上海大气气溶胶的光学性质揭示新论

整个研究期间，上海颗粒物的散射系数和吸收系数如图24-8所示。散射系数σsp通过浊度仪直接测得。由于黑碳是气溶胶中吸热效应最重要的物种，吸收系数σap可基于测定的黑碳浓度（由在线黑碳测定仪Aethalometer AE-21测定）而换算得到，公式为σap=［BC］×11.7，其中BC的吸收系数11.7 m2·g-1取自相关文献［47］。单次反照率ω0通过以下公式计算得到：ω0=σsp／（σap+σsp）。ω0是表征气候效应的重要物理量，比值越低，表示吸热效应越强。从图中可见，σsp的变化趋势和颗粒物PM 2.5、PM 10的浓度变化非常一致［图24-2（c）］。整个研究期间出现的几个高散射系数时期，基本和前面讨论的颗粒物高浓度时期吻合。16—18日的平均σsp为297.2±189.8 Mm-1（兆米-1），25、26日由于大量烟花爆竹燃放，σsp小时平均值达到了整个期间最高的807.2 Mm-1。2—11日的平均σsp为283.2±121.6 Mm-1，与第一次高污染阶段比较接近。吸收系数σap在第一次污染阶段较高，达到99.1±64.1 Mm-1，几乎是平日的2倍还多（其他时段σap平均值为42.2±24.2 Mm-1）。σap较高，说明大气中黑碳的浓度水平较高。黑碳的主要来源之一是机动车的排放。这段时期的高黑碳浓度，可能由于春节前一个星期之内为外地人返乡最密集和繁忙的阶段，大幅增加的进出上海的车流量，是造成黑碳浓度明显上升的主要原因之一。

图24-8　研究期间的颗粒物散射系数σsp、吸收系数σap以及单次反照率ω0

上海大气气溶胶的吸收系数明显高于中国几个主要发达地区。如北京1999年测得的散射和吸收系数分别为488±370和83±40 Mm-1［48］，2006年观测值则为361±295和51.8±36.5 Mm-1［49］，珠 江　三　角 洲2004年 观 测 值 分 别 为344±128和52.5±19.6 Mm-1［46］，临安1999年观测值分别为353±202和23±14 Mm-1［12］。上海大气颗粒物在第一次高污染时期（16—18日）与其他时期的单次反照率ω0平均值分别为0.70和0.80，这也反映了吸光物质在上海大气颗粒物中的比例很高，极低的ω0说明存在燃烧源产生的大量新鲜气溶胶［46］。第一次高污染期间的高颗粒物浓度，表明了本地机动车排放的有机物污染是其主要来源，而2月2—11日的黑碳浓度虽然较低，但是颗粒物浓度仍然较高，也许说明了受到二次无机污染控制。整个研究期间的ω0平均值低达0.79，说明上海大气颗粒物中有大量吸光物质存在，因而其对低层大气具有升温效应。(www.xing528.com)

图24-9　吸收系数σap、散射系数σsp、单次反照率ω0以及能见度的日变化箱式

图24-9展示了σap、σsp、ω0以及能见度的日变化。σap表现了明显日变化，在早高峰和晚高峰出现波峰，主要由于机动车尾气排放的黑碳增加所致。σap从中午至下午时段达到一天中的最低值，主要是由于一则交通流量减少，二则混合层高度增加。晚上σap数值较低，主要由于交通排放源减少。σsp的日变化趋势和σap有所不同，在早高峰出现波峰，而且在晚间22:00—2:00也出现了较高值，这可能由于夜晚较高湿度所致（图24-6）。空气中的水蒸气对光具有不可忽略的消光作用。长三角临安站点的研究表明，水汽对散射总量的贡献可能达到40%［12］，因此夜晚较高的σsp可能是由于颗粒物和水汽协同作用的结果。ω0的日变化趋势在早高峰和晚高峰出现最低值，平均值在0.75左右，反映了吸光物质黑碳的显著增加。ω0在中午以及晚间较高，一方面由于排放的黑碳减少，另一方面二次气溶胶例如硫酸盐、硝酸盐、铵盐以及二次有机气溶胶的增加，加强了对光的散射，引起ω0升高。能见度的日变化趋势，基本和散射系数、吸收系数相反，在清晨以及傍晚最低，平均值在2～3 km，主要是由于受到交通排放以及气象条件的双重影响。中午时候能见度有所好转，但也只是接近5 km左右。整个采样期间，能见度值都在5 km上下浮动，远低于霾定义（＜10 km）范围，表明上海冬季颗粒物污染非常严重。