石家莊一次沙塵大氣污染物與邊界層相互作用

董曉波,麥 榕,王紅磊,楊 洋,趙利偉,舒志遠(yuǎn),張曉瑞（1.河北省氣象與生態(tài)環(huán)境重點實驗室,河北 石家莊 05000；.河北省人工影響天氣辦公室,河北 石家莊 05000；3.南京信息工程大學(xué),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-云-降水重點開放實驗室,江蘇 南京 10044）

沙塵氣溶膠是對流層大氣氣溶膠的重要組成,全球每年進入大氣中的沙塵氣溶膠可達(dá) 1000～3000Tg,約占全球?qū)α鲗託馊苣z的 50%[1-2].沙塵天氣可使得大氣中氣溶膠質(zhì)量濃度急速升高,地面PM10在幾小時內(nèi)可達(dá)到幾千 μg/m3,使得能見度快速下降,對交通和城市空氣質(zhì)量造成較大影響[3-7].沙塵天氣發(fā)生時,除了遠(yuǎn)距離輸送的沙塵顆粒,強風(fēng)天氣還會將局地的揚塵等卷入空中,使得人群暴露在較高濃度的顆粒物水平下,進而對人體健康造成較大影響[8-9].研究表明我國西北部地區(qū)人群的心腦血管疾病、呼吸系統(tǒng)疾病發(fā)病率與當(dāng)?shù)仡l發(fā)的沙塵天氣關(guān)系密切[10-12].此外,沙塵過程還可影響下游地區(qū)氣溶膠粒徑分布和化學(xué)組成[13-17],并且沙塵粒子還可影響大氣中的非均相化學(xué)過程[18].

沙塵污染是我國華北平原地區(qū)春季重要的污染類型.研究表明北京地區(qū)有58.8%的4級以上重污染日是由沙塵天氣引起的[19].2016～2018年北京地區(qū)春季的4級以上重污染日中有47.8%（11d）出現(xiàn)了沙塵天氣[20].近年來,針對華北平原地區(qū)沙塵期間起沙源地、沙塵輸送路徑和氣溶膠化學(xué)組分等方面開展了大量的研究[21-25].魏巍等[23]研究發(fā)現(xiàn)在沙塵過程前期,華北地區(qū)由地面至高空處于弱輻散場,下沉運動較弱,空中的沙塵緩慢降落形成浮塵天氣.Fan等[24]也發(fā)現(xiàn)大氣環(huán)流和氣候條件的變化,與中國北方沙塵事件的頻率密切相關(guān).根據(jù)2007～2014年CALIPSO Level 2氣溶膠廓線產(chǎn)品分析表明,華北地區(qū)近地面以污染沙塵氣溶膠為主;春季以沙塵為主,夏秋季以污染沙塵為主,冬季中高層以沙塵為主,低層以污染沙塵為主[26].李思思等[27]發(fā)現(xiàn)沙塵期間 Dust 顆粒粒徑主要分布在 0.5～1.1μm,Dust 顆粒的 NO3-/HSO4-（顆粒數(shù)）比值為1.31,顆粒老化程度較高.

沙塵遠(yuǎn)距離輸送過程中,由于沙塵層較高,因此在傳輸過程中對邊界層結(jié)構(gòu)的影響較大[28-35].進入大氣中的沙塵粒子,可以減少到達(dá)地面的太陽輻射,進而使得大氣湍流過程減弱,這使得邊界層內(nèi)的湍流混合減弱,導(dǎo)致地面風(fēng)速降低[32];在一定大氣結(jié)構(gòu)條件下沙塵與地面污染相混合的現(xiàn)象[34].目前,針對沙塵過程中氣溶膠和邊界層等要素的垂直觀測多使用激光雷達(dá)和衛(wèi)星[36-39],無法得到沙塵過程中詳細(xì)的氣溶膠和邊界層垂直結(jié)構(gòu)特征.2020年 5月11～12日華北平原出現(xiàn)一次沙塵過程,為了探究沙塵過程中大氣污染物與邊界層的相互影響機制,使用云高儀和空中國王-350飛機探測平臺觀測了氣溶膠后向散射系數(shù)、氣象要素、BC（黑碳?xì)馊苣z）和0.1～3.0μm 氣溶膠粒徑分布的垂直結(jié)構(gòu).此外,結(jié)合FY-4A衛(wèi)星數(shù)據(jù)、大氣污染物數(shù)據(jù)、地面氣象數(shù)據(jù)和探空數(shù)據(jù),分析了這次沙塵過程的傳輸特征、大氣污染物時空分布特征以及沙塵過程中大氣污染物與邊界層的垂直分布特征.以期為揭示沙塵對城市地區(qū)空氣質(zhì)量的影響機制提供借鑒.

1 數(shù)據(jù)資料與方法

1.1 觀測地點和數(shù)據(jù)

云高儀和地面氣象數(shù)據(jù)來自石家莊市欒城區(qū)人影基地（37.54°N,114.36°E;海拔高度:60m）（圖1）.空中國王-350HW 飛機自正定機場起飛和降落,正定機場距離人影基地約 40km.地面探空數(shù)據(jù)（溫度、RH、風(fēng)速、風(fēng)向和氣壓）使用距離石家莊最近的邢臺皇寺探空站（37.17°N,114.35°E;海拔高度:184m）,距離人影基地約 76km.PM2.5、PM10、O3、SO2、CO和 NO2數(shù)據(jù)來自中國環(huán)境監(jiān)測總站全國城市空氣質(zhì)量實時發(fā)布平臺（http://106.37.208.233:20035/）公布的數(shù)據(jù),時間分辨率為 1h.由于空域原因,飛機起飛時間為2020年5月12日17:05,落地時間為2020年5月12日19:16,飛行最大高度為7066m.

圖1 研究區(qū)站點分布和飛機飛行軌跡Fig.1 Topography of the observation site and the surrounding area and aircraft observation track

由圖 1的飛機飛行軌跡可知,飛機從正定起飛上升到 2100m后平飛到欒城縣,到達(dá)欒城縣后在2100m 進行平飛一圈.之后飛往A點（37.54°N,114.36°E）（人影基地）,以點A為中心,半徑5km作垂直探測,高度從 2100m 緩慢上升到 7100m.在到達(dá)7100m 后直接飛往 B點（37.44°N,114.45°E）（趙縣）,以點B為中心,半徑5km作垂直探測,高度從7100m緩慢下降至 2100m,之后返航降落在正定機場.其中A點和B點的水平距離為30km,對于沙塵天氣研究差異較小,屬于同一研究區(qū)域.此外,飛機上行和下行軌跡所經(jīng)過區(qū)域差異較小.

1.2 國王-350HW飛機觀測平臺

空中國王-350HW飛機為美國比奇公司生產(chǎn)的雙發(fā)螺旋槳飛機,機長 14.6m,翼展 17.6m,改裝后雙發(fā)升限10000m高度.機載探測設(shè)備包括飛機綜合氣象測量系統(tǒng)（AIMMS-20）（加拿大Aventech公司）,被動腔氣溶膠譜探頭PCASP-100（美國DMT公司）和黑碳儀AE-33（美國Magee公司）.空中國王-350HW飛機觀測平臺介紹詳見文獻[40].

AIMMS-20用于測量氣象要素和飛行軌跡等信息.該系統(tǒng)以高達(dá)20Hz的速率提供精確的實時氣象數(shù)據(jù)（溫度、RH、風(fēng)速、風(fēng)向和垂直風(fēng)速等）.PCASP-100探頭,根據(jù)米散射理論,按照散射光強的大小來推算粒子的尺寸.測量直徑0.1～3.0μm的氣溶膠粒子,分為30個間隔不完全相等的通道,探測采樣頻率為 1Hz.由于設(shè)備存在潛在的不確定性,因此PCASP 的第一通道（0.1～0.11μm）數(shù)據(jù)被忽略.AE-33有 370、470、525、590、660、880和 940nm 共 7個測量通道.黑碳儀運用光學(xué)灰度測量法,通過測定石英濾膜上BC對光的衰減量來反算BC的光學(xué)吸收系數(shù),從而推斷出BC的質(zhì)量濃度,精度為1ng/m3.儀器和數(shù)據(jù)處理參見文獻[40-41].空中國王-350HW飛機觀測平臺儀器時間分辨率為1s.

1.3 云高儀

氣溶膠后向散射系數(shù)使用增強型單鏡頭云高儀CL51（美國Vaisala公司）進行觀測.云高儀運用脈沖二極管激光探測和測距（LIDAR）技術(shù),依據(jù)激光脈沖發(fā)出和接收到的后向散射信號之間的時間差來計算云底高度,利用垂直方向上所探測到的后向散射系數(shù)廓線來判斷氣溶膠垂直分布.儀器具體介紹參見文獻[43].

1.4 FY-4A衛(wèi)星數(shù)據(jù)

風(fēng)云四號（FY-4A）衛(wèi)星真彩圖數(shù)據(jù)來源于中國氣象局國家氣象衛(wèi)星中心風(fēng)云四號衛(wèi)星天氣應(yīng)用平臺,空間分辨率為 4km.衛(wèi)星數(shù)據(jù)具體介紹參見文獻[44].

2 結(jié)果與討論

2.1 沙塵事件概述

由圖2可知此次沙塵過程中張家口最先受到影響,5月11日11:00PM10濃度開始快速增加,11:00時PM10為 81μg/m3,20:00時 PM10達(dá)到最大值 1590μg/m3.烏蘭察布和呼和浩特緊隨其后,分別于5月11日15:00和16:00開始受到沙塵影響,PM10最大值分別為 943（5月11日23:00）和 2425μg/m3（5月 12日02:00）.而包頭在整個觀測期間 PM10均未顯著變化,因此本次沙塵過程起源于呼和浩特-烏蘭察布-張家口一帶.

圖2 觀測期間主要城市PM10時間序列Fig.2 Time series of PM10in major cities during observation period

通過風(fēng)云四號（FY-4A）衛(wèi)星真彩云圖（圖略,網(wǎng)址為:http://rsapp.nsmc.org.cn/geofy/）可知在 5月 11日沙塵源地起沙時,由于云層覆蓋,并未觀測到沙塵.直到5月12日05:00風(fēng)云衛(wèi)星才在沙塵源地上空觀測到沙塵,華北平原上空僅觀測到云系的存在,還未受到沙塵的影響.此后沙塵迅速向東南方傳播,5月12日17:00的風(fēng)云衛(wèi)星云圖可以清晰的看到華北平原上空的沙塵分布圖像.此后,沙塵隨著氣流傳輸,5月12日19:00沙塵主體已經(jīng)入海,風(fēng)云衛(wèi)星在華北平原上空已觀測不到沙塵主體.總體來說,此次沙塵過程起源于內(nèi)蒙古的呼和浩特-烏蘭察布和河北張家口一帶,由圖2也可發(fā)現(xiàn)張家口的地面PM10首先增加,呼和浩特和烏蘭察布緊隨其后,但是呼和浩特的PM10濃度最高.起沙后迅速向下游地區(qū)傳輸,由于起沙源地位于華北平原邊緣,因此起沙后在很短的時間內(nèi)即影響到華北平原一帶.由圖 3可知,此次沙塵過程中,沙塵在大氣中的垂直傳輸高度較低,多在1～2km高度,因此此次沙塵過程屬于低空傳輸沙塵.

北京5月11日16:00～5月12日01:00PM10受沙塵的影響增加較多,11日 22:00達(dá)到最大值640μg/m3.石家莊5月12日04:00～19:00PM10受到沙塵影響,12日05:00達(dá)到最大值268μg/m3.由衛(wèi)星云圖可知,石家莊恰好位于沙塵傳輸路徑的中間位置,但是地面污染物濃度并未顯著增加.由圖3石家莊云高儀觀測到的氣溶膠后向散射系數(shù)可發(fā)現(xiàn),沙塵傳輸?shù)绞仪f時,并未較強的向下傳輸過程,沙塵層均維持的1km以上,因此對地面污染物的影響較小.

由圖2石家莊PM10時間變化和圖3云高儀的觀測結(jié)果,本文中將石家莊地區(qū)的觀測分為以下 3個階段:沙塵前,2020年 5月 9日 00:00～2020年 5月12日03:00,此時PM10質(zhì)量濃度較低,且云高儀觀測到的垂直方向后向散射系數(shù)較小,此時沙塵還未影響到石家莊地區(qū);沙塵期間,2020年 5月 12日04:00～19:00,此時PM10質(zhì)量濃度快速增加,垂直方向的后向散射系數(shù)較大,石家莊地區(qū)受到沙塵的影響;沙塵后,2020年5月12日 20:00～2020年5月15日23:00,此階段 PM10質(zhì)量濃度恢復(fù)到沙塵前的水平,垂直方向氣溶膠后向散射系數(shù)顯著降低,沙塵對石家莊地區(qū)的影響基本結(jié)束.

圖3 云高儀后向散射系數(shù)時間序列Fig.3 Time series of aerosol backscatter by Vaisala CL51 ceilometer during observation period

2.2 沙塵期間地面污染物變化特征

由圖4可知沙塵期間石家莊 PM10的質(zhì)量濃度平均為166.3μg/m3,分別是沙塵前和沙塵后的2.7倍和1.5倍.沙塵期間PM2.5平均濃度為26.4μg/m3,是沙塵前的 1.2倍,是沙塵后的 66.4%.沙塵期間 PM2.5/PM10的值為 0.16,遠(yuǎn)低于沙塵前（0.38）和沙塵后（0.37）.這與以往的研究類似[45],沙塵期間主要增加大氣中的粗顆粒,對細(xì)粒子影響較小.由圖 5和圖 6的地面探空數(shù)據(jù)可知,在沙塵期間 08:00在 1.0～1.8km 處有一弱的逆溫層,而在 20:00在 1.0～1.4km也觀測到明顯的逆溫層,逆溫層附近出現(xiàn)風(fēng)速谷值,阻礙了沙塵向地面輸送,因此圖 3中觀測到的沙塵層一直維持在＞1km,這使得地面的PM10濃度并未出現(xiàn)急劇增加的現(xiàn)象.但是在沙塵傳輸過程中,受到重力沉降的影響,大粒徑的沙塵粒子仍可通過逆溫層下落到地面,因此即使是在沙塵期間非常穩(wěn)定的邊界層結(jié)構(gòu),地面PM10仍然會受到沙塵的影響.

此外,由圖4可知沙塵期間RH為36.7%,分別是沙塵前和沙塵后的 71.3%和 65.2%;沙塵期間風(fēng)速2.5m/s,分別是沙塵前和沙塵后的1.7和1.6倍.較低的RH不利于大氣中二次氣溶膠的形成,較高的風(fēng)速有利于污染物的擴散和土壤揚塵的產(chǎn)生,這也是沙塵期間PM2.5/PM10的值較低的原因.

圖4 觀測期間地面大氣污染物平均濃度Fig.4 The average mass concentration of atmospheric pollutants during observation period

沙塵期間SO2、NO2和CO的濃度較低,平均濃度分別為7.6和21.4μg/m3及0.25mg/m3,分別是沙塵前的 86.4%、67.4%和 60.6%,分別是沙塵后的43.5%、53.8%和39.6%.沙塵期間對地面氣態(tài)污染物的清除作用較強,但是沙塵過境后地面污染物濃度迅速回升.O3的變化與 PM2.5類似,沙塵期間為68.6μg/m3,是沙塵前的1.1倍,是沙塵后的78.6%.

由圖5沙塵前后在近地面300～500m以下可觀測到一弱的貼地逆溫,而在沙塵期間則沒有貼地逆溫的存在.貼地逆溫的存在有利于地面大氣污染物的積累.這也是造成沙塵前后某些大氣污染物濃度較高的一個原因.沙塵后08:00和20:00的貼地逆溫強度分別為 0.25℃/（100m）和 0.3℃/（100m）,是沙塵前的2.5倍和2.3倍,因此在沙塵后地面觀測到的污染物濃度最高.

圖5 2020年5月12日08:00（a-c）和20:00（d-f）的地面垂直探空數(shù)據(jù)Fig.5 The profiles of meteorological variables at 2020-5-12 08:00（a-c）and 20:00（d-f）during observation period

此外,沙塵對溫度的垂直分布影響較小,對 RH和風(fēng)速的影響較大.在沙塵層 RH較小,風(fēng)速較大,形成了一個阻礙邊界層發(fā)展的“穹頂”結(jié)構(gòu).“穹頂”內(nèi)由于沙塵的存在,使得沙塵層以上的太陽輻射無法到達(dá)地面,地面的長波輻射也無法透過大氣窗向外傳輸,因此在沙塵層之下邊界層反而會得到比較充分的混合.因此,沙塵期間沙塵層之下 RH 隨高度的變化較小,而在沙塵前后RH在邊界層內(nèi)隨高度迅速降低.這是使得沙塵期間地面污染物濃度降低的主要原因.此外,沙塵期間由于“穹頂”結(jié)構(gòu)的存在使得地面加熱作用減弱,因此在沙塵期間并未觀測到貼地逆溫,這也有利于地面污染物的擴散.

但是值得注意的是,沙塵主要是受到較大的天氣系統(tǒng)的影響,沙塵期間往往在較大范圍內(nèi)的水平輸送較大,也即可觀測到區(qū)域的水平風(fēng)速較大,這由圖5也可明顯的觀測到在沙塵期間,1km附近的沙塵層存在一個風(fēng)速變大層.因此,如果不是本地起沙,且遠(yuǎn)程傳輸?shù)纳硥m降塵較少的情況下,風(fēng)速可能是影響地面污染物濃度的最主要的原因.“穹頂”結(jié)構(gòu)的存在,使得地面加熱作用減弱,即向上的對流減弱,不利于地面污染物的擴散,進而加劇了大氣污染物的積累,但其影響應(yīng)該弱于水平的風(fēng)速的影響.

2.3 沙塵期間飛機探測

圖 6分別給出了飛機上行和下行飛行數(shù)據(jù).由圖6可知RH和溫度的垂直結(jié)構(gòu)與地面探空數(shù)據(jù)分布類似.在飛機上行階段在800～1400m存在逆溫層,在1200～1300m處逆溫強度可達(dá)1.8℃/（100m）.逆溫層下RH隨高度增加而增加,在800m處達(dá)到最大值42.6%,此后隨高度增加開始降低.1200m 開始迅速降低,1200m處 RH為 34.8%,1300m處則降低為23.5%.由圖3可知,此時在1200～1300m高度處氣溶膠后向散射系數(shù)最大,最大值出現(xiàn)在 1240m處為3730×10-9sr-1,此高度層為沙塵層.由圖6還可發(fā)現(xiàn)在逆溫層內(nèi)1000m高度處垂直氣流出現(xiàn)最小值0.5m/s,在 1200m高度處風(fēng)速出現(xiàn)最小值 2.8m/s,風(fēng)向由偏南風(fēng)轉(zhuǎn)變?yōu)槠憋L(fēng).沙塵層的出現(xiàn)可使得沙塵層底部出現(xiàn)強逆溫和風(fēng)切邊層,對邊界層結(jié)構(gòu)造成較大影響.

由圖6（b）可發(fā)現(xiàn),飛機上行期間BC的垂直分布受沙塵的影響較大.在逆溫層之下,BC質(zhì)量濃度隨高度增加迅速降低,在逆溫層底800m處BC出現(xiàn)最小值319.4ng/m3.在逆溫層之下,BC與溫度和RH的相關(guān)系數(shù)分別為0.95和-0.90,與風(fēng)速的相關(guān)系數(shù)高達(dá)-0.98.在逆溫層下 BC的垂直分布與邊界層結(jié)構(gòu)密切相關(guān),這與Lu等[46]的觀測結(jié)果一致.

800～1100m高度內(nèi)BC濃度迅速增加,1000m和1100m處BC分別為832.8,794.5ng/m3.由圖6（a）可知此高度的逆溫強度較弱,因此下層污染物可以傳輸至此.而在1200m處出現(xiàn)較強逆溫,因此污染物無法繼續(xù)向上傳輸,進而在此處堆積.在1200m處BC降低為472.7ng/m3,接近逆溫層底濃度.此后BC濃度開始迅速增加,在 1900m 處達(dá)到最大值 1521.8ng/m3,然后開始降低,4600m 處為 593.8ng/m3.此后直到7100m左右,BC濃度均維持在相對穩(wěn)定的值.1200～4600m 高度處溫度隨高度增加逐漸降低,而 RH則先維持在較低的濃度然后開始緩慢增加,BC與溫度和RH的相關(guān)系數(shù)分別為0.50和-0.68.由圖6（c）可發(fā)現(xiàn)在1200～4600m風(fēng)速和風(fēng)向也相對穩(wěn)定,因此這一高度層主要受沙塵影響,此高度層BC濃度的變化主要受到沙塵外來傳輸?shù)挠绊?

圖6 飛機上行（a～c）和下行（d～f）BC和氣象要素垂直廓線Fig.6 The profiles of BC and meteorological elements during aircraft take-off（a-c）and landing（d-f）observation

在飛機下行時也觀測到類似的現(xiàn)象,在逆溫層下 RH隨高度增加,BC濃度迅速降低.在逆溫層內(nèi)BC濃度增加,在 1100m高度處 BC濃度為820.8ng/m3,與逆溫層低濃度接近,此后濃度又開始增加.在 1200～2000mBC濃度維持在較高的濃度,多超過1200ng/m3,在1300m觀測到最大值1431.9ng/m3.BC濃度自2000m開始隨高度增加而下降,在4100m降低為364.2ng/m3,此后隨高度變化較小.即在飛機下行時1200～4100m高度處BC主要受沙塵層的影響.

圖7給出了飛機上行和下行期間氣溶膠粒徑分布特征,也可明顯的發(fā)現(xiàn)沙塵主要影響 1200～5000m高度氣溶膠粒徑譜分布.＜1km 高度,氣溶膠主要集中在＜0.5μm.在沙塵層,氣溶膠數(shù)濃度顯著增加.在飛機下行時,沙塵層觀測到的氣溶膠數(shù)濃度反而更高,且0.6～1.0μm氣溶膠數(shù)濃度顯著增加,高值影響的高度范圍也顯著變大.

圖7 氣溶膠隨高度的粒徑分布Fig.7 Spectral distributions of the aerosol number concentration during aircraft observations

將＜1200m 定義為沙塵層下,1200～5000m 定義為沙塵層,＞5000m 定義為沙塵層上.飛機上行時,沙塵層下中上內(nèi)BC分別為981.9,996.8,545.6ng/m3.沙塵層1900m觀測到BC的最大值為1521.8ng/m3,是地面濃度的92.5%.飛機下行時,沙塵層下中上內(nèi)BC分別為1180.9,796.0和393.5ng/m3.沙塵層1300m觀測到 BC的最大值為 1431.9ng/m3,是地面濃度的80.7%.

飛機上行時,沙塵層下、中、上內(nèi)0.1～3.0μm氣溶膠總濃度分別為 235.6,187.7和 43.0cm-3.沙塵層2200m觀測到數(shù)濃度的最大值為 260.8cm-3,是地面濃度的 90.1%.飛機下行時,沙塵層下、中、上內(nèi)0.1～3.0μm 氣溶膠總濃度分別為 365.9,333.8和64.5cm-3.沙塵層 1600m 觀測到數(shù)濃度的最大值為436.5cm-3,是地面濃度的1.03倍.

由圖8可發(fā)現(xiàn)在飛機上行和下行過程中沙塵層上中下氣溶膠譜譜型一致,即沙塵過程對不同高度處氣溶膠譜型的影響較小.在 0.1～0.3μm 粒徑段,氣溶膠數(shù)濃度均為沙塵層下＞沙塵層＞沙塵層上,即隨著高度增加氣溶膠數(shù)濃度逐漸降低.0.5～3.0μm,沙塵層上和沙塵層下氣溶膠數(shù)濃度差異較小,一方面因為該粒徑段中氣溶膠數(shù)濃度本身較低,多為7～16個/（cm3·μm）.此外,在沙塵層上由于云滴等的影響,使得氣溶膠大粒子數(shù)濃度較高,因此在該粒徑段氣溶膠數(shù)濃度反而隨高度變化不大.

圖8 不同高度氣溶膠譜分布Fig.8 Spectral distributions of the aerosol number concentrationduring different height layers

由圖8還可發(fā)現(xiàn)0.4～3.0μm沙塵層的數(shù)濃度要顯著高于沙塵層下和沙塵層上氣溶膠數(shù)濃度.在飛機上行階段,是沙塵層下數(shù)濃度的1.3～4.2倍,是沙塵層上數(shù)濃度1.3～4.1倍.在飛機下行階段,是沙塵層下數(shù)濃度的 1.3～4.7倍,是沙塵層上數(shù)濃度 1.4～7.6倍.沙塵層在 0.4～1.4μm 數(shù)濃度增加最多,在 1.6～2.8μm數(shù)濃度增加量較少.＞2.8μm 沙塵層數(shù)濃度增加量又開始增多,但是由于更大粒徑的數(shù)濃度無觀測數(shù)據(jù),因此無法深入分析.

3 結(jié)論

3.1 由于逆溫層的存在,沙塵在石家莊上空均維持在＞1km 的高度,沒有向地面?zhèn)鬏?因此對地面污染物的影響較小.沙塵期間石家莊PM10的平均質(zhì)量濃度為166.3μg/m3,分別是沙塵前和沙塵后的2.7倍和1.5倍.沙塵期間PM2.5/PM10的值為0.16,遠(yuǎn)低于沙塵前（0.38）和沙塵后（0.37）.

3.2 沙塵過程對邊界層結(jié)構(gòu)影響較大.沙塵期間在沙塵層附近形成一層RH較小、風(fēng)速較大、氣溶膠含量較高的“穹頂”結(jié)構(gòu),阻礙了邊界層的發(fā)展.“穹頂”結(jié)構(gòu)使得貼地逆溫消失,有利于近地面污染物的擴散.沙塵過程中氣態(tài)一次污染物（NO2、SO2和CO）濃度顯著降低,二次污染物 O3和 PM2.5的濃度變化較小.

3.3 沙塵層內(nèi) BC和氣溶膠數(shù)濃度較高,最大濃度接近地面觀測濃度.飛機上行和下行時沙塵層內(nèi)BC分別在 1900m（1521.8μg/m3）和 1300m（1431.9μg/m3）處達(dá)到最大值,分別是地面濃度的 92.5%和 80.7%.飛機上行和下行時沙塵層內(nèi)氣溶膠數(shù)濃度分別在2200m（260.8cm-3）和 1600m（436.5cm-3）處達(dá)到最大值,分別是地面濃度的 90.1%和 1.03倍.沙塵過程對不同高度氣溶膠數(shù)濃度譜譜型影響較小.沙塵層使得0.4～3.0μm氣溶膠數(shù)濃度顯著增加.