北京特大城市气溶胶消光的PM２．５阈值外文翻译资料

 2022-12-24 04:12

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　　　　　北京特大城市气溶胶消光的PM２．５阈值

中国科学院大气物理研究所大气边界层物理与大气化学国家重点实验室，北京100029

成都信息技术大学四川省高原大气与环境重点实验室，成都610225

兰州大学大气科学学院，甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室，兰州730000，中国

引言

北京能见度很低，近十年来PM略有下降。

我们发现PM2.5阈值对气溶胶消光有不同的影响。

只有当PM2.5低于阈值时，能见度才能明显提高。

　　　　　　　文章信息

文章历史：

2017年1月7日收到

2017年8月18日收到修订表格

2017年8月20日接受

2017年8月24日在线

关键词：

PM2.5阈值

气溶胶消光

污染控制

北京

　　　　　　　　　摘要

　　在过去的十年里，北京这个特大城市的颗粒物污染一直处于较高的水平。北京市从2005到2014PM2.5、PM10、气溶胶光学深度(AOD)、Angstrom指数(A)、PM2.5/PM10比值(PM2.5/PM10)分别为70plusmn;6mg/m3、128plusmn;6mg/m3、0.57plusmn;0.05、1.10plusmn;0.08、45plusmn;4%。PM年平均浓度、AOD、A和PM2.5/PM10比值在这十年中略有下降，同时PM浓度在冬季有所增加。此外，我们发现气溶胶消光的PM2.5浓度有阈值。当PM浓度低于一定阈值时，随着PM浓度的降低，AOD迅速下降。为了使颗粒污染的改善更加引人注目，PM浓度应控制在阈值以下。年平均阈值为63 mg/m3，春季阈值最高为74 mg/m3，其他3个季节的阈值范围为54~56 mg/m3。在其他相关因素(包括气团方向和相对湿度)影响下，阈值在55~77 mg/m３之间。

  1. 介绍

气溶胶是大气中直径在0.1至100毫米之间的液体或固体微粒物质。它们可以通过吸收或散射太阳辐射来直接地影响气候的辐射平衡(Gettelman等人，2015；Lee和Wang，2015；Li等人，2007；Raju等人，2015)。此外，气溶胶还可以通过对云层的影响(包括作为云凝结核和参与云过程的形成、演化、和消失)，对气候产生影响。(Nabat等人，2014；鑫等人，2015)。在一些地区，气溶胶可能是大气污染的主要污染物.。它们可以降低能见度，造成酸雨和其他负面影响(曹等人，2012)。直径小于2.5micro;m的颗粒物甚至可以进入肺泡和支气管，这可能导致肺部疾病(Tang等人，2017；Bono等人，2015；Perrone等人，2013)。

北京大城市是中国三大经济中心之一，人口众多，汽车库存大，工业发达。近30年来工业的快速发展导致该地区的严重颗粒污染(Li和Zhang，2014；Wang等人，2015；唐等人，2016)。因此，必须对气溶胶浓度、光学特性和气溶胶对环境和气候的影响进行广泛的观测。通过对该地区气溶胶时空变化特征的分析，为决策者提供科学的证据。

“蓝天”是空气质量良好的典型标志，蓝天总是以低气溶胶光学深度出现。AOD是气溶胶的一个基本参数，它表示气溶胶从地球表面到大气层顶部的太阳辐射消光(Street等人，2008；辛等人，2007，2011)。PM浓度与AOD之间存在显著的相关性，但这些相关关系在不同地区和不同因素之间存在明显的差异，如季节，相对湿度，和混合层高度（Chudnovsky et al.，2013；Engel Cox，2004；Gupta等人。 和Christopher，2008；Kim等人，2016；Kumar等人，2007；van Donkelaar等人，2006；Wang等人，2014)。尽管如此，高AOD总是与高PM浓度有关。在我们最近的研究中 ，我们发现PM浓度存在阈值。当PM浓度低于此阈值时，AOD随着PM浓度的下降而迅速减小。然而，当 PM浓度超过此阈值时，PM浓度的降低并不能有效地降低AOD。因此，我们应该控制PM浓度低于阈值，以看到lsquo;蓝天rsquo;。在评估颗粒污染控制或使用包含AOD与PM浓度之间关系的模型时，应考虑到这些阈值。

本文分析了2005~2014年间大气PM浓度、气溶胶光学特性及PM浓度、气溶胶光学特性与气象因子的关系。在此基础上，通过检验阈值的存在性，并计算出不同控制因素下的阈值值，为粒子控制提供目标。

  1. 观测资料

北京观测点位于中科院大气物理研究所院内，北三环附近。有几个商业区和住宅区。本研究采用热科学公司的RP 1400型锥形元件振荡微天平仪（TEOM）测定PM浓度。这个仪器有一个分辨率为0.1mg/m3，精密度为plusmn;1.5mg/m3(平均1h)和0.5mg/m3(平均24h)。每两周换一次过滤器，每个月监测和校准一次流率(Liu等人，2015)。采用四道光谱通道(405 nm，500 nm，650 nm，880 nm)的手持光度计测量AOD。我们所用的光度计系统地用Langley图法和传递校准法进行了卡力布标，并由Cemil每年统一检查一次，以保证其精度。我们要对实时云量进行记录和判断，以减少云干扰(辛等人，2007，2015)。AOD在三通道(405 nm，500 nm，650 nm)处被划分为一个对数线性模型来计算与气溶胶粒径分布有关的气溶胶的基本参数---Angstrom指数(A)。(Kaskaoutis等人，2006；Xin等人，2007)。气象资料(包括相对湿度、风速和风向) 是从中国气象数据共享服务系统(CMDSSS，http：//data.cma.cn)下载。我们用来观察MLH的仪器是单透镜测高仪(CL 31，Vai-Sala，芬兰)。该仪器利用脉冲二极管激光激光雷达技术(910 nm波段)对衰减后的后向散射系数进行测量，并测定其MLH值(唐等人，2016)。

3.结果与讨论

3.1　2005~2014年间PM浓度和气溶胶光学性质的变化

　　本文的目的是分析北京地区气溶胶的变化趋势，包括气溶胶的浓度和光学性质。无花果。图1显示两者的变化。 2005至2014年间气溶胶浓度和光学特性的非季节性和季节性平均值。利用线性回归模型得到了该模型的变化趋势。表1列出了变化趋势。在这十年里PM2.5和PM10的平均浓度分别为：70plusmn;6mg/m3，128plusmn;6mg/m3，及PM2.5和PM10均呈轻微下降趋势。PM2.5年平均减少0.6 4mg/m3，PM10年平均下降0.34 mg/m3。2007以来，由于经济危机对我国工业的影响，PM浓度急剧下降。直到2011年，PM浓度才恢复到一个较高的水平。除冬季外，其他三个季节的PM浓度下降。冬季PM浓度明显增加，尤其是PM10。在这十年里，PM2.5的冬季季节平均值每年增加了1.9mg/m3，PM10的冬季季节平均值每年增加5.23mg/m3。北京地区平均AOD为0.57plusmn;0.05。夏季和冬季的年平均AOD每年下降0.0039，季节平均每年下降0.0016和0.0012。 冬季季节AOD的平均浓度没有随PM浓度的增加而增加，因为AODs在严重污染的日子里是无法观测到的。因此，我们用北京市PM2.5浓度与AOD的回归函数计算了冬季的AOD值(Kong等，2016)。在这十年中，检索到的冬季AOD平均每年增加0.0019。Angstrom指数平均和 PM2.5/PM10比值分别为1.10plusmn;0.08%和45plusmn;4%。近十年，Angstrom指数下降了0.0028，PM2.5/PM10比值下降了1.02%。Angstrom指数影响了气溶胶形成速率的降低。

3.2　PM2.5浓度、AOD与气象因子的关系

气溶胶浓度和光学性质不仅受排放源的影响，而且受运输和当地气象因素的影响（唐等，2016；Wang等，2007）。这些气象因子共同作用于fl对气溶胶浓度和光学性质的影响。风速和混合层高度是测量水平和垂直方向扩散能力的常用方法。 此外，大气中的水蒸气会改变粒子的大小和折射率，这可能会导致太阳光的消失。图2展示了不同气象因子下PM2.5浓度与AOD的关系。当相对湿度小于20%时，MLH和风速对PM2.5影响不大。随着相对湿度的增加，PM2.5浓度增加，而MLH和风速对PM2.5浓度的影响更显著。PM2.5浓度随风速和MLH的降低而增大。当相对湿度大于60%时，风速小于2m/s，MLH小于200 m时，PM2.5浓度达到最大值。

一般情况下，随着PM浓度的升高，AOD逐渐升高，而随着相对湿度的增加，AOD逐渐增加。比较PM2.5浓度与气象因子的关系。 AODs与气象因子的关系呈现出不同的特征：PM浓度高，相对湿度高，AOD值就高。

　　　　图1.2005~2014年间PM浓度、AOD、Angstrom指数、PM2.5/PM 10比值及趋势的年平均值和季节平均值。

表1．2005～2014 pm浓度变化范围及变化趋势。

Change range

Trend (mg/m3 per year)

(mg/m3)

Annual

Spring

Summer

Autumn

Winter

PM2.5

6

0.64 plusmn; 0.76

0.97 plusmn; 0.9

2.60 plusmn; 2.13

1.43 plusmn; 1.55

1.90 plusmn; 1.49

PM10

3

0.34 plusmn; 0.42

1.77 plusmn; 1.5

1.04 plusmn; 1.21

1.76 plusmn; 1.97

5.23 plusmn; 1.37
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