和洁净海洋(典型气溶胶组分:水溶性、积聚模态海盐和粗模态海盐)3种环境下的气溶胶光学参数(散射系数、光学厚度和激光雷达比)进行了仿真研究,分析了各环境中光学参数随气溶胶组分数浓度的变化规律以及各组分对光学特性的影响.结果表明消光系数和光学厚度在不同激光波段、不同环境下均随组分数浓度线性递增,在上述环境中对消光系数和光学厚度影响最大的组分依次为水溶性气溶胶、积聚模态矿物气溶胶和积聚模态海盐气溶胶.激光雷达比变化规律十分复杂,受探测波长及气溶胶组分的双重影响,一般大陆环境中非水溶性气溶胶在2个波段上的影响占主导地位;沙漠环境中,不同波段上积聚模态矿物气溶胶对激光雷达比的影响最大;洁净海洋环境中,积聚模态海盐气溶胶对激光雷达比的影响最强.     

南宁市地基遥感气溶胶光学厚度与?ngstr?m指数研究

利用CE318地基观测的光学特性数据,反演南宁市气溶胶光学厚度、?ngstr?m波长指数α、浑浊度系数β,对光学特性的月、季节、日变化以及典型天气作了分析,并利用图解法研究南宁市气溶胶分类,加深对该地区气溶胶认识的同时也为南宁市气溶胶研究提供参考。结果表明:(1) AOD最高值和最低值分别出现在3月份、8月份,年平均值为(0. 53±0. 09),春季的AOD最高,夏季最低。AOD日变化曲线较平稳,且值较大的一天与PM2. 5、PM10走势一致。AOD高值区(AOD0. 7)与海盐型气溶胶及细模态气溶胶吸湿增长有关。(2)α最大和最小值分别出现在4月和6月份,年平均值是(1. 34±0. 08),春季的α最高,秋季最低,气溶胶粒子中细粒子占主导作用,南宁市属城市—工业型气溶胶。(3)β最高值和最低值分别出现在11月份、8月份,年均值是(0. 22±0. 02),曲线变化走势和AOD一致,β值在0. 2左右,说明空气有污染但还是比较清洁的。     

随机森林的融合模型在压井方法分类中的研究

针对井口压力控制作业中传统方法过度依赖专家经验和数学模型运算精度的问题,提出一种基于随机森林(Random Forest,RF)的多模型融合算法对压井方式进行分类判断。首先,将专家经验结构化、数据化,转化成可被机器学习模型使用的数据形式,同时,结合油气井的基础数据和工况参数,作为智能模型的重要参数来描述压井作业的特征空间;然后,将特征数据通过特征工程进行特征筛选、特征编码和特征选择等处理;最后,构建出基于随机森林的Stacking双层融合模型,实现压井方法的分类预测。通过实验验证,与单模型的机器学习算法相比,本方法具有更高的预测精度。     

兰州远郊区春季碳气溶胶的质量浓度特征

 为探讨春季沙尘(暴)期间兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)碳气溶胶的变化特征, 2012 年5 月17-26 日于SACOL 站采用石英膜收集PM₁₀样品, 利用DRI-2001A 热/光碳分析仪测量元素碳(EC)和有机碳(OC)的质量浓度。结果显示, 沙尘(暴)是导致OC、EC 质量浓度增大的主要因素。采样期间EC、OC 和总碳(TC)的平均质量浓度分别为2.71、11.26 和13.97 μg/m³。进一步分析显示, 沙尘(暴)期间兰州城区碳气溶胶污染逐渐加重主要受本地源的影响。PM₁₀中OC 和EC 的相关系数达到0.94, 揭示SACOL 站OC、EC 的来源相对一致。OC/EC 的均值为5.05, 表明春季SACOL 站PM₁₀中碳气溶胶存在二次污染。二次有机碳(SOC)的质量浓度为3.37 μg/m³, 为OC 的29.9%。结合考察周边环境, 分析表明SACOL 站春季碳气溶胶的主要来源是直接污染源, 来自周边环境中的燃煤以及机动车尾气排放。对碳气溶胶8 种组分的因子分析结果也表明, 周边环境的燃煤和机动车尾气排放是春季SACOL 站碳气溶胶的主要贡献源。     

卫星遥感监测全球和中国区域污染气体NO2和NO2时空变化

 卫星遥感技术的发展为连续、大面积监测城市污染气体NO₂和NO₂提供了重要技术支持。本文基于紫外-可见光高光谱传感器OMI观测数据,分析了近10余年(2004-2014年)全球和中国区域NO₂和NO₂空间分布特征、长时间序列变化和季节变化特征。结果表明,中国NO₂含量的高值主要集中在京津冀及周边、长江三角洲、珠江三角洲、新疆乌鲁木齐、辽宁沈阳、陕西西安等地,NO₂主要集中在京津冀、长江三角洲、珠江三角洲、四川、重庆等地。较2005-2009 年,2010-2014年NO₂高值范围有所扩大,河北、山东、河南、安徽、新疆乌鲁木齐等地NO₂含量有所上升,而珠江三角洲、上海等地NO₂含量有所下降。与NO₂时空变化不同,较2005-2009年,2010-2014 年NO₂高值区范围有所缩小,且河北、山东、河南、安徽、江苏、上海、重庆、贵州、珠江三角洲等地NO₂含量有所降低。全球范围内,中国东部、美国东部、荷兰、德国、意大利、南非等地NO₂含量较高,中国中东部、美国东部、南非、印度等地NO₂含量较高。较2005-2009 年,2010-2014 年美国东部、中国珠江三角洲、中国上海、日本、西班牙、葡萄牙、意大利北部、迪拜等地NO₂含量下降明显,而2010-2014 年中国东部地区和乌鲁木齐、波兰大部、伊朗德黑兰、伊拉克巴格达、科威特、沙特利雅得、印度新德里、印度巴朗格伊尔及周边、孟加拉国达卡、智利圣地亚哥等地NO₂含量却有不同程度的上升。较2005-2009 年,2010-2014 年中国华北大部、重庆和贵州大部、珠江三角洲、长江三角洲,以及美国东部、南非姆普马兰加及周边等地的NO₂含量有所下降,而秘鲁利马、秘鲁南部等地NO₂含量出现增长。全球7 大主要城市近10 年NO₂和NO₂含量比较结果显示,中国石家庄NO₂含量均值最高,其次为中国北京、俄罗斯莫斯科、南非姆普马兰加、美国纽约、德国科隆、中国乌鲁木齐;南非姆普马兰加、中国石家庄、中国北京的NO₂总量明显高于美国纽约、德国科隆、俄罗斯莫斯科;中国北京、中国乌鲁木齐、美国纽约、德国科隆、俄罗斯莫斯科城市NO₂含量高于NO₂。     

Characteristics of distribution and seasonal variation of aerosol optical depth in eastern China with MODIS products

The accuracy of MODIS aerosol products from the NASA Terra Satellite is validated in comparison with the results of sun-photometer observations in Beijing and Hong Kong. By analyzing the MODIS aerosol products within the period of August 2000 to April 2003, it is believed that human activities are the main source of aerosols in the eastern part of China. This is based on the facts that all areas with relatively high values are consistent with regions of dense population and fast economic development, such as the North China Plain, the Sichuan Basin and the Pearl River Delta. It is also supported by the distribution of 舗gstr鰉 exponents showing that most aerosols in the eastern part of China are closely related to human activities, excepting the strong sandstorm episodes occurring in spring, fall and winter. In contrast to developed countries, the 舗gstr鰉 exponent of urban area in China is lower than its surroundings, indicating that the contribution of local floating dust and soot attributed to human activities is significant. Results presented in this paper provide important data for further research on climatic change and environmental study.     

A satellite view of aerosols in the climate system

Anthropogenic aerosols are intricately linked to the climate system and to the hydrologic cycle. The net effect of aerosols is to cool the climate system by reflecting sunlight. Depending on their composition, aerosols can also absorb sunlight in the atmosphere, further cooling the surface but warming the atmosphere in the process. These effects of aerosols on the temperature profile, along with the role of aerosols as cloud condensation nuclei, impact the hydrologic cycle, through changes in cloud cover, cloud properties and precipitation. Unravelling these feedbacks is particularly difficult because aerosols take a multitude of shapes and forms, ranging from desert dust to urban pollution, and because aerosol concentrations vary strongly over time and space. To accurately study aerosol distribution and composition therefore requires continuous observations from satellites, networks of ground-based instruments and dedicated field experiments. Increases in aerosol concentration and changes in their composition, driven by industrialization and an expanding population, may adversely affect the Earth's climate and water supply.     

2014年5月武汉市输入型沙尘污染案例分析

结合地面颗粒质量浓度、金属元素含量、垂直消光系数和地面气象观测资料、后轨迹模型及天气分析图, 分析2014年5月25-26日湖北武汉市监测的沙尘天气过程。结果表明, 这次沙尘暴源起新疆南部塔卡拉玛干沙漠和内蒙巴丹吉林和腾格尔沙漠, 随着冷空气向东向南传输, 兰州和银川PM₁₀小时浓度分别超过2000 μg/m³ 和1000 μg/m³, 武汉PM₁₀小时浓度超过500 μg/m³, 沙尘在传输过程中逐渐减弱。沙尘期间武汉市以粗颗粒污染为主, PM₁₀浓度陡升, PM_2.5占PM₁₀ 的含量下降到约35%。沙漠粉尘示踪元素Ca, V, Ba和Fe 浓度增加4 倍以上, 所占的总量百分比也增加一倍以上, As, Se, Cr, Cu, Zn 和Pb 等当地的人为污染源排放的金属元素浓度约为先前的1/5~2/5, 所占总量百分比下降明显。激光雷达观测到两次明显的沙尘沉降过程, 在近地面层(500 m 左右)存在均匀的消光系数大值区(最大0.086 km^-1)。以此例说明结合气象和环境的多种观测手段综合分析输入型空气污染的方法。     

Size distribution and element composition of dust aerosol in Chinese Otindag Sandland

Dust aerosol is one important component of atmos-pheric aerosols, and plays important roles in the Earth’s climate system and the biogeochemical cycle. Large amounts of dust aerosols produced from windblown soils and deserts are emitted annually into the atmosphere and transported over long distance to downwind land and ocean areas[1]. The deserts and desertification soils in northern China are important sources of East Asia dust aerosols. It is estimated that 800 Mt of dust aerosols emit-t…     

中国PM2.5污染现状及其对人体健康的危害

 当前,中国大气中PM_2.5污染形势严峻。2013 年,在全国纳入监测范围的74 座城市中,接近92%的城市的PM_2.5年均浓度未达到国家标准,其中,京津冀、长三角和珠三角等重点区域PM_2.5污染尤为严重。PM_2.5中含有的多种有毒有害物质可直接危害公众身体健康。已有的研究结果显示,PM_2.5污染会直接影响人体的呼吸系统、心血管系统,与肺癌的发生率和死亡率密切相关,但需从PM_2.5毒理学及暴露-反应关系等影响机制方面做深入研究。中国对大气中PM_2.5污染的治理任重道远,强化PM_2.5的健康风险研究,科学评价PM_2.5污染对中国不同人群疾病发生的负担率等应是认真思考的问题。