南京冬季氣溶膠消光特性及霾天氣低能見度特征

何鎵祺,于興娜,朱 彬,袁 亮,馬 佳,沈 麗,朱 俊

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南京冬季氣溶膠消光特性及霾天氣低能見度特征

何鎵祺,于興娜*,朱 彬,袁 亮,馬 佳,沈 麗,朱 俊

(南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害教育部重點實驗室,氣候與環(huán)境變化國際合作聯(lián)合實驗室,氣象災(zāi)害預(yù)報預(yù)警與評估協(xié)同創(chuàng)新中心,中國氣象局氣溶膠與云降水重點開放實驗室,江蘇 南京 210044)

利用2015年1月氣溶膠散射和吸收系數(shù)、PM2.5質(zhì)量濃度、大氣能見度以及常規(guī)氣象觀測數(shù)據(jù),分析了南京冬季大氣氣溶膠散射系數(shù)與吸收系數(shù)的變化特征,給出了散射系數(shù)與吸收系數(shù)對大氣消光的貢獻,以及能見度與PM2.5質(zhì)量濃度和相對濕度的關(guān)系.結(jié)果表明,觀測期間南京大氣氣溶膠的散射系數(shù)和吸收系數(shù)分別為(423.4±265.3) Mm-1和(24.5±14.3) Mm-1,對大氣消光的貢獻分別為89.2%和5.2%,表明大氣消光主要貢獻來自于氣溶膠的散射.散射系數(shù)與PM2.5相關(guān)性較好(2=0.91),能見度隨PM2.5質(zhì)量濃度呈指數(shù)下降,也與相對濕度保持一定負(fù)相關(guān)性.能見度均值為4.3km,且連續(xù)出現(xiàn)能見度不足2km的低能見度天氣,霾天氣下消光系數(shù)和PM2.5質(zhì)量濃度大幅超過非霾天氣,最高值分別達到1471.2Mm-1和358 μg/m3,霾天氣下能見度的降低來自顆粒物與相對濕度的共同影響.

能見度；散射系數(shù)；吸收系數(shù)；大氣消光；霾

大氣能見度的降低已成為當(dāng)前中國大部分城市地區(qū)面臨的一個十分普遍的環(huán)境問題[1-2].統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,中國大陸地區(qū)的低能見度事件頻繁出現(xiàn)在珠三角、長三角以及包括京津冀城市群和遼寧中部城市群在內(nèi)的華北平原地區(qū),國內(nèi)有關(guān)能見度變化趨勢方面的分析工作已有很多[3-6].除氣象因素外,能見度的降低主要是由大氣中的氣溶膠和污染氣體對可見光的散射和吸收所產(chǎn)生的消光效應(yīng)所致[7].通過開展對散射系數(shù)、吸收系數(shù)的觀測研究可以更好的了解氣溶膠對能見度的影響.劉新民等[8]研究表明,北京夏季大氣總消光系數(shù)平均為388Mm-1,顆粒物的消光系數(shù)占總消光的90%以上;姚青等[9]得出,天津城區(qū)氣溶膠散射系數(shù)和吸收系數(shù)分別為369.9, 36.32Mm-1,對大氣消光貢獻分別為86.7%和8.5%.吳兌等[10]對珠江三角洲氣溶膠的散射和吸收研究得出,散射系數(shù)和吸收系數(shù)月均值分別在129~565Mm-1和32~139Mm-1之間變化,PM2.5占PM10的90%左右,PM1占到PM2.5約有68%.目前對氣溶膠的散射與吸收特性的研究已取得諸多成果,但南京地區(qū)對霾天氣下大氣消光的研究仍顯不足,在已有的一些成果中,周瑤瑤等[11]通過對南京冬季霾天PM2.5水溶性離子的分析研究發(fā)現(xiàn),PM2.5主要化學(xué)成分中的硝酸銨對南京冬季消光貢獻最大,氣溶膠中的硝酸銨與硫酸銨通過對散射系數(shù)的改變從而影響能見度,而霾天氣下污染前體物的一次排放和二次轉(zhuǎn)化造成離子濃度的升高,這在大氣消光過程中產(chǎn)生了重要影響;馬佳等[12]通過對南京冬季消光各組分的研究發(fā)現(xiàn),有機物、硝酸銨與硫酸銨三者對消光的貢獻超過90%,EC和NO2所占比例較低;Kang等[13]在南京地區(qū)秋季一次持續(xù)霾天氣過程的研究得出散射系數(shù)均值為696.7Mm-1,當(dāng)氣溶膠粒徑在0.6~1.4μm時能見度與粒子濃度有明顯的倒數(shù)關(guān)系,該粒徑范圍內(nèi)的氣溶膠粒子濃度的顯著增長是霾天導(dǎo)致大氣能見度大幅下降的主要原因.霾天顆粒物的化學(xué)組分及顆粒物濃度是影響大氣能見度的重要因素,故對霾天氣下顆粒物的消光特性,消光系數(shù)與顆粒物濃度的相互關(guān)系的深入探究顯得很有必要.本文通過2015年1月對南京冬季展開系統(tǒng)地觀測,從顆粒物與氣體的散射與吸收效對消光的貢獻等分析了大氣的消光特性,給出了霾天氣下顆粒物的散射與吸收特征及觀測期間能見度下降的成因,旨在為更好解決城市大氣環(huán)境問題提供依據(jù).

1 資料與方法

本次冬季觀測在南京市浦口區(qū)南京信息工程大學(xué)(32°12′N,118°42′E),東臨江蘇省寧六公路,東北方向3km為浦口工業(yè)區(qū),數(shù)家國家重點石油化工企業(yè),鋼鐵廠均坐落于此.南毗浦口區(qū)龍王山風(fēng)景區(qū),校園西北兩側(cè)為城鄉(xiāng)結(jié)合部住宅區(qū)及農(nóng)田.

氣溶膠散射系數(shù)是大氣消光系數(shù)的重要組成部分,本文采用的氣溶膠散射系數(shù)數(shù)據(jù)來自美國TSI公司生產(chǎn)的3563型積分濁度儀,該儀器可以同時提供波長分別為450, 550, 700nm 3個波段的總散射系數(shù)和后向散射系數(shù).觀測前使用純凈CO2進行儀器標(biāo)定,并采用美國PERMA PURE公司生產(chǎn)的PD-100T-24MSS型Nafion干燥管進行除濕,Nafion管是通過濕度梯度使水分子從高濕向低濕端移動的原理實現(xiàn)對樣氣的干燥,采樣前樣品空氣經(jīng)過干燥管干燥后使儀器內(nèi)部濕度控制在30%以下,減小水汽對顆粒物的散射的影響,本文采用的是該儀器在550nm波段的散射系數(shù),時間分辨率為1min.

大氣消光作用中的吸收作用主要來自于黑碳氣溶膠,對其進行定量觀測是計算氣溶膠吸收系數(shù)的重要步驟.黑碳氣溶膠數(shù)據(jù)由美國Magee公司生產(chǎn)的AE-33型黑碳儀獲得.黑碳氣溶膠能在很寬的波長范圍內(nèi)有效吸收入射電磁波,黑碳儀則利用黑碳氣溶膠的這一特性通過測量氣溶膠樣本的光學(xué)衰減量,從而確定大氣中黑碳氣溶膠的含量[14].AE-33是新一代黑碳儀,相比于上一代產(chǎn)品AE-31,AE-33采用雙點位測量技術(shù),消除了氣溶膠負(fù)載效應(yīng)引起的變化,并加以負(fù)載補償參數(shù)的實時計算,賦予了儀器更加高效精準(zhǔn)的測量性能.儀器經(jīng)自動校準(zhǔn)流量計進行流量校準(zhǔn),校準(zhǔn)后流量為5.0LPM.AE-33具有7個波段(370, 470, 520, 590, 660, 880, 950nm)的測量通道,時間分辨率為1s.本文采用的是該儀器在880nm波段的黑碳氣溶膠濃度數(shù)據(jù).

氣態(tài)污染物的吸收系數(shù)可以通過觀測獲取NO2氣體的體積分?jǐn)?shù)并經(jīng)過相關(guān)計算得到.NO2濃度數(shù)據(jù)由瑞典OPSIS AB 公司生產(chǎn)的Differerntial Optical Absorption Spectroscopy (DOAS)差分吸收光譜儀所測的.DOAS系統(tǒng)利用差分吸收光譜法,由氣體分子對光會產(chǎn)生吸收的原理來測量待測氣體的濃度[15],觀測期間測得的NO2體積濃度時間分辨率為1h.

濁度儀與黑碳儀均架設(shè)在本校氣象樓樓頂實驗室內(nèi)(海拔高度62m),儀器工作環(huán)境溫度與濕度均符合觀測要求.與本次觀測同期的風(fēng)向,風(fēng)速,溫度,相對濕度等常規(guī)氣象要素來自南京信息工程大學(xué)-中國氣象局大氣探測基地CAWSD600型自動氣象站;能見度數(shù)據(jù)來自CJY-1型能見度儀;PM2.5數(shù)據(jù)由FH62C14系列β射線在線大氣顆粒物濃度觀測儀器觀測獲得,儀器自帶的濕度傳感器和除濕管可以確保PM2.5在干燥狀態(tài)下的測量精度.

大氣對太陽輻射的散射和吸收是大氣能見度下降的主要因素,大氣消光系數(shù)是表達大氣對太陽輻射削弱衰減的參數(shù),其定義為:

ext=sp+ap+sg+ag(1)

其中:ext為大氣消光系數(shù),Mm-1;sp為氣溶膠散射系數(shù),由濁度儀直接讀出數(shù)據(jù),Mm-1;ap為氣溶膠吸收系數(shù),黑碳儀所測得的黑碳氣溶膠的質(zhì)量濃度(BC)通過經(jīng)驗公式:

ap=8.28[BC]+2.23 (2)

式中:[BC]為黑碳質(zhì)量濃度,μg/m3,可將880nm處的黑碳(BC)質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)化為532nm處的氣溶膠吸收系數(shù)[10,16],Mm-1,做波長訂正到550nm[17-18],表達式為:

ap,550nm=ap,532nm(532/550) (3)

式中:sg為干潔大氣散射系數(shù),一般取值為13Mm-1[19].ag為氣態(tài)污染物吸收系數(shù),Mm-1,一般僅考慮NO2的吸收,ag可通過計算將NO2質(zhì)量濃度(經(jīng)體積分?jǐn)?shù)換算)轉(zhuǎn)化為550nm處的氣態(tài)污染物吸收系數(shù),表達式為式(4)[20]:

ag=0.33[NO2] (4)

式中:[NO2]為NO2質(zhì)量濃度,10-9g/m3.

2 結(jié)果與討論

2.1 氣象要素分布變化特征

由圖1可以看出,整個冬季觀測期間風(fēng)速總體變化幅度較小,小時平均風(fēng)速為(1.7±0.9) m/s,最大風(fēng)力出現(xiàn)在西北風(fēng)向,偏西風(fēng)和偏東風(fēng)出現(xiàn)頻次較高.

由圖2可見,相對濕度保持一定的晝夜起伏變化,小時平均濕度為(67±19)%,1月13~15日及24~31日均保持高值,其中最高小時平均值達到94%.能見度總體在10km以下,尤其在24~26日能見度保持較低水平,最低值僅有0.9km.觀測期間氣溫小時平均值為(4.4±3.8)℃,依據(jù)南京農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)平臺提供的數(shù)據(jù),2015年1月南京市平均氣溫較常年同期氣溫顯著偏高1.7~2.4℃,暖冬[21]天氣配合低風(fēng)速高濕度,極大程度上不利于污染物的輸送與稀釋,為1月24日至26日發(fā)生的重度霾天氣現(xiàn)象提供了基本環(huán)境條件.PM2.5小時平均質(zhì)量濃度為(101.8± 60.2)μg/m3,其中最大小時平均濃度出現(xiàn)在1月24日,達到了358.2μg/m3.在24~26日重度霾期間,PM2.5日平均值分別達到242.1, 193.4, 200.3μg/m3,是國家環(huán)境空氣質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)[22]污染限定值(75μg/m3)的3.2倍、2.6倍、2.7倍.總體看來,1月南京冬季空氣質(zhì)量整體較差,污染天氣占有較大比例.能見度與相對濕度和PM2.5保持著一定的負(fù)相關(guān)性,相對濕度和PM2.5增大時,能見度隨之下降.重度霾期間, PM2.5在25日前后出現(xiàn)峰值時,能見度相應(yīng)出現(xiàn)了谷值.同時,觀測期間相對濕度處于高值(RH>90%)時,PM2.5質(zhì)量濃度與能見度普遍較低.

2.2 氣溶膠消光特性

由圖3可以看出,黑碳和NO2總體上表現(xiàn)出一致的趨勢,觀測前期表現(xiàn)較高值,后期逐漸平穩(wěn).其中在24~25日均出現(xiàn)峰值,出現(xiàn)峰值的主要原因是連續(xù)數(shù)天相對較高的氣溫和低風(fēng)速,極大程度上不利于污染物的稀釋,NO2的峰值質(zhì)量濃度達到了123.8ng/m3,比整個觀測期間平均質(zhì)量濃度(41.2±27.8) ng/m3高出了2倍;黑碳峰值濃度為7.6 μg/m3,較平均值的(2.8±1.8) μg/m3高出1.7倍.

從圖4可以看出,氣溶膠散射系數(shù)與大氣消光系數(shù)在前期呈小幅波動且逐漸上升的趨勢,氣溶膠吸收系數(shù)與氣態(tài)污染物吸收系數(shù)則有明顯波動.4個參數(shù)在24日夜間均達到峰值,在重度霾期間(24日~26日)保持較高值,隨著霾天氣狀況的逐漸減弱,27日之后各參數(shù)平均值及日變化幅度較霾天氣下均有大幅降低.南京北郊冬季氣溶膠散射系數(shù)均值達到(423.4±265.3) Mm-1,高于杭州[23]、上海浦東[24]、廣州[25]、蘭州[26]等地冬季的觀測值,而吸收系數(shù)均值為(24.5±14.3) Mm-1,低于常州[27]、杭州[28]等地觀測值.其中大氣消光系數(shù)ext最高值為1471.2Mm-1,較平均值(474.5Mm-1)和最小值(78.3Mm-1)分別高出2.1倍和17.8倍,相比陶俊等[25]對廣州冬季大氣消光研究的結(jié)果高出40%左右.觀測期間氣溶膠散射系數(shù)與吸收系數(shù)對總消光的貢獻分別占到89.2%和5.2%,sp+ap占大氣消光系數(shù)ext的90%以上,氣態(tài)污染物吸收和干潔大氣散射對大氣消光系數(shù)貢獻較低.

由圖5可見,南京冬季氣溶膠散射系數(shù)與PM2.5質(zhì)量濃度呈線性正相關(guān),相關(guān)系數(shù)達到了0.91,PM2.5質(zhì)量濃度低于75 μg/m3時散射系數(shù)較低,均值僅為140.3Mm-1,當(dāng)濃度高于250 μg/m3時散射系數(shù)均值高達1029.3Mm-1,這表明顆粒物質(zhì)量濃度對氣溶膠散射系數(shù)有顯著影響.由于濁度儀采樣后的空氣經(jīng)過了干燥,相對濕度控制在30%以下,基本可以排除水汽對顆粒物散射系數(shù)的影響,故得出的氣溶膠散射系數(shù)為“干”氣溶膠狀態(tài)下的散射系數(shù),大氣消光系數(shù)中的散射與吸收效應(yīng)也表征的是干燥環(huán)境下顆粒物及氣體對光的削弱作用.

高顆粒物濃度對能見度的削弱作用是顯然的,由圖6可見,能見度隨PM2.5的增大呈指數(shù)下降趨勢,總體相關(guān)性較好,當(dāng)相對濕度小于80%時,顆粒物濃度是影響能見度的重要因素;而在相對濕度高于80%時的能見度統(tǒng)計案例里,能見度低于5km的發(fā)生頻率超過了93%,這表明相對濕度的增大對能見度的降低有重要影響,相對濕度增大對能見度的削弱影響來自于顆粒物的吸濕增長改變了原有粒子的譜分布從而加大了顆粒物的散射消光能力[29];在高相對濕度下(RH>90%), PM2.5較低時能見度同樣會出現(xiàn)低值,當(dāng)濕度很高時,水汽是影響氣溶膠光學(xué)特性的重要因子[30],且觀測期間高濕度天氣下因為霧天的出現(xiàn),同樣對能見度的降低起到重要作用[31];顆粒物在相對濕度很高時對能見度影響逐漸減弱[30],這也是RH>80%時擬合曲線相關(guān)性一般的原因.

2.3 霾天氣下低能見度的特征

觀測期間24~26日是南京1月份污染最嚴(yán)重的3天,能見度均值為(1.5±0.5) km,是整個觀測期間平均能見度的35%,能見度最低僅有0.9km;3日平均PM2.5質(zhì)量濃度為(211.9±47.1) μg/m3,超出觀測期間平均水平1倍多.由圖7可見,散射系數(shù)在24日20時出現(xiàn)峰值,小時濃度達到了1363.5Mm-1,同期吸收系數(shù)也出現(xiàn)峰值(62.7Mm-1),25日以后散射系數(shù)與吸收系數(shù)小幅平穩(wěn)下降,總體依舊維持較高水平,散射系數(shù)與吸收系數(shù)3日平均值較觀測期間均值分別高出72%和53%.氣溶膠散射系數(shù)與吸收系數(shù)日變化波動明顯且趨勢相近,總體表現(xiàn)為夜高晝低,峰值的出現(xiàn)與源的增強及邊界層的穩(wěn)定性有關(guān)[32-33].日出后氣溫上升,濕度減小,大氣層結(jié)被破壞,對流運動加強使得散射系數(shù)與吸收系數(shù)稀釋減小,正午附近出現(xiàn)最低值;日落后夜間邊界層開始形成,大氣層結(jié)趨于穩(wěn)定,顆粒物與氣態(tài)污染物在夜間聚積,散射系數(shù)與吸收系數(shù)隨之增大.

在重度霾期間,氣溫均值達到6.6℃,風(fēng)速均值為1.8m/s,24日風(fēng)向多為偏東風(fēng),24日夜間至25日轉(zhuǎn)偏南風(fēng),25日夜間至26日風(fēng)向多為偏西風(fēng),26日以后逐漸轉(zhuǎn)向西北風(fēng)和偏北風(fēng).冬季南京地區(qū)地處盛行西風(fēng)帶,西北風(fēng)與偏北風(fēng)應(yīng)是主導(dǎo)風(fēng)向,風(fēng)向的異常容易導(dǎo)致嚴(yán)重污染天氣的發(fā)生.為了進一步分析1月重度霾的成因[34],采用HYSPLIT后向軌跡模式[35],高度選取為近地面1000hPa(100m),分別給出重度霾天(24~26日)、輕微霾及非霾天(27~29日)72h后向軌跡圖,如圖8所示.氣團后向軌跡與觀測期間實際風(fēng)向較為吻合,以24日為例,來自北部的氣團途經(jīng)南京地區(qū)往東南方向行進,又再次折回,氣團軌跡較短,日平均風(fēng)速和氣溫分別為1.7m/s和8.4℃,高溫低風(fēng)速的外部環(huán)境導(dǎo)致污染物不易擴散,局地源排放以及污染物的不斷累積是此次南京地區(qū)冬季重度霾形成的重要原因;而從26日夜間開始氣溫下降明顯,后向軌跡較長表明氣團移速較快,來自北方西伯利亞的強冷空氣南下對污染物的輸送消散起到重要作用,霾削弱明顯,能見度大幅回升.

根據(jù)《地面氣象觀測規(guī)范》[36]和氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《霾的觀測和預(yù)報等級》[37]的相關(guān)規(guī)定,由圖9可見,當(dāng)能見度低于10km時,且環(huán)境相對濕度低于80%為霾天氣;當(dāng)濕度大于80%時,PM2.5、PM1、氣溶膠散射系數(shù)與吸收系數(shù)之和(sp+ap)是判定霾天氣的依據(jù).觀測期間,霾天氣出現(xiàn)頻率為83.3%,并對能見度的降低程度、相對濕度和PM2.5進行分級.表1統(tǒng)計了不同等級霾天氣狀況下的氣溶膠散射系數(shù)與吸收系數(shù).

非霾天氣狀況下,能見度和RH均值分別為(11.1±0.7)km和(65±3)%,PM2.5質(zhì)量濃度較低,平均值為(30.4±15.5)μg/m3,其中有85.7%分布在小于50μg/m3;輕微霾、輕度霾和中度霾在觀測期間發(fā)生頻率分別為15.5%,14.5%,25.5%,隨著霾等級的加強,PM2.5和相對濕度分布變化較大;重度霾發(fā)生頻率為41%,此類天氣狀況下,能見度、RH和PM2.5均值分別為(1.5±0.3) km、(82±10)%和(185.3±69.7)μg/m3,相對濕度和PM2.5相比均有顯著增大.散射系數(shù)與吸收系數(shù)隨著霾等級的加強相應(yīng)增大,散射對大氣消光的貢獻比升高,在對能見度的削弱中占據(jù)主導(dǎo)地位,吸收作用較低.重度霾在各類霾天氣中發(fā)生頻率最高,重度霾天氣下顆粒物的散射效應(yīng)對大氣總消光的貢獻超過了90%,而較高的相對濕度使得氣溶膠粒子吸濕性增長更為明顯,具有吸濕性顆粒物粒子的粒徑和形狀會發(fā)生顯著變化,增強了大氣消光效應(yīng)[29],同時,較高的相對濕度下顆粒物的非均相化學(xué)反應(yīng)更加明顯[38],諸如強吸濕性的硫酸銨鹽、硝酸鹽粒子的生成[39],這進一步增強了氣溶膠的消光能力,在高顆粒物濃度和較高相對濕度的協(xié)同影響下,導(dǎo)致重度霾天氣下能見度最低時不足1km.

表1 不同等級霾現(xiàn)象氣溶膠散射系數(shù)與吸收系數(shù)的統(tǒng)計(Mm-1)Table 1 Statistics of aerosol scattering and absorption coefficients for haze at different levels (Mm-1)

觀測期間,霧發(fā)生的頻率為13.8%,在霧天氣中,能見度均值為(2.7±1.4) km,最低能見度接近1km,相對濕度與PM2.5均值分別為(91±3)%和(44.1±11.3) μg/m3,氣溶膠散射系數(shù)、吸收系數(shù)和大氣消光系數(shù)分別為(150.5±38.8) Mm-1、(8.6±2.1) Mm-1和(178.3±41.5) Mm-1.可以看出,霧天氣下能見度水平較低,顯著區(qū)別于霾天氣的因子是霧天氣具有高相對濕度與低PM2.5,相對濕度最高值超出霾的47%,而顆粒物濃度最低時僅為霾的24%;霧天顆粒物的散射系數(shù)和吸收系數(shù)也明顯低于霾天,平均僅為霾天的三分之一左右,霧天顆粒物對能見度降低的貢獻相比霾天有明顯下降.

3 結(jié)論

3.1 2015年南京冬季散射系數(shù)、吸收系數(shù)、大氣消光系數(shù)分別為:(423.4±265.3) Mm-1、(24.5±14.3) Mm-1、(474.5±283.9) Mm-1,散射系數(shù)與吸收系數(shù)貢獻比分別為89.2%和5.2%,能見度下降主要來自顆粒物的散射效應(yīng),氣溶膠的吸收性貢獻較低.氣溶膠散射系數(shù)與PM2.5質(zhì)量濃度呈線性分布,相關(guān)系數(shù)達到0.91.

3.2 能見度與PM2.5質(zhì)量濃度呈指數(shù)下降趨勢,相對濕度小于80%時,顆粒物濃度對能見度有重要影響,相對濕度的增大對能見度的降低有重要作用.

3.3 觀測期間南京冬季1月能見度低于10km時發(fā)生頻率為97.1%,局地源排放和污染物的輸送累積是重度霾形成的重要因素,能見度的下降是霾與霧共同作用的結(jié)果,霾天氣占主導(dǎo)地位,頻次為83.3%;重度霾和中度霾在霾天氣中分別占41%和25.5%,霾天氣下消光系數(shù)和PM2.5質(zhì)量濃度大幅超過非霾天氣,最高值分別達到1471.2Mm-1,358μg/m3,是霾天均值的3.1倍和3.5倍,是非霾天的19.8倍和11.9倍.氣溶膠的散射對大氣總消光的貢獻比隨霾的程度增強而增大.

3.4 重度霾下高顆粒物濃度和較高相對濕度協(xié)同作用對能見度影響極大,能見度最低時不足1km.觀測期間霧天氣發(fā)生頻率較低,顆粒物對能見度降低的貢獻較霾天有明顯下降.

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* 責(zé)任作者, 副教授, xnyu@nuist.edu.cn

Characteristics of aerosol extinction and low visibility in haze weather in winter of Nanjing

HE Jia-qi, YU Xing-na*, ZHU Bin, YUAN Liang, MA Jia, SHEN Li, ZHU Jun

(Key Laboratory of Meteorological Disaster, Ministry of Education, Joint International Research Laboratory of Climate and Environment Change, Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters, Key Laboratory for Aerosol-Cloud-Precipitation of China Meteorological Administration, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044, China)., 2016,36(6)：1645~1653

The variation characteristics of aerosol scattering and absorption coefficients, their contributions to atmospheric extinction and the relationship between visibility, PM2.5mass concentration and relative humidity were presented based on the aerosol absorption and scattering coefficients, PM2.5mass concentration, visibility and meteorological data in January 2015 in Nanjing. The results indicated that aerosol scattering and absorption coefficients were (423.4±265.3) Mm-1and (24.5±14.3)Mm-1, and their contribution to the atmospheric extinction were 89.2% and 5.2% respectively. The atmospheric extinction was mainly contributed to the aerosol scattering during observation period. The relationship between aerosol scattering coefficient and PM2.5mass concentration showed a good agreement (2=0.91). The visibility decreased exponentially with PM2.5mass concentration, and showed a negative correlation with relative humidity. The mean visibility during the observation period was 4.3km, and low visibility episodes (<2km) frequently happened. Light extinction coefficient and PM2.5mass concentration during haze episodes were evidently higher than those of non-haze periods with the highest values during haze episodes reached 1471.2Mm-1and 358μg/m3respectively. The visibility degradation was contributed to the influences of particles and relative humidity.

visibility；scattering coefficient；absorption coefficient；atmospheric extinction；haze

X513

A

1000-6923(2016)06-1645-09

何鎵祺(1989-),男,江蘇南通人,南京信息工程大學(xué)碩士研究生,主要研究方向為大氣環(huán)境.發(fā)表論文1篇.

2015-11-20

中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(B類)(XDB05030104);國家自然科學(xué)基金項目(41475142);江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生實踐創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目(201510300053y,201510300065y);江蘇省高?！扒嗨{工程”資助;江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項目(PAPD)