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大气气溶胶和雾霾:光学厚度与Angstrom指数

时间:2023-09-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:图41-11是卫星反演PE1时段气溶胶光学厚度和Angstrom指数的区域分布特征。其中上海的AOD平均值在1.2以上,表明大气气溶胶的强烈消光作用。二次污染生成的粒子,粒径较小,可以基于Angstrom指数的区域分布来说明,这期间火点密集地区的大气气溶胶性质有别于其他地区的污染气溶胶。图41-13PE3时期气溶胶光学厚度AOD和Angstrom指数的区域分布

大气气溶胶和雾霾:光学厚度与Angstrom指数

图41-11是卫星反演PE1时段气溶胶光学厚度(AOD)和Angstrom指数的区域分布特征。从图中可见,此时段内AOD的高值主要集中在长三角上海、浙江北部、江苏、山东、安徽、河南和湖北大部,以及京津冀地区。其中上海的AOD平均值在1.2以上,表明大气气溶胶的强烈消光作用。这与上述对颗粒物浓度的分析相互吻合。结合之前的后向轨迹分析[图41-2(a)]可以判断,上海本地可能受到AOD高值区污染气溶胶长途传输的影响。

图41-11 PE1时期气溶胶光学厚度AOD和Angstrom指数的区域分布(彩图见图版第27页,也见下载文件包,网址见正文14页脚注

Angstrom指数指征的是颗粒物的粒径大小,其值越大表示粒径越小。从图中可见,在同一时段内,Angstrom指数的空间分布与AOD不尽相同。在AOD浓度并不是十分高的区域,例如浙江南部、中部地区,出现了高Angstrom值,高达1.3~1.5,说明了这些地区的气溶胶主要以细颗粒物为主。在高AOD的上海、江苏、山东、京津冀等区域,Angstrom指数并未出现最高值,其值在0.8~1.2左右,说明这些地区气溶胶中存在一定量的粗粒子。这与上述对中等PM 2.5/PM 10比值及较高Al元素浓度和TSP中较高矿物百分比,是比较吻合的。二次气溶胶在PE1中是主要致污染因子,其所含的粗颗粒物对于总悬浮颗粒物的贡献,也不可忽略。从京津冀、山东、江苏以及上海的Angstrom指数的区域连贯性来看,上海PE1时段也很可能受到了外来浮尘一定程度的影响。

图41-12是PE2也即4月25日当天的MODIS气溶胶光学性质反演图。与图41-11类似的是,华东、华北大部分区域出现较高的AOD浓度值。但是Angstrom指数与PE1有着显著的差别。在PE2时段,Angstrom指数值处于0.5~0.6之间,说明气溶胶的粒径较大。气溶胶以粗颗粒为主,说明其包含较多大粒径矿物气溶胶。这和之前判断此时段主要来自外来沙尘影响非常吻合。Angstrom指数在区域上表现出大范围的一致性,说明上海PE2时段的污染,是一次大范围的区域污染,主要由蒙古戈壁沙漠的沙尘气溶胶长程传输所致。

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图41-12 PE2时期气溶胶光学厚度AOD和Angstrom指数的区域分布(彩图见图版第27页,也见下载文件包,网址见正文14页脚注)

图41-13中黑点代表的是PE3时段的MODIS火点总和。从图中可见,火点主要集中在上海西部,在上海与江苏交界处的火点尤为密集。外省市的火点主要集中在江苏北部、浙江北部、安徽北部以及山东。火点密集地区所对应的气溶胶光学厚度(AOD)都明显增大,基本大于1.2,最大值接近2.0,反映了这段时期内较高的颗粒物浓度。但是图41-13左图不能完全说明高AOD由生物质燃烧所引起,因为也有可能是本地或区域的二次气溶胶污染所引起。图41-13中图为Angstrom指数在PE3时段的平均值。可见,火点集中区域的Angstrom指数在0.7~1.0之间,从绝对值上看仍属于细颗粒主导,但低于江西。从图41-3左图可知,江西的AOD值很高,但没有火点,因此很可能在这期间,江西的污染属于本地二次转化所致。二次污染生成的粒子,粒径较小,可以基于Angstrom指数的区域分布来说明,这期间火点密集地区的大气气溶胶性质有别于其他地区的污染气溶胶。为区分本地污染和生物质燃烧对AOD的相对贡献(针对左图),将5月28日—6月3日的平均AOD与5、6月的平均AOD做差值(图41-13右图),发现有火点的区域差值可达到0.5~1.0,而无火点的区域差值变化不大,基本在-0.2~0.3(除了江西和浙江东部)。做差值的目的在于扣除本底污染,用于判断生物质燃烧的影响程度。据此发现了生物质燃烧确实对本地以及区域的颗粒物浓度有所贡献,且非常可观。

图41-13 PE3时期气溶胶光学厚度AOD和Angstrom指数的区域分布(彩图见图版第27页,也见下载文件包,网址见正文14页脚注)

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