英语原文共 9 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

韩国孤山气象台冬季污染事件期间的气溶胶特性与区域气象要素

Yumi Kim, Sang-Woo Kim , Soon-Chang Yoon , Man-Hae Kim , Ki-Hark Park

重点

· 我们分析了孤山气溶胶特性和相应的气象场。

·冬季sigma;_a值最大，sigma;_s达到次最大值。

·在冬季污染期间，气溶胶光学特性所产生的影响属于前15%。

·一个缓慢移动的反气旋气流向孤山输送了大量的气溶胶

摘要

本文介绍了韩国孤山气象台观测到的一次冬季细气溶胶事件中气溶胶的光学和物理特性，并进行了相应的气象分析。东北亚地区冬季大气污染物的时空分布由陆相外流控制；然而，在所有季节中，孤山站冬季的气溶胶吸收系数最大(9.5 plusmn; 8.7 Mm ^-1 )，其次是春季。在冬季污染期间(2008年1月3日到10日)sigma;_a和sigma;_s的数值分别为238.97 plusmn; 123.85 and 18.42plusmn; 8.49 Mm^-1，这个数值大约是冬季洁净期间数值的5倍。根据冬季污染期间的OMI的气溶胶综合分析指数，风矢量及背景轨迹显示，锋面系统前缓慢移动的反气旋系统，会将大量气溶胶从亚洲大陆输送到孤山。

1.绪论

在过去的几十年里，东北亚地区气溶胶的研究已引起相当的重视，因为这个地区人为活动引起的细气溶胶粒子持续并显著增长，同时还因为排放出的污染性气溶胶通过各种途径对地区辐射收支起着显著的影响。例如，在孤山，晴天条件下大气层下表面气溶胶引起的直接辐射强迫年平均值为-27.55plusmn;9.21 W m ^-2，而在大气层顶部引起的辐射强迫值为-15.79plusmn;4.44 W m ^-2，有11.76plusmn; 5.82 W m ^-2的辐射被大气吸收。

通过综合领域的研究，如ACE-Asia (Huebert et al., 2003) 和ABC-EAREX(Nakajima et al., 2007)，对气溶胶的物理，化学及光学特性和相关气象机制的研究已经建立起来，但是这些研究还仅仅限制在春季的扬尘及污染性气溶胶上。而在冬季中国东部沿海地区人为排放的污染物粒子浓度明显很高。Streets et al. (2003)报道了中国一月份出现燃烧相关产物（如SO₂，NO_X,CO,黑炭等）排放的峰值，这是因为冬季家庭供暖所需要的化石燃料有所增加。气溶胶向下风方向地区的长距离输送与气象条件紧密相连(Kim et al., 2005,2007)。到目前为止，对远离中国海岸的局部和区域尺度的气溶胶特性和相关气象演变的研究尚未建立，这是因为缺乏详细的观测数据，而这是必需的。

在本文中，在冬季韩国孤山本底站进行的气溶胶场地观测已经被用来分析细气溶胶的物理，光学特性。我们研究了季节和季节内气溶胶特性的变化及它与区域气象要素的关系。对冬季细颗粒物事件期间气溶胶特性及气象传输机制的研究也被提及。第二部分简要介绍了本次研究中被使用的仪器和观测数据。第三部分和第四部分讨论了东北亚地区，也包括孤山的气溶胶特性的季节特征和相关气象条件。第五部分分析了发生在2008年一月的一次严重的细颗粒物事件中的气溶胶特性和气象条件。

我们用浊度计以三个波长(450, 550,和700 nm)对2008年所有悬浮颗粒物的不同散射角（7-170〫）的气溶胶散射系数（sigma;_s）进行了测量。我们通过450和700nm的sigma;_s计算了基于浊度计的Aring;ngstrouml;m指数。在2008年用黑碳仪从七个波长(370, 470, 520,590, 660, 880, 和 950 nm)对气溶胶吸收系数进行了测量。结果通过Aring;ngstrouml;m关系调整到550nm的波长。用测量的550nm的sigma;_a和sigma;_s值来计算单散射反照率。通过使用扫描移动粒度仪和空气动力学粒径谱仪测量0.01到20mu;m的气溶胶粒径分布。这两种仪器测量通过54（52）个尺寸通道测量了0.01到0.5mu;m（0.5-20mu;m）的气溶胶数量。用Hand and Kreidenweis (2002)提出的尺度校正因子将SMPS和APS测量的归一化粒子尺度分布融合。

本次研究所有使用的仪器在使用前，使用中，使用后均经过多次校正。

2. 测量和分析

2.1地面场的现场观测

本次研究所有用到的以地面为基础的气溶胶测量均从孤山气象台获得，该气象台被认为是探测亚洲大陆外流最理想的地方 (Kim et al.,2005)。

2.2 天基气溶胶测量

我们使用的数据通过星载的被动和主动探测器测量所得，以此来检验研究阶段东北亚地区大范围气溶胶水平和垂直尺度分布如何演变。

装载在奥拉卫星上的臭氧监测仪有13kmtimes;24km的空间分辨率并且自从2004年8月就已经开始产生数据。气溶胶指数来源于纯净大气下气溶胶辐射反射的波段是相互独立的，并且它表明吸收紫外线气溶胶的存在如扬尘和烟雾气溶胶(Torres etal.,2007)。

装载在CALIPSO 卫星上的CALIOP提供了空前的分辨率下全球的气溶胶和云的垂直分布和他们的光学和物理特性。本次研究中分析了532nm的后向散射强度削弱曲线，该数据来源于经过校准，范围校正，激光能量归一化，背景降噪的雷达回波信号。

2.3气象数据

韩国气象部门支持的孤山气象台持续进行着当地的气象观测包括温度，相对湿度，地表风速及风向。

NCEP/NCAR月平均再分析资料（kalnay et al.，1996）也被用来研究从近地面到对流层中部三维风场的变化。

再分析资料水平分辨率为2.5〫times;2.5〫，从1000hPa到10hPa共17个气压分层。我们考虑气压在925,850和700hPa的数据，这些气层与由陆基和星载激光雷达观测确定的不同气溶胶层所对应的海拔高度大致符合。

我们通过轨迹分析来确定空气块移动路径。通过使用混合单粒子拉格朗日轨迹模型和由美国环境预测中心全球数据管理系统提供的6小时存档气象数据来计算后向轨迹。轨迹起始点的海拔高度主要由同位微脉冲激光雷达观测到的气溶胶层高度决定。

3.气象模式和气溶胶分布的季节性特征

图一展示了东北亚地区由天基Aura-OMI观测决定的气溶胶指数的季节性分布，该分布取2004年12月到2008年11月。NCEP/NCAR再分析了的850hPa水平风矢量和位势高度是叠加的。AI和区域流动模式的变化是显著的。我们在中国东部沿海工业区观测到高AI值，尤其是在春季。这些气溶胶的时空分布与每个季节的区域气象有着紧密的关系。一个大尺度运动或高低压系统，缓慢向东部移动，是春秋季的特征。这个地区春季（三月，四月和五月）吸光性气溶胶的大量输入与当地人为污染气溶胶的排放和由中国和内蒙古向下风口区域输送的尘粒有关(Huebert et al., 2003；Nakaji ma et al., 2007; Kim et al., 2008b)。夏季天气气象模式的特征是太平洋高压向亚洲大陆延伸并且出现强降水的雨带，这些都强烈地影响该地区气溶胶的湿清除过程(Kim et al., 2007)。

从12月到2月（冬季），本文研究阶段，西伯利亚高压与太平洋低压间的强气压梯度通过强西北风为气溶胶从亚洲大陆向下风口的输送提供了有利条件。冬季也以间歇性爆发干冷空气团为特征（通常出现以3天寒冷4天温暖为一个周期）。缓慢移动的反气旋气流将空气污染物从亚洲大陆输送到太平洋。在冬季，中国由于家庭供暖而排放的人为细粒子浓度很高并且大部分被限制在边界层内 (Kim et al., 2007; Streets et al., 2003)。

4.季节和季节内气溶胶特性的变化

图二展示了孤山气象台从2008年1月到12月观测到的气溶胶散射系数，吸收系数，Aring;ngstrouml;m指数和单散射反照率的月变化。3月和4月（括号中）sigma;_a和sigma;_s的月平均值是126.1plusmn; 101.9(134.7 plusmn; 64.3) Mm ^-1和9.7plusmn; 5.8 (9.3plusmn;4.6) Mm^-1。正如图一所示，这些值比其他月份要高因为受到亚洲扬尘和中国本土气溶胶污染物影响。在亚洲夏季风爆发前（通常在韩国六月下旬），sigma;_a和sigma;_s五月的月平均值为89.6 plusmn;59.6 (6.0 plusmn; 3.5) Mm ^-1 ,六月份是88.0 plusmn; 69.3 (5.4 plusmn; 3.5) Mm^-1 。Kim等人记录了在六月有月最高气溶胶光学厚度，通过不同过程的相对贡献如停滞的天气气象模式，二次气溶胶的形成和亲水气溶胶的吸湿增长。与Kim 等人 (2007)的结论不同，5月和6月地面现场观测的sigma;_a和sigma;_s的值远比1月到4月低。产生矛盾的原因在于集成气溶胶光学厚度的观测仅在无云白天条件下有效，而本次研究中地面现场观测的数据是在各种天气条件下24小时观测得来的。尤其值得注意的是，五六月雨天的低sigma;_a和sigma;_s值会导致相对较低的算数月均值。另外，由于太阳辐射增温引起的边界层内活跃的垂直混合可能导致近地层气溶胶浓度的减少。与此类似，因为频繁的降水过程夏季风时期可能观测到sigma;_a和sigma;_s的最低月均值。在秋季，sigma;_s值与其他季节比偏低，sigma;_a相差不大。

不管冬季强西北风的影响，观测到的sigma;_a和sigma;_s值相当高，分别为(9.5 plusmn;8.7 Mm ^-1 )，(105.3 plusmn;104.8Mm ^-1 )。冬季高散射值得原因可能是家庭供暖造成的污染排放增加和大风引起的海盐粒子的增加。

5.2008年1月冬季高气溶胶输入事件-一个研究案例

5.1污染物浓度的演变和当地气象条件

图三展示了颗粒物浓度（PM₁₀；粒径小于10mu;m），气相SO₂浓度和气象参数的时间变化。对比2008年1月的PM₁₀（49.40 plusmn;29.72 mu;g m^-3）和SO₂（3.83 plusmn;4.76 ppb）的月均值浓度，SO₂ （9.54 plusmn;3.08 ppb）和PM₁₀（87.15plusmn;21.11mu;g m^-3）浓度显著提高，从1月3日的12UTC到1月10日的24UTC。这个被称为“”冬季污染时期“”的阶段的特征是天气流场停滞并伴随反气旋。在这个阶段，孤山站的风是来自西南方且风速相当弱（约3-5m s^-1）。仅供参考，孤山站过去30年冬季年均风速约为6.9（9.3）m s^-1。

从大约2008年1月11日18UTC到1月12日24UTC，一个伴随轻微降水的冷锋系统和持续的强大陆性高压系统经过测站。这些条件导致降水和表面气压的骤升和骤降，从而导致气团变化和低浓度PM₁₀和SO₂。之后，源自微脉冲激光雷达的气溶胶曲线图显示了海拔1km下有一个洁净的层结（未显示）。与冬季污染时期相比，2008年1月13到16日这四天被称作冬季清洁时期。这段时期PM₁₀和SO₂的均值为30.82 plusmn;3.82mu;g m^-3和99 plusmn; 0.49 ppb。根据无线电探空和地面风数据，WCP期间边界层盛行风向为东北，风速增长到超过10m s^-1。

5.2气溶胶物理和光学特性

图四展示了两个被定义时期的气溶胶时间变化。WPP的sigma;_a和sigma;_s值是WCP时的六倍多。sigma;_s和sigma;_a（括号中）在WPP的月均值是238.97plusmn; 123.85 Mm ^-1(18.42plusmn;8.49 Mm^-1 )，在1月8日有一个峰值，其值为446.58plusmn; 113.10Mm ^-1(32.46plusmn;8.0 Mm^-1 )。而在WCP，平均值为38.13plusmn;18.80 Mm ^-1 (3.28plusmn; 1.4 Mm ^-1).而且，2008年1月的sigma;_s和sigma;_a值在WPP是WCP大约3-4倍。(sigma;_s : 106.9plusmn; 113.9 Mm ^-1和sigma;_a: 10.0 plusmn; 10.0 Mm ^-1 )。WPP和WCP的sigma;_s，sigma;_a和omega;值与孤山站先前的研究值相当。在表一中，WPP的sigma;_s值与春季扬尘时期的值很接近，但略高与春季污染事件期间值(Choi 等人, 2008; Kim等人, 2005)。WPP的sigma;_a值略低于2001年春季扬尘污染期(Kim等人, 2005)，但它是2005年春季扬尘污染期的2-3倍多(Choi等人, 2008)。与WPP (Auml; ~1.40plusmn;0.20)相比

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[25221]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word