2017年12月22日至2018年1月18日利用無人機(jī)攜帶溫、濕和顆粒物濃度探測(cè)儀對(duì)南京地區(qū)灰霾污染條件下大氣邊界層垂直結(jié)構(gòu)開展加密觀測(cè)。通過比較不同灰霾污染條件下溫度、濕度和PM_2.5（直徑小于2.5微米的顆粒物）濃度的垂直結(jié)構(gòu)差異,結(jié)合地面熱通量、2米空氣溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速、風(fēng)向及主要大氣污染物(如臭氧和PM_2.5)濃度,定量評(píng)估了氣溶膠輻射效應(yīng)對(duì)邊界層和夾卷過程的影響。分析表明,灰霾或氣溶膠削弱到達(dá)地表太陽輻射,減小地表感熱通量,延遲邊界層發(fā)展,增加近地層大氣穩(wěn)定度,降低邊界層高度,并加重灰霾污染�；姻参廴疚镌诨旌蠈禹斕幚鄯e,導(dǎo)致PM_2.5濃度最大變化出現(xiàn)在邊界層頂部而不是近地層。氣溶膠輻射效應(yīng)對(duì)夾卷特征及其特征參數(shù)有重要影響�；姻矟舛壬邥r(shí),夾卷區(qū)厚度增加;無量綱化夾卷速度隨對(duì)流理查遜數(shù)的變化不再符合負(fù)1次方冪函數(shù)關(guān)系,與大渦模擬結(jié)果一致。本研究進(jìn)一步指出,為提高重霾污染條件下天氣和空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報(bào)水平,必須考慮氣溶膠輻射效應(yīng)對(duì)邊界層和夾卷參數(shù)化的影響。 

【文章來源】：大氣科學(xué). 2020,44(06)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

2017年12月23日至2018年1月18日落橋試驗(yàn)站（32°30"N,118°37"E）觀測(cè)的2 m溫度、相對(duì)濕度（RH）、風(fēng)速（WS）、風(fēng)向（WD）及南京環(huán)監(jiān)站（全市站點(diǎn)平均）臭氧、PM2.5濃度（C）時(shí)間序列

2018年1月12日受高壓天氣系統(tǒng)影響，天氣晴好，地面最大風(fēng)速為0.72 m s-1，最高氣溫為1.7°C，空氣質(zhì)量良好。與重霾日相比，當(dāng)日08:00近地層逆溫強(qiáng)度明顯弱得多[約為0.73 K (100 m)-1]。同時(shí)，當(dāng)日08:00～12:00近地層位溫增量（8.2 K）大于重霾日（6.6 K）。由于灰霾濃度較低，氣溶膠對(duì)到達(dá)地表太陽輻射的衰減作用不顯著，最大地表感熱通量150.8 W m-2，是重霾日3.1倍，且邊界層高度達(dá)810 m，是重霾日（490 m）的1.65倍�？梢�，驅(qū)動(dòng)邊界層發(fā)展的關(guān)鍵因子是地表感熱通量，而與地表溫度高低關(guān)系不大。PM2.5廓線顯示，早晨08:00邊界層頂部有一濃度達(dá)56μg m-3的灰霾累積層（圖3b）；隨著地表太陽輻射增大，湍流加強(qiáng)，邊界層頂部灰霾累積層消失；湍流發(fā)展旺盛時(shí)（12:00～16:00），灰霾在邊界層內(nèi)充分混合，其濃度垂直分布與位溫相似；邊界層頂部不存在灰霾累積現(xiàn)象，灰霾濃度增加不明顯。氣溶膠輻射效應(yīng)對(duì)邊界層熱力結(jié)構(gòu)及其演變有著重要影響。高濃度灰霾衰減到達(dá)地表短波輻射，顯著降低到達(dá)地表感熱通量。同干凈日（2018年1月12日）相比，重霾日（2017年12月23日）感熱通量顯著減少（圖4），日間平均地表感熱通量降低了67%（將感熱通量為正值的時(shí)間段判定為白天），日最大感熱通量減少了102 W m-2，與中尺度大氣模式（Meso NH）模擬結(jié)果（100～150 W m-2;Mallet et al.,2009）相近。又如，張晗宇等（2018）利用WRF-Chem模式對(duì)京津冀地區(qū)氣溶膠直接反饋效應(yīng)對(duì)各氣象要素的影響進(jìn)行模擬研究發(fā)現(xiàn)，氣溶膠直接反饋效應(yīng)導(dǎo)致京津冀地區(qū)整個(gè)時(shí)段太陽輻射量降低39.8 W m-2，氣溫下降0.34°C，邊界層高度降低37 m�？紤]到模式分析存在一定的理想性且所選個(gè)例本身天氣形勢(shì)不同，導(dǎo)致最終結(jié)果存在一定差異。

圖6給出了這次觀測(cè)期間白天08:00～16:00夾卷厚度隨近地層PM2.5濃度變化。其中夾卷厚度是根據(jù)PM2.5濃度廓線梯度變化確定。觀測(cè)顯示，夾卷厚度在60～250 m之間變化，與大渦模擬（LES）初值的設(shè)定較為吻合，如Huang et al.(2011）在LES研究中設(shè)置80 m。當(dāng)PM2.5濃度從20μg m-3增加到160μg m-3時(shí)，夾卷厚度增加了47%，驗(yàn)證了LES模式關(guān)于氣溶膠輻射效應(yīng)對(duì)于夾卷厚度影響的結(jié)論。Liu et al.(2019）利用LES研究氣溶膠對(duì)于夾卷厚度的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)大氣氣溶膠光學(xué)厚度從0增加到1.5時(shí)，夾卷厚度增加了16%～28%。因此，利用LES研究灰霾條件下邊界層和夾卷過程時(shí)，夾卷厚度初值的設(shè)定應(yīng)隨PM2.5濃度的升高而適當(dāng)增加。圖5 地表感熱通量（Hs）隨地面觀測(cè)PM2.5濃度變化關(guān)系。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]南京北郊大氣能見度影響因子研究[J]. 于超,張蕾.  三峽生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè). 2019(01)
[2]北京地區(qū)一次PM2.5重污染過程的邊界層特征分析[J]. 賀園園,胡非,劉郁玨,劉磊.  氣候與環(huán)境研究. 2019(01)
[3]北京不同區(qū)域氣溶膠輻射效應(yīng)[J]. 李德平,程興宏,孫治安,王黎明,張本志,張?zhí)烀?  應(yīng)用氣象學(xué)報(bào). 2018(05)
[4]京津冀區(qū)域典型重污染過程與反饋效應(yīng)研究[J]. 張晗宇,溫維,程水源,呂喆.  中國環(huán)境科學(xué). 2018(04)
[5]天津污染天氣邊界層溫度層結(jié)變化特征及預(yù)報(bào)閾值確定[J]. 張敏,蔡子穎,韓素芹,姚青,劉敬樂.  環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào). 2018(06)
[6]青藏高原東南部復(fù)雜地形區(qū)不同天氣狀況下陸氣能量交換特征分析[J]. 李娟,李躍清,蔣興文,高篤鳴.  大氣科學(xué). 2016(04)
[7]南京霧-霾天氣個(gè)例湍流運(yùn)動(dòng)特征的對(duì)比研究[J]. 李敏娜,牛生杰,張舒婷,費(fèi)冬冬.  氣象學(xué)報(bào). 2015(03)
[8]我國灰霾污染的研究綜述[J]. 吳丹,于亞鑫,夏俊榮,曹雙.  環(huán)境科學(xué)與技術(shù). 2014(S2)
[9]近十年中國灰霾天氣研究綜述[J]. 吳兌.  環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào). 2012(02)
[10]夾卷層厚度定義對(duì)其參數(shù)化的影響[J]. 徐強(qiáng)君,孫鑒濘,劉罡,劉紅年.  南京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2008(02)

碩士論文
[1]典型污染源或敏感點(diǎn)大氣顆粒物的組分特征與健康暴露水平研究[D]. 柯釗躍.華南理工大學(xué) 2011



本文編號(hào)：3122362