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北京一次污染过程气溶胶光学特性及辐射效应

梁苑新 车慧正 王宏 彭玥 张养梅 陶法

梁苑新, 车慧正, 王宏, 等. 北京一次污染过程气溶胶光学特性及辐射效应. 应用气象学报, 2020, 31(5): 583-594. DOI: 10.11898/1001-7313.20200506..
引用本文: 梁苑新, 车慧正, 王宏, 等. 北京一次污染过程气溶胶光学特性及辐射效应. 应用气象学报, 2020, 31(5): 583-594. DOI: 10.11898/1001-7313.20200506.
Liang Yuanxin, Che Huizheng, Wang Hong, et al. Aerosol optical properties and radiative effects during a pollution episode in Beijing. J Appl Meteor Sci, 2020, 31(5): 583-594. DOI:  10.11898/1001-7313.20200506.
Citation: Liang Yuanxin, Che Huizheng, Wang Hong, et al. Aerosol optical properties and radiative effects during a pollution episode in Beijing. J Appl Meteor Sci, 2020, 31(5): 583-594. DOI:  10.11898/1001-7313.20200506.

北京一次污染过程气溶胶光学特性及辐射效应

DOI: 10.11898/1001-7313.20200506
资助项目: 

国家自然科学基金项目 41825011

科技部重大专项 2016-YFC0203306

国家重点研究发展计划 2016YFA0601901

国家重点研究发展计划 2019YFC0214601

国家自然科学基金项目 41275007

详细信息
    通信作者:

    车慧正, chehz@cma.gov.cn

Aerosol Optical Properties and Radiative Effects During a Pollution Episode in Beijing

  • 摘要: 利用地面激光雷达、太阳光度计观测反演气溶胶光学特性参数,结合PM2.5观测数据,分析了2018年1月25—28日北京一次完整污染过程中气溶胶光学特性变化。基于观测数据,利用短波辐射传输模式计算了不同程度污染日,晴空背景下气溶胶对辐射加热率的改变程度。结果表明:清洁日(25日),PM2.5日平均质量浓度为19.00 μg·m-3,440 nm气溶胶光学厚度为0.13,单次散射反照率为0.87,整层气溶胶消光系数低于0.10 km-1,短波辐射均为增温效应;污染期间(26—27日),PM2.5日平均质量浓度为83.21 μg·m-3,气溶胶光学厚度为2.48,气溶胶散射能力增强,单次散射反照率达到0.94,气溶胶主要消光层厚度提升至3.00 km高度,消光系数平均值为0.43 km-1,气溶胶在垂直方向的变化导致气溶胶中上层(1.50~3.00 km高度)加热作用强烈,短波辐射加热率平均值达到13.89 K·d-1,而低层(1.50 km高度以内)加热作用较弱,加热率平均值仅为0.99 K·d-1。气溶胶散射能力增强导致加热作用减弱,污染日加热率对于气溶胶散射能力变化更敏感。
  • 图  1  2018年1月北京440 nm, 675 nm, 870 nm和1020 nm波段气溶胶光学厚度日变化

    Fig. 1  Daily averaged variation of aerosol optical depth at 440 nm, 675 nm, 870 nm and 1020 nm in Beijing in Jan 2018

    图  2  2018年1月北京PM2.5质量浓度变化趋势

    (阴影部分代表污染事件)

    Fig. 2  Daily and hourly averaged variation of PM2.5 concentration in Beijing in Jan 2018

    (the shaded denotes the pollution period)

    图  3  2018年1月25—28日北京532 nm气溶胶消光系数和退偏振比的时空分布

    Fig. 3  Temporal and spatial distribution of extinction coefficient and depolarization ratio at 532 nm in Beijing from 25 Jan to 28 Jan in 2018

    图  4  2018年1月25—28日北京毫米波云雷达反射率因子的时空分布

    Fig. 4  Temporal and spatial distribution of cloud radar reflectivity in Beijing from 25 Jan to 28 Jan in 2018

    图  5  2018年1月25—28日北京气溶胶单次散射反照率和非对称因子逐日变化

    Fig. 5  Daily averaged variation of single scattering albedo and mmetry factor at 440 nm, 675 nm, 870 nm and 1020 nm in Beijing from 25 Jan to 28 Jan in 2018

    图  6  2018年1月北京月平均向下短波辐射通量和太阳高度角逐时变化

    Fig. 6  Hourly variation of monthly averaged shortwave downward radiation and solar elevation angle in Beijing in Jan 2018

    图  7  2018年1月25—28日北京白天(08:00—17:00)平均大气消光系数和短波辐射加热率的垂直分布

    Fig. 7  Day-time averaged vertical distribution of atmospheric extinction coefficient and solar radiative heating rate(0800 BT to 1700 BT) in Beijing from 25 Jan to 28 Jan in 2018

    图  8  清洁日和污染日短波辐射加热率随单次散射反照率垂直变化趋势

    Fig. 8  The vertical distribution of solar radiative heating rate with single scattering albedo in clear day and pollution day

    图  9  2018年1月27日北京白天大气消光系数和短波辐射加热率的垂直分布

    Fig. 9  Vertical distribution of day-time extinction coefficient and solar radiative heating rate in Beijing on 27 Jan 2018

    表  1  短波辐射模式中谱带分布和所选波长

    Table  1  Solar wavelength in the shortwave radiation model

    波段 分段波长/μm 应用波长/μm
    1 (0.175, 0.225] 0.225
    2 (0.225, 0.245] 0.245
    3 (0.245, 0.260] 0.260
    4 (0.280, 0.295] 0.295
    5 (0.295, 0.310] 0.310
    6 (0.310, 0.320] 0.320
    7 (0.320, 0.400] 0.400
    8 (0.400, 0.700] 0.532
    9 (0.700, 1.220] 1.220
    10 (1.220, 2.270] 2.270
    11 (2.270, 10.000] 5.000
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    表  2  2018年1月25—28日气溶胶光学厚度与波长拟合公式

    Table  2  Fitting functions between AOD and wavelength from 25 Jan to 28 Jan in 2018

    日期 拟合公式 相关系数
    25 lnτ = -1.72lnλ+9.57 0.95
    26 lnτ = -1.64lnλ+9.91 0.99
    27 lnτ = -0.77lnλ+5.66 0.98
    28 lnτ = -1.75lnλ+9.79 0.96
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-03-04
  • 修回日期:  2020-05-28
  • 刊出日期:  2020-09-30

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