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西安泾河夏季黑碳气溶胶及其吸收特性的观测研究

2013-12-01杜川利李星敏王繁强董自鹏陕西省气象科学研究所陕西西安710015

中国环境科学 2013年4期
关键词:泾河边界层气溶胶

杜川利,余 兴,李星敏,陈 闯,王繁强,彭 艳,董 妍,董自鹏 (陕西省气象科学研究所,陕西 西安 710015)

黑碳是含碳物质在不完全燃烧中产生的颗粒物,是元素碳及其黏附在一起的一些有机物的混合物.除了自然产生的森林大火外,大部分的黑碳主要由人为活动产生,如燃料燃烧以及农业生产活动中物质的燃烧,因此大气气溶胶中的黑碳常常被用作人类活动的指示物[1].黑碳在大气中可滞留 1周左右,通过干沉降和降雨、雪等湿沉降过程被清除,据统计,每年通过干、湿去除过程向全球海洋沉降的黑碳量分别为2和 10Tg/a[2].基于2000年统计资料显示,全球化石燃料燃烧排放的黑碳气溶胶为(以C 计)2.8Tg/a,且从20世纪50年代以来增加了约3倍,黑碳排放中心从北美和西欧向位于热带地区和东亚的发展中国家转移[3],其中我国2000年排放149.94万t,成为全球重要的碳排放源.

黑碳气溶胶作为气溶胶的一种,对于气候变化和大气环境有着非常重要的影响[4].气溶胶可以通过直接和间接两种效应作用于大气辐射强迫过程,而黑碳气溶胶在上述两种效应中均占有重要地位[5].黑碳气溶胶对太阳辐射的强烈吸收作用,以及潜在的气候强迫效应已成为气溶胶气候效应研究中的一个重要内容[6-7].

从 20世纪 80年代开始,世界气象组织(WMO)全球大气监测网(GAW)的各监测站普遍开展大气本底黑碳气溶胶连续观测.我国相关的研究工作开展较晚,到20世纪90年代以后,才陆续开始在临安[8]、北京[9]、瓦里关[10]、南京[11]等地开展黑碳气溶胶观测.

我国目前有不少大气成分观测站,使不少地区大气中黑碳气溶胶含量及变化规律得到确认.蔡子颖等[12]发现天津市夏季黑碳气溶胶浓度均值为6.3μg/m3,占PM10质量浓度的4.17%,其吸收消光占气溶胶总体消光的 10.23%.张磊等[13]发现沙尘气溶胶对黑碳浓度的影响取决沙尘过程的强度、沙尘携带的人为污染物的种类及数量、黑碳颗粒被其他气溶胶混合和包裹的程度.吴兑等[14]利用其他仪器对黑碳仪观测结果进行了订正,并分别测量了 PM10、PM2.5、PM1.0中黑碳的浓度,分析了黑碳浓度与吸收系数、浊度计观测的散射系数、以及导出的单次散射反照率.车慧正等[15]利用天空辐射计得到北京地区大气气溶胶单次散射反照率和粒子谱分布变化特征,发现冬季由于黑碳气溶胶吸收影响会降低气溶胶单次散射反照率.朱崇抒等[16]发现西安黑碳气溶胶浓度变化幅度很大,全年黑碳日均浓度变化范围为 1.4~30μg/m3,平均值为 10μg/m3,秋、冬季其浓度具有明显的双峰特征.

西安泾河大气成分观测站建在西安泾河经济开发区内一座小山上,距离市中心直线距离20.5km,南邻渭河,周围比较空旷,没有高大的建筑物群,也没有明显的黑碳排放源.与文献[17]观测站的位置相比,远离都市中心,适合测量较大区域黑碳气溶胶、颗粒物浓度等大气污染.西安作为我国西北重要的政治、文化、经济中心,具有不同于其他城市的大气污染特征,因此,将泾河站作为代表站,对西安地区黑碳气溶胶、消光系数、吸收系数等表征大气气溶胶状况的物理参量进行研究,可以更好地了解西北内陆城市黑碳气溶胶的分布特征和变化规律,对研究大气环境污染、气溶胶气候效应有重要意义.

1 数据和方法

1.1 研究资料

本文所用数据主要有黑碳质量浓度、颗粒物浓度、大气能见度、以及相关时间段的边界层探空数据、常规气象数据等,起止时间为2011年6月1日~8月31日.黑碳浓度资料由中国气象局大气成分观测网中的西安泾河站提供,该站点设立在西安泾河国家气候观象台观测场内(34.43°N,108.96°E,海拔 411m),设备都架设在标准集装箱顶部.

黑碳采样仪器为美国玛基科学公司生产的AE-31型黑碳测量仪(Aethalometer).该仪器是一种基于滤膜测量气溶胶光吸收的技术(光学灰度测量法),原理是通过实时测量石英滤纸带上收集的粒子对光的吸收造成的衰减,并假定透过滤膜的光衰减是由黑碳吸收造成的,测量从370~950nm的7个波段的光学吸收,由此根据连续测量透过滤膜光衰减的变化计算出黑碳的浓度.黑碳测量仪具有内置泵,采样头与测量仪器相连,管长 3m,仪器内部安装有滤纸带,以平均每5min获取一个数据, 流量为3.8~4.0LPM.该仪器已经厂家标定.资料格式是每 5min7个波段(370~950nm)的黑碳浓度测量值,通过进一步整理和分析,对于一些有明显错误的数据(如负值)进行剔除.

在一定范围内,光学衰减量与单位面积采样膜上黑碳气溶胶的沉积量有如下线性关系:

式中:Δ ATNλ为某一波长光采样一个周期的光学衰减量;ln为自然对数;I0为采样前透过滤膜的光强;I为采样后透过滤膜的光强;σλ为某一波长光黑碳气溶胶的比衰减系数,表示单位面积沉积在滤膜上单位质量黑碳气溶胶对光的衰减率,为m2/g.

对于880nm波段来说,根据黑碳气溶胶的不同来源及混合状态,λσ在一定范围内变化,一般在 10~19m2/g,本文采用的是厂家推荐的16.6m2/g,BC为单位面积采样膜上的黑碳质量,单位为 g/m2[14].在此基础上,计算出 880nm 波段黑碳小时浓度值,以便对黑碳日变化和各月变化特征进行分析.

颗粒物浓度观测采用德国 GRIMM Aerosol公司生产的GRIMM180颗粒物监测仪.该颗粒物监测仪基于激光散射光谱法原理,采用 685nm高频率激光脉冲照射由抽气泵以恒定流量(1.2L/Min)将环境空气吸入测量室的样品,如有颗粒物存在,激光照在上面会发生散射,散射光经反射镜(与激光照射方向成 90°角)聚焦后到达对面的检测器,根据检测器接收到脉冲信号的频次和强弱,可得出颗粒物的数量和所属粒径范围,进而得出颗粒物的浓度.可以每5min实时测量0.25~30µm范围内31个粒径段的气溶胶数浓度以及 PM10、PM2.5及 PM1.0质量浓度.

1.2 常规地面气象要素确定边界层高度

利用地面气象记录,根据大气稳定度计算边界层高度.常用的大气稳定度分类方法有帕斯奎尔(Pasquill)法和国际原子能机构IAEA推荐的方法,这里主要用前者.它分为强不稳定、不稳定、弱不稳定、中性、较稳定、稳定六级,分别表示为 A、B、C、D、E、F.该方法主要是根据太阳高度角计算出太阳辐射等级,然后再根据当时云量、风速等地面气象要素确定稳定度等级.

常用计算边界层高度的方法有几种,本文主要用罗氏法计算.计算的边界层顶高度利用同期探空数据进行验证.

Nozaki等[18]1973年提出一种用地面气象资料估算混合层高度的方法即罗氏法.他们认为大气混合层是由热力湍流和机械湍流共同作用的结果,而且边界层上部大气运动状况与地面气象参数间存在着相互联系和反馈作用,因此可以用地面气象资料来估算大气混合层高度.计算公式如下:

式中:T为地面气温;Td为露点温度;uz为z高度处的平均风速;z0为地面粗糙度(泾河站地面粗糙度定为 0.5m); f为柯氏参数;P为帕斯圭尔稳定度级别.

2 夏季黑碳气溶胶变化特征及原因

2.1 黑碳气溶胶浓度逐时时间序列

图1是西安夏季(2011年6月1日至2011年 8月 31日)黑碳气溶胶浓度逐时的平均图,其中横坐标代表从逐日时间,纵坐标代表每日24小时浓度值,图中色块代表小时平均浓度,深黑色代表黑碳浓度最高超过 15μg/m3,浅黄色代表最低在 1μg/m3,空白处数据缺测.西安 2011年 6月 1日~2011年8月31日黑碳气溶胶浓度(图1),从6月开始是依次减少.黑碳浓度超过 10μg/m3的时次7月份最多,6月次之,8月最少.从24h黑碳浓度变化来看,上午和晚上有两个很明显峰值区,午后有一很明显低值区.

西安地处关中平原,地形属于两边高,中间低,是典型的川道平原地区.而西安位于川道中部,所以无论是秋冬季盛行西北风还是春夏季偏东北风,都会将周围地区黑碳气溶胶吹向该地.再加上西安市是陕西乃至西北最大的省会城市,由于人口众多、交通繁忙,同时周围有较大企业和热电厂,导致西安泾河夏季黑碳浓度高.由于远离繁华城区,所以无论是平均值还是变化范围,西安泾河地区秋冬季黑碳浓度普遍低于西安市区黑碳浓度值[16-17].这主要是因为上述文献中测站的位置位于西安高新技术开发区内,就在西安繁华的城区内,同时,由于其距离南边秦岭较近(距离山边约 20km),导致污染物无法向南边扩散,造成观测值偏高.而泾河位于西安城区北部,远离闹市区,同时北面是开阔的平原,有利于城区产生污染物向北扩散,所以,该站黑碳气溶胶观测值能代表这个地区黑碳气溶胶浓度.

由图 2可见,6~8月日平均黑碳浓度与图 1变化情况基本一致.其中 6月份日均值变化范围在2.6~13.4μg/m3,平均值为6.49μg/m3;7月份日均值变化范围在2.7~12.1μg/m3,平均值为6.17μg/m3;8月份日均值变化范围在 2.0~10.74μg/m3,平均值为5.549μg/m3.从变化过程来看,6 月份持续偏低,7月黑碳浓度呈一定的周期性变化,8 月呈现由高到低,再到高的变化.出现这种变化特点,与各月天气状况和边界层结构有很大关系.

图1 西安夏季黑碳气溶胶浓度逐时变化特征Fig.1 Variations of black carbon during summer 2011 at Xi'an

图2 西安夏季黑碳气溶胶浓度日平均变化特征Fig.2 Daily variations of Black Carbon during summer 2011 at Xi’an

2.2 黑碳浓度日变化特征及与颗粒物浓度关系

由图3a可见,黑碳气溶胶浓度日变化呈现明显的双峰分布,峰值出现在08:00和23:00,浓度分别是9.08μg/m3和9.1μg/m3,两个谷值分别出现在06:00和15:00,浓度分别是7.38μg/m3和4.2μg/m3,日内最高值与最低值分别为 9.1μg/m3和4.2μg/m3,其浓度的日内变化幅度主要反映了当地黑碳排放源的变化以及大气边界层顶高度变化对其的影响[19].

为了分析夏季西安泾河黑碳气溶胶与颗粒物浓度的关系,分析了黒碳气溶胶占 PM1.0比值变化及PM1.0、PM2.5、PM10观测值的日变化.

由图 3a可见,比值日变化呈单峰单谷分布,峰值出现在 23:00,比值是 45.5%,谷值出现在06:00,比值是23.6%,日内最高值与最低值比值相差近 2倍.这表明在一天当中,黑碳气溶胶在PM1.0颗粒物浓度的比值变化相当大.正如前言所述,城市黑碳气溶胶基本上都是人为活动引起的,所以上述比值是与城市中人为活动相关的(比如生火做饭、交通活动、工厂上下班、电厂用电高峰等).从06:00该比值最低开始,城市开始苏醒,人为活动开始增多,直到上午 08:00达到一个高值,然后,人为活动开始有一减小期;到 11:00以后,又有一个增加期,直到13:00;从15:00以后,有一个急速增加期,到晚上 18:00达到一天中次高点;在19:00稍有下降,随着人们夜生活的开始,该比值持续增加,在 21:00达到一天中最高值;最后,随着时间渐晚,人为活动减少,该比值迅速减小.可见,该比值完全可以反映城市人为活动的变化规律.

图3 西安夏季黑碳气溶胶浓度和颗粒物浓度日变化Fig.3 Diurnal variations of black carbon and particle mass concentrations during summer at Xi'an

黑碳气溶胶浓度在PM1.0中所占比例一天中变化较大,所以有必要分析不同级别颗粒物质量浓度与黑碳气溶胶浓度之间的关系.从图3b可见,从日变化形态上PM10更接近黑碳气溶胶浓度的分布.所以,为进一步分析黑碳气溶胶与颗粒物浓度之间的关系,计算黑碳气溶胶与PM1.0、PM2.5、PM10之间相关系数分别为0.695、0.856、0.914.由于黑碳气溶胶是由于化石和生物质燃料不完全燃烧产生的,粒子尺度在 0.01~1µm,按理说应该与 PM1.0之间的相关关系要好于 PM10.但是从计算的结果来看,情况确是相反的.虽然BC粒子尺度在 0.01~1µm,基本属于 PM1.0,但 PM1.0中含有大量二次气溶胶粒子,而二次气溶胶的日变化强烈受气象条件的日变化影响,BC是一次气溶胶,PM10中主要也是一次气溶胶,其日变化主要受排放源的日变化影响,因此BC和PM10的相关性要更高.

2.3 风向和风速对黑碳气溶胶的影响

风向、风速对大气污染物的堆积和传输有重要作用.在西安城区,由于地面建筑多,高楼大厦林立,使地面粗糙度增大,导致城区风速明显减弱,不利于污染物扩散,造成大气中黑碳气溶胶浓度明显高于城郊浓度[17].不同风向会造成污染物的输送,由于西安位于关中平原中部,不同风向都会造成其他区域污染物向该区输送.

图4 西安夏季黑碳气溶胶浓度与风向和风速关系Fig.4 Relationship between black carbon and wind

由于泾河大气成分观测站位于西安城区北部,从图 4a可以很明显看出,该站受从城区方向(西南风向)过来气流的影响,造成黑碳气溶胶测量浓度较高.泾河站夏季盛行东北风和西南风,这与环流形势有很大关系(由于陕西夏季主要受东南季风和西南季风影响).受东北风影响时,由于上游没有大的城市污染,对泾河黑碳气溶胶浓度有一些影响;受西南风向影响时,由于城区位于测站西南方向,导致此方向气流将城区大气污染物输送到测站位置,造成该风向黑碳气溶胶测量浓度明显高于其他风向;偏西气流虽然频率少,但是由于测站西部是西-咸一体化城市咸阳,造成的污染也不低;另外,偏南气流同样也将部分城市污染物输送到测站,造成观测值同样不低;只有气流方向从东部和东南方向来时,由于该方向是从秦岭山区来,空气比较清洁,所以造成该方向黑碳气溶胶浓度最低.通过统计计算,八个方向下平均黑碳浓度从小到大排列分别为E、NE、SE、S、SW、N、W、NW.

从图4b可以看出,风速对黑碳浓度影响有不同作用.风速过小不利于污染物输送,风速在1m/s以下时,由于气流的输送作用较小,测站的污染物只有局地的;当风速到达 2m/s时,由于受从其他地区输送污染物的影响,这时测站所测黑碳气溶胶浓度值达到最大;风速超过 3m/s以后,由于气流作用,使大气污染物很难堆积,所以造成黑碳气溶胶随风速增大浓度逐步减小,特别是风速大于6m/s以后,黑碳浓度很少超过5μg/m3.

2.4 城市边界层顶变化对黑碳气溶胶的影响

黑碳气溶胶浓度除了受风向、风速影响,还受边界层顶高度的影响,也就是大气湍流扩散的高度.边界层顶高度越高,单位气柱内容纳的污染物浓度越少,观测值越低;边界层顶高度越低,单位气柱内容纳的污染物浓度越多,观测值越高.

由图 5a可见,05:00~06:00,虽然边界层顶高度较低,风速较小,但是街上机动车数量不多,黑碳排放较少,所以黑碳浓度达到低点.07:00以后,此时正处于上班高峰期,市区机动车增加,交通来源黑碳排放量增加;另外在日出后,大气稳定层结破坏,边界层顶高度抬高,应该有利于大气污染物质的稀释扩散,但是,由于地面温度升高较慢,造成大气上下混合不强,使排放的污染物来不及升到较高空中,致使污染物堆积,造成 07:00~09:00黑碳浓度升高. 10:00以后,街上机动车数量有所减少,地面温度升高较快,大气中湍流增强,物质交换加快,所以黑碳浓度下降很快.随着温度进一步升高,边界层顶高度逐步抬升,到 15:00,边界层顶达到最高(1200m),此外相对于一天的上下班交通高峰期,午后的人为活动明显降低,机动车排放量降低,所以这时黑碳浓度全天最低.此后,随着地面温度降低,边界层顶高度也逐渐降低,另外,下班高峰期机动车辆逐渐增加,居民取暖及烹饪活动,导致黑碳浓度逐渐升高,在 23:00达到全天最高.

图5 西安夏季黑碳气溶胶浓度与边界层顶高度(PBLH)变化Fig.5 Relationship between black carbon and planetary boundary layer heigh

由图5b可见,黑碳气溶胶浓度与边界层顶高度之间呈明显的反相关关系,即日平均边界层顶高度高,则黑碳气溶胶浓度低,反之也然.通过相关分析,得到二者的相关系数为-0.31.特别是6月25~7月1日,当边界层顶高度持续偏高时,造成黑碳浓度持续低,浓度范围在 2~4μg/m3.说明只要天气条件合适,地面湍流活动增强,使边界层顶高度抬高,对大气污染物的排放非常有利.

3 夏季黑碳气溶胶吸收特性

黑碳气溶胶具有很强的吸附性,表面吸附一些其他物质,从紫外到红外波长范围内都对太阳辐射有强烈吸收,是大气中首要的吸收型气溶胶成分[20],对大气能见度影响很大.大气组分的消光作用是影响能见度的直接因素,包括散射和吸收,不同组分表现出不同的吸收和散射能力[21].因此,通过经验公式,可以探讨黑碳气溶胶吸收系数与大气消光系数之间的关系.

3.1 黑碳气溶胶吸收系数和消光系数计算

黑碳气溶胶不但具有一般气溶胶的性质,而且吸收特性也是大家关注的性质.利用测量的黑碳气溶胶质量浓度,可以计算黑碳气溶胶的吸收系数,其经验公式[14]表达如下:

式中:BCM 是AE-31在880nm波段测量的黑碳气溶胶质量浓度;532A 为根据式(1)将880nm波段的黑碳气溶胶订正到532nm波段上的吸收系数.

根据世界气象组织推荐值,可以实现能见度和消光系数的转换[21],其中转换公式为:

式中:extb 为消光系数;VR为能见度;2.996代表Koschmeider常数,为世界气象组织(WMO)推荐值.取该值时,有以下假设条件:目标物为深色理想物体;阈对比度取0.05;目标物和观察者之间大气组成均一;地球曲率可忽略;目标物、天空背景和观察者等各处的光亮度相同.

另外,大气消光系数又可以表示为:

式中:gext,b 、pext,b 分别为气体和颗粒物的消光系数;agb 、sgb 、apb 、spb 分别为气体的吸收系数、散射系数、颗粒物的吸收系数、散射系数.大气瑞利散射系数(sgb )为一常量,通常取值为 13 Mm−1.根据姚婷婷的统计分析,在总消光系数中,颗粒物散射平均占72%,颗粒物吸收平均占21%,气体散射平均占 4.5%,气体吸收平均占 2.1%[21].所以估计气体吸收系数,这样就可以利用黑碳气溶胶吸收系数、大气消光系数估计气溶胶的单次散射反照率.

3.2 黑碳气溶胶吸收特性及与消光系数关系

根据黑碳仪观测的 2011年6月 1~8月 31日黑碳气溶胶小时质量浓度和泾河小时能见度资料,利用上述经验公式计算西安地区气溶胶吸收系数、大气消光系数,同时根据式(8)利用气体吸收系数估计值,反算相应的气溶胶单次散射反照率因子.

图6 西安夏季3个月黑碳气溶胶吸收系数和大气消光系数Fig.6 Diurnal variation of extinction coefficient and absorption coefficient during summer (June, July,and August)at Xi'an

从图6a可以看出,气溶胶吸收系数和大气消光系数日变化比较显著.气溶胶吸收系数在从凌晨开始维持高值到 08:00~09:00,然后迅速下降,在午后 15:00~16:00达到最低值,之后吸收系数迅速增加,到 23:00点达到高值.高值基本在70~90Mm-1,低值在 35~40Mm-1.6、7、8 三个月吸收系数变化总体趋势一致,吸收系数平均值三个月依次略微减小.大气消光系数日变化与吸收系数一致,不过其极值点出现比吸收系数略晚1h,这与气体消光作用有关[14].消光系数高值基本在300~450Mm-1,低值在 230~260Mm-1.6~8 月消光系数总体变化趋势一致,平均值三个月依次增加.图6b是6~8月气溶胶吸收系数与大气消光系数的比值日变化.从图上看,该比值有很明显周期变化,早晚比值高,中午比值低,呈典型的 V 型.早晚比值高,说明黑碳气溶胶的消光作用在整个大气消光中所占比重高(达到 25%~30%),这主要是由于大气湍流交换不强,城市边界层顶低,造成黑碳气溶胶浓度高.随着黑碳气溶胶浓度逐渐降低,该比值逐渐减少,在午后(12:00)达到一天最低(12%~18%);然后随着黑碳气溶胶浓度逐渐增多,该比值开始增加,在凌晨达到最高.

图7 西安夏季3个月黑碳气溶胶吸收系数和大气消光系数日平均Fig.7 Daily variation of extinction coefficient and absorption coefficient during summer at Xi’an

图7是利用黑碳气溶胶浓度、大气能见度计算的 6~8月气溶胶吸收系数和大气消光系数日平均及比值.从图 7a可以看出,夏季气溶胶吸收系数和大气消光系数日平均变化幅度较大,二者在变化形态上不完全一致,有时二者变化完全相反,说明气溶胶吸收系数只是大气消光系数中一个部分,并不能完全反应消光系数的变化.气溶胶吸收系数变化范围在20~130Mm-1,6~8月平均值分别为64.9,61.7,55.4Mm-1,可见吸收系数三个月平均值依次减小.大气消光系数日平均与吸收系数日平均变化不完全一致,变化范围在 200~700Mm-1,三个月平均值分别为 254.5, 262.8,329.6Mm-1,可见吸收系数三个月平均值依次增加.图7b是2011年夏季6~8月气溶胶吸收系数与大气消光系数日平均的比值,变化范围在10%~50%,三个月平均值分别为25.5%、23.2%、17.1.

3.3 西安泾河气溶胶单次散射反照率变化

利用式(8)估算得到关中地区夏季单次散射反照率.与其他地区相比较(表 1),发现不同研究的单次散射反照率比较接近,吴兑等[14]得到珠三角地区为 0.81,毛节泰等[22]得到北京城区的为0.79,Li等[23]得到香河的为0.81~0.85,而在关中地区得到的为 0.76,说明在关中地区较全国其他地区气溶胶单次散射反照率要低.另外像北京、西安等这样的北方城市,得到的气溶胶单次散射反照率要比南方的低.除了由于城市中排放较多黑碳气溶胶,气溶胶吸收系数要大以外,还有一个原因就是在真实大气中,由于具有散射能力的粒子会不同程度的吸湿增长,因而有一个含水气溶胶附加的散射贡献,而在南方水体附近测量的单次散射反照率要高[14].

由图 8可知,西安泾河夏季单次散射反照率日变化比较显著,全天基本上呈一个倒 V字型.从凌晨开始逐渐增加,06:00~08:00有一小的下降,之后一直增加,午后 14:00~15:00达到最高,之后就一直下降, 23:00达到全天最低.单次散射反照率一天中变化幅度较大,从最低的 0.7到最高的0.84.从单次散射反照率日变化的形态来看,其变化与黑碳气溶胶浓度变化有主要关系.06:00~08:00,由于早上交通高峰使黑碳气溶胶浓度增加,出现单次散射反照率在该时刻的下降;午后由于湍流增强,边界层顶升高,导致黑碳气溶胶浓度降低至全天最低,这时单次散射反照率达到全天最高;之后随着湍流逐渐减弱,大气层顶高逐渐降低,黑碳气溶胶浓度逐渐增加,至 23:00黑碳气溶胶浓度增加至全天最高,这时单次散射反照率也下降至全天最低.

表1 不同地区单次散射反照率(SSA)的比较Table 1 Comparison of the single scattering albedo at different regions

图8 西安泾河夏季气溶胶单次散射反照率日变化Fig.8 Diurnal variation of aerosol single scattering albedo during summer at Xi'an

4 结论

4.1 西安 6~8月黑碳气溶胶浓度依次减小.其中 6 月份日均值变化范围在 2.6~13.4μg/m3,平均值为 6.49μg/m3;7 月份日均值变化范围在2.7~12.1μg/m3,平均值为6.17μg/m3;8月份日均值变化范围在 2.0~10.74μg/m3,平均值为5.549μg/m3.

4.2 黑碳气溶胶占 PM1.0的比值日变化呈单峰单谷分布,峰值出现在 23:00,比值是 45.5%,谷值出现在 06:00,比值是 23.6%.黑碳气溶胶与颗粒物质量浓度 PM1.0、PM2.5、PM10相关系数分别为0.69、0.85、0.91.

4.3 黑碳气溶胶浓度受城市边界层顶高影响,风向、风速对泾河黑碳气溶胶的堆积输送有不同影响.

4.4 气溶胶吸收系数和大气消光系数日变化比较显著.气溶胶吸收系数高值在70~90Mm-1,低值在 35~40Mm-1.大气消光系数日变化与吸收系数一致,高值在 300~450Mm-1,低值在 230~260Mm-1.气溶胶吸收系数占大气消光系数的比值范围在12%~30%.

4.5 西安泾河夏季单次散射反照率平均值为0.76.单次散射反照率日变化比较显著,全天基本上呈一个倒V字型,变化范围在0.70~0.84.

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