北方大氣氣溶膠微物理特性分析

張彥強

【摘要】選取2001-2013年蘭州、榆林、北京、香河四個代表站大氣氣溶膠觀測資料，對我國北方大氣氣溶膠微物理特性分析，結果表明我國北方光學厚度季節變化顯著，夏季多為人為氣溶膠，春、夏季均具備較高光學厚度，以春季最高；北方沙塵源區蘭州與榆林的Angstrom波長指數與氣溶膠光學厚度關系簡單，隨光學厚度增加而減少；而下游區域Angstrom波長指數與氣溶膠光學厚度關系復雜，說明下游區域受沙塵氣溶膠粗粒子與人為污染細粒子等各類粒徑氣溶膠共同影響。我國北方四個代表站體積譜分布特點為：峰值半徑分別集中3.8-6.0μm的粗模態與0.4-0.15μm積聚態。冬半年沙塵源粗模峰占據比重較大，夏半年下游區以積聚態峰為主。四個代表站單次散射反照率表現為冬季低、夏季高特點。

【關鍵詞】北方 大氣氣溶膠 物理特性 分析

【中圖分類號】X513 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）04-0053-02

一、資料來源和研究方法

本文選取2001-2013年蘭州、榆林、北京、香河四站大氣氣溶膠觀測資料。季節劃分采用常規標準：3～5月為春季，6～8月為夏季、9～11月為秋季，12月至次年2月為冬季，冬半年包括冬季和春季，夏半年包括夏季和秋季。采用常規曲線對比法對北方大氣氣溶膠微物理特性分析。

二、結果分析

1.光學厚度

光學厚度（AOT）是氣溶膠微物理特性主要參數之一，能夠表征大氣混濁度及氣溶膠含量。分析北方四個站點月平均光學厚度（670nm）變化，北方各站光學厚度值隨季節變化顯著，且春季光學厚度最高。榆林春季月平均光學厚度較高，尤其4月達峰值，和我國北方春季4月沙塵天氣相關。蘭州春季受沙塵氣溶膠影響，冬季受采供暖所排放燃燒氣溶膠影響。北京6月平均光學厚度為0.68，香河站7月是0.62，光學厚度值均較高，這是因為大氣相對穩定，降水稀少，對污染物擴散及清除不利。冬季四站點月平均光學厚度要比別的季節低，是因為我國北方被冬季風所影響，污染物擴散速度變快；除4月外，北京、香河月平均光學厚度均要比其他兩站點要高，表明人為污染氣溶膠是我國北方東部主要大氣氣溶膠。

2.Angstrom波長指數

Angstrom波長指數a是衡量氣溶膠粒子大小的一個主要光學參數，闡述氣溶膠光學厚度隨波長變化。A為0～2，平均1.3左右，a愈小則表明氣溶膠粒子平均半徑愈大，粒子尺度愈大；反之a愈大，氣溶膠粒子平均半徑愈小，則氣溶膠粒子尺度愈小，則與分子散射愈接近。

分析我國北方四個代表站月平均Angstrom波長指數，北方四個代表站a最低值均在4月發生，蘭州a值為0.54，比沙塵氣溶膠a值略高，榆林為0.32，該值處于沙塵氣溶膠a值范圍內，說明我國北方西部4月主要受沙塵氣溶膠影響。季節上，Angstrom波長指數春季較小，夏季較大，表明春季大氣氣溶膠粒子粒徑很大，我國北方春季常出現沙塵天氣；北方東部全年a值處于0.7～14，說明我國北方東部大氣氣溶膠主要是城市-工業氣溶膠、生物質燃燒氣溶膠等人為污染。

分析北方四個代表站氣溶膠光學厚度（870nm）和Angstron指數函數關系：榆林、蘭州沙塵源區站點主控粒子大都是粗沙塵氣溶膠粒子，通過遠距離傳輸及粗粒子干、濕沉降作用，北方東部氣溶膠粒子大都是人為污染粒子與沙塵粒子。

3.體積尺度譜分布

我國北方四站冬半年平均體積尺度譜分布均具備雙峰型譜分布特征。粗模態粒子半徑3.0～6.0μm，積聚型粒子半徑0.07～0.3μm。當光學厚度（AOT）>1時，榆林與蘭州在半徑為0.3～0.5μm內出現一個偽峰，而別的站不存在。

蘭州與榆林粗模態峰值半徑隨AOT增大而變大，若AOT≤0.6，峰值平均半徑約是3μm，若AOT>0.6，則峰值平均半徑約5μm。而積聚態峰值平均半徑伴隨著AOT增大而變小，若AOT<0.6時，峰值平均半徑0.11-0.15μm；若AOT>0.6時，峰值平均半徑約0.1μm。

香河與北京粗模態峰值半徑隨AOT增大而變小，若AOT≤0.6，峰值平均半徑約是7μm，若AOT>0.6，則峰值平均半徑約4.6μm。而積聚態峰值平均半徑伴隨AOT增大而變大，若AOT<0.6，峰值平均半徑約0.11μm；若AOT>0.6時，峰值平均半徑0.11-0.15μm。

夏半年我國北方四個代表站平均體積尺度分布上，四站粗模態粒子半徑3.8-5.0μm，積聚態粒子半徑0.09-0.15μm。粗模態與積聚態半徑均隨AOT增大而變大，特別是AOT≤0.6時顯著。當香河與北京AOT>1.5時，蘭州與榆林AOT>1時，積聚態峰半徑升至0.25-0.3μm。

4.單次散射反照率

單次散射反照率指氣溶膠散射消光和總消光比，是對氣溶膠粒子吸收特性衡量的參數。分析北方四個代表站單次散射反照率月變化，北京、香河、蘭州、榆林四站單次散射反照率最大值分別在8月、7月、7月、7月，數值為0.937、0.96、0.937、0.938；北京、香河及蘭州單次散射反射率最小值分別于12月、12月及2月，數值分別為0.84、0.85及0.89。單次散射反照率表現為冬季低、夏季高；榆林和蘭州單次散射反照率數據均較大，說明這兩站氣溶膠散射能力較強。

三、結論

1.我國北方光學厚度季節變化顯著，夏季多為人為氣溶膠，春、夏季均具備較高光學厚度，以春季最高；北方沙塵源區蘭州與榆林Angstrom波長指數與氣溶膠光學厚度關系簡單，主要隨光學厚度增加而減少；而下游Angstrom波長指數與氣溶膠光學厚度關系復雜，說明下游主要受沙塵氣溶膠粗粒子與人為污染細粒子等各類粒徑氣溶膠共同影響。

2.我國北方四個代表站呈體積譜分布特點為：峰值半徑分別集中3.8-6.0μm粗模態與0.4-0.15μm積聚態。冬半年沙塵源粗模峰占據比重較大，夏半年下游區以積聚態峰為主。蘭州和榆林夏半年粗模態與積聚態保持均衡趨勢。

3.我國北方四個代表站單次散射反照率表現為冬季低、夏季高；榆林和蘭州單次散射反照率數據均較大，說明這兩站氣溶膠散射能力較強。

參考文獻：

[1]于興娜.東亞地區大氣氣溶膠的微觀特性及表面化學反應對其影響[D].上海：復旦大學，2008.

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