楊 欣,陳義珍,劉厚鳳,趙妤希,高 健,柴發(fā)合,孟 凡(.山東師范大學(xué)人口·資源與環(huán)境學(xué)院,山東 濟(jì)南 5004；中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院,北京 000)

北京2013年1月連續(xù)強(qiáng)霾過(guò)程的污染特征及成因分析

楊 欣1,2,陳義珍2*,劉厚鳳1,趙妤希2,高 健2,柴發(fā)合2,孟 凡2(1.山東師范大學(xué)人口·資源與環(huán)境學(xué)院,山東 濟(jì)南 250014；2中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院,北京 100012)

以北京市2013年1月份連續(xù)灰霾天氣中10～16日的強(qiáng)霾污染過(guò)程為例,利用MPL-4B型IDS系列微脈沖激光雷達(dá)觀測(cè)資料由Fernald算法反演得到此次污染過(guò)程中氣溶膠垂直分布特性,結(jié)合地面氣象條件和天氣形勢(shì)分析污染原因,并討論與氣溶膠地面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的符合性.結(jié)果表明:此次連續(xù)強(qiáng)霾過(guò)程污染嚴(yán)重,觀測(cè)時(shí)段內(nèi)89.4%的時(shí)間出現(xiàn)霾,39.8%的污染時(shí)段達(dá)到重度霾級(jí)別,其中大氣地表消光系數(shù)與PM2.5濃度變化呈顯著線性相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)達(dá)0.95.研究過(guò)程內(nèi),大氣邊界層在91%的時(shí)段低于500m,平均僅為293m,低邊界層抑制了污染物的有效擴(kuò)散;近地面垂向各高度的消光系數(shù)持續(xù)達(dá)到1.5km-1以上,對(duì)比氣溶膠退偏比發(fā)現(xiàn)城市上空的大氣強(qiáng)消光為氣溶膠顆粒物和大氣水分共同導(dǎo)致;氣溶膠光學(xué)厚度(AOD,532nm)較大,有83.6%的時(shí)段超過(guò)1,且受相對(duì)濕度影響較大,相對(duì)濕度偏小時(shí)段的AOD值主要為氣溶膠顆粒貢獻(xiàn),相對(duì)濕度較大時(shí)段,細(xì)顆粒物吸濕增長(zhǎng)導(dǎo)致 AOD受大氣水分干擾顯著.連續(xù)靜穩(wěn)的天氣形勢(shì)和區(qū)域污染是導(dǎo)致此次強(qiáng)霾發(fā)生和持續(xù)的主要原因,高濕天氣則加劇了灰霾狀況.

灰霾；微脈沖激光雷達(dá)；特征；成因

灰霾是指大量極細(xì)微的塵粒、煙粒等均勻地浮游在空中,使水平能見(jiàn)度小于 10km的空氣普遍混濁現(xiàn)象[1],對(duì)大氣環(huán)境、輻射等有著重要的影響[2].嚴(yán)重灰霾天氣一旦形成往往很難及時(shí)消散,不僅對(duì)居民身體健康造成嚴(yán)重威脅,而且引起的能見(jiàn)度下降也對(duì)城市的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和市民生活帶來(lái)顯著影響[3],產(chǎn)生較強(qiáng)的社會(huì)負(fù)面效應(yīng)[4].

2013年 1月份我國(guó)中東部、西南 10省區(qū)市,100多萬(wàn) km2區(qū)域出現(xiàn)持續(xù)嚴(yán)重灰霾污染天氣.據(jù)統(tǒng)計(jì),受此罕見(jiàn)連續(xù)高強(qiáng)度大氣污染影響最嚴(yán)重的京津冀地區(qū)共計(jì)發(fā)生 5次強(qiáng)霾污染過(guò)程,期間北京只有4d晴好天氣,最嚴(yán)重的持續(xù)灰霾污染發(fā)生在1月10～16日,同時(shí)也是北京地區(qū)在本世紀(jì)以來(lái)受灰霾污染最為嚴(yán)重的一次.

激光雷達(dá)是以激光為光源,通過(guò)探測(cè)激光與目標(biāo)物相互作用而產(chǎn)生的輻射信號(hào)來(lái)遙感目標(biāo)物[7],是現(xiàn)階段獲得大氣氣溶膠各項(xiàng)光學(xué)性質(zhì)、空間垂直分布以及相關(guān)信息的有效遙感技術(shù)[5].針對(duì)北京地區(qū),目前利用激光雷達(dá)觀測(cè)沙塵天氣和氣溶膠污染邊界層的研究較多[6-10],對(duì)灰霾天氣下氣溶膠特性、垂直分布情況等的研究較少,因此本研究利用激光雷達(dá)的連續(xù)觀測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)2013年 1月份影響北京市最嚴(yán)重的強(qiáng)霾污染過(guò)程(1月10日16:00～16日3:00)中氣溶膠的垂直分布特性進(jìn)行研究,分析此次灰霾污染特征并探討污染發(fā)生原因,以期為京津冀地區(qū)嚴(yán)重灰霾天氣發(fā)生時(shí)氣溶膠的光學(xué)特性研究和城市大氣污染控制提供參考.

1 觀測(cè)站點(diǎn)及儀器介紹

觀測(cè)站位于中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院大氣環(huán)境研究所(40°02′27.8″N,116°24′44.8″E),其周邊無(wú)明顯大氣污染物排放源.本文采用2013年1月8～17日的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,期間1月15日上午因下雪,09:00～13:00的部分觀測(cè)數(shù)據(jù)缺失.

1.1 微脈沖激光雷達(dá)(Micro-Pulse Lidar)

采用美國(guó)SigmaSpace公司生產(chǎn)的MPL-4B型IDS系列微脈沖激光雷達(dá),可實(shí)現(xiàn)對(duì)氣溶膠的散射、消光特性及偏振特性等的定量探測(cè),其探測(cè)性能已得到可靠驗(yàn)證[11-14].日常置于單獨(dú)的恒溫房艙(20℃)內(nèi),通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件設(shè)置進(jìn)行晝夜自動(dòng)連續(xù)探測(cè)和原始數(shù)據(jù)的校正與處理.由目前最為流行的 Fernald算法來(lái)求解激光雷達(dá)方程

[15-18],進(jìn)行氣溶膠消光系數(shù)和光學(xué)厚度(AOD)等光學(xué)參數(shù)的反演和大氣邊界層特征檢測(cè)[19-20].另外根據(jù)交替發(fā)射線性偏振光得到的氣溶膠退偏比(反映氣溶膠粒子的非球形特征)可判別氣溶膠類(lèi)型[21-22],所以根據(jù) MPL各反演參數(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣氣溶膠及邊界層結(jié)構(gòu)垂直分布特征的分析.本次探測(cè)設(shè)置時(shí)間分辨率為 30s,距離分辨率為 30m,激光脈沖能量為 6.5μJ反演計(jì)算時(shí)采用觀測(cè)的2min平均數(shù)據(jù),氣溶膠消光后向散射比Sa限定為 50sr,設(shè)備理論最低探測(cè)高度距地面0.15km.

1.2 自動(dòng)氣象站

同步氣象數(shù)據(jù)(芬蘭Visala)觀測(cè)可實(shí)現(xiàn)風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、壓強(qiáng)、降水、太陽(yáng)輻射和能見(jiàn)度等的實(shí)時(shí)觀測(cè),時(shí)間分辨率為1min,其中能見(jiàn)度觀測(cè)上限為20km.文中使用的氣象數(shù)據(jù)均為小時(shí)平均值,與MPL觀測(cè)具有較好的同步性.

1.3 顆粒物濃度自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)儀

采用TH-16A型大氣顆粒物采樣儀,可進(jìn)行四通道TSP、PM10、PM5、PM2.5等的分鐘采樣,本研究?jī)H對(duì)與灰霾密切相關(guān)的細(xì)顆粒物作出分析,分析數(shù)據(jù)采用PM2.5小時(shí)平均值.

2 結(jié)果與討論

2.1 地面細(xì)顆粒物污染狀況與消光系數(shù)

已有研究表明,細(xì)顆粒物與灰霾天氣發(fā)生有密切關(guān)系[23-25].由圖1可見(jiàn),1月10～16日的大部分時(shí)段的 PM2.5小時(shí)濃度均維持在 100μg/m3以上的高值,最高達(dá)到 611.4μg/m3左右,11日、13日和14日凌晨為3個(gè)高峰區(qū).11日晚間北京北部城區(qū)出現(xiàn)大風(fēng)天氣,使得污染物快速擴(kuò)散,因此PM2.5監(jiān)測(cè)值較低;15日早間出現(xiàn)降雪,空氣中顆粒物經(jīng)雨雪沖刷,濃度降低,雪停后 PM2.5濃度又出現(xiàn)小幅回升;到16日除交通早高峰期間出現(xiàn)一個(gè)小高值外其余時(shí)段細(xì)顆粒物監(jiān)測(cè)值明顯下降,天氣好轉(zhuǎn).據(jù)統(tǒng)計(jì),從10～15日的PM2.5日均濃度均超標(biāo).另外,在此連續(xù)灰霾污染中,PM2.5監(jiān)測(cè)值出現(xiàn)明顯的夜間高,白天低的規(guī)律,與邊界層高度變化相對(duì)應(yīng)(圖3),同時(shí)還與北京地區(qū)特殊的山谷風(fēng)變化一致:由于北京地區(qū)工業(yè)主要集中于南部郊區(qū),夜間的偏南風(fēng)將大量污染物輸送至城內(nèi),因而導(dǎo)致夜間 PM2.5濃度高,白天來(lái)自山區(qū)的西北風(fēng)則使城區(qū) ρ(PM2.5)降低.圖 1中地面消光系數(shù)曲線由自動(dòng)氣象站觀測(cè)的水平能見(jiàn)度求得(消光系數(shù)=3.912/能見(jiàn)度)[23],與地面PM2.5監(jiān)測(cè)值近乎同步,兩者相關(guān)系數(shù)達(dá)0.95,呈顯著線性相關(guān)關(guān)系,說(shuō)明地表大氣消光直接受細(xì)顆粒物含量影響.

圖1 觀測(cè)期間地面PM2.5監(jiān)測(cè)值和消光系數(shù)的時(shí)間序列Fig.1 The time series of PM2.5concentration and surface extinction coefficients

2.2 強(qiáng)霾過(guò)程特征

2.2.1 灰霾污染過(guò)程及演變 根據(jù)《霾的觀測(cè)和預(yù)報(bào)等級(jí)》[26]標(biāo)準(zhǔn):能見(jiàn)度<10.0km,排除降水、沙塵暴、揚(yáng)沙、浮塵、煙幕、吹雪、雪暴等天氣現(xiàn)象造成的視程障礙,相對(duì)濕度小于80%時(shí),即可判識(shí)為霾.

由圖2可見(jiàn),從1月10日16:00開(kāi)始到1月 16日03:00,大氣能見(jiàn)度持續(xù)較低,據(jù)霾預(yù)報(bào)等級(jí)對(duì)該時(shí)段分析發(fā)現(xiàn),在此污染過(guò)程中 89.4%的觀測(cè)時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)了霾,其中重度霾(大氣能見(jiàn)度<2km)頻率最高為39.8%,中度霾(2km≤大氣能見(jiàn)度<3km=22.0%,輕度霾(3km≤大氣能見(jiàn)度<5km) 16.1%,輕微霾(5km≤大氣能見(jiàn)度<10km)22.0%,由此可見(jiàn)此次連續(xù)灰霾污染之嚴(yán)重.

圖2 觀測(cè)期間各氣象要素的時(shí)間序列Fig.2 The time series of meteorological factors during the observation根據(jù)能見(jiàn)度曲線在底圖中落定區(qū)域判定各時(shí)段灰霾等級(jí),由淺到深依次為輕微霾、輕度霾、中度霾、重度霾

另外,對(duì)比圖1發(fā)現(xiàn)此次強(qiáng)霾過(guò)程開(kāi)始(1月10日16:00)時(shí),地面細(xì)顆粒物在地表累積達(dá)到高值,同時(shí)還伴隨著地面相對(duì)濕度的逐步增大,因此霾粒子吸濕增長(zhǎng)使能見(jiàn)度加劇惡化降到 2km以下[27],達(dá)到重度霾級(jí)別;11日早上隨著日出太陽(yáng)輻射增強(qiáng)氣溫上升,相對(duì)濕度下降,但由于人類(lèi)各項(xiàng)活動(dòng)開(kāi)始,導(dǎo)致細(xì)顆粒物濃度仍維持在較高水平,所以能見(jiàn)度雖略有增大,卻仍然較低在中度霾級(jí)別;到 11日下午由于溫度升高并伴隨有風(fēng),使得大氣底層局部湍流作用明顯增強(qiáng),氣溶膠得以擴(kuò)散,能見(jiàn)度在夜間出現(xiàn)短暫高值.1月12日早間至1月16日凌晨為持續(xù)靜風(fēng)狀態(tài),濕度較高,能見(jiàn)度均低于 10km,形成連續(xù)霾污染天氣.值得注意的是,在這期間我國(guó)中東部地區(qū)各城市均出現(xiàn)了嚴(yán)重的氣溶膠污染天氣,其中京津冀區(qū)域間的污染傳輸這也間接導(dǎo)致了北京地區(qū)灰霾的持續(xù)加重.到1月16日,由于受到一股中等強(qiáng)度冷空氣影響,氣溫和濕度下降,大氣湍流活動(dòng)加強(qiáng),連續(xù)一周的靜穩(wěn)天氣得以破除,除 9:00上班早高峰后出現(xiàn)一個(gè)低谷;過(guò)后能見(jiàn)度好轉(zhuǎn)(均在10km以上),PM2.5監(jiān)測(cè)值較低,強(qiáng)霾污染過(guò)程結(jié)束.

圖3 激光雷達(dá)信號(hào)與PBL隨時(shí)間的變化Fig.3 The range of background corrected signal and PBL variations彩圖背景圖為經(jīng)過(guò)歸一化處理后的同偏振信號(hào)分布

2.2.2 大氣邊界層高度(PBL)變化 圖 3 為MPL觀測(cè)期間大氣邊界層高度隨時(shí)間的變化情況,底圖是經(jīng)過(guò)歸一化處理后返回的同偏振信號(hào)分布.從圖中可以看出,研究過(guò)程內(nèi)(10～16 日) PBL變化與返回信號(hào)基本吻合,其值較低,91%的時(shí)段低于500m,平均僅為293m,基本呈現(xiàn)白天高,夜間低的規(guī)律.對(duì)比圖2發(fā)現(xiàn),風(fēng)速與邊界層存在一定聯(lián)系,當(dāng)風(fēng)速較大時(shí),在隨后一段時(shí)間內(nèi)邊界層相應(yīng)增高,污染物得到稀釋擴(kuò)散,使得邊界層內(nèi)各高度上的返回信號(hào)減弱.同時(shí)對(duì)比圖1發(fā)現(xiàn),近地面細(xì)顆粒物濃度和消光系數(shù)的變化與邊界層高度均有較好的對(duì)應(yīng)性,靜風(fēng)導(dǎo)致的較低邊界層高度限制了大氣底層污染物的有效擴(kuò)散,使污染物在近地面聚積,PM2.5監(jiān)測(cè)值持續(xù)較高,能見(jiàn)度不斷惡化.由此可見(jiàn),底邊界層的不利污染擴(kuò)散形勢(shì)是此次強(qiáng)霾污染過(guò)程發(fā)生的直接原因.

2.3 氣溶膠垂直分布特性

2.3.1 大氣垂向消光系數(shù)與氣溶膠退偏比 圖4是2013年1月8～17日MPL觀測(cè)的北京北部城區(qū)上空大氣垂向消光系數(shù)與氣溶膠退偏比隨時(shí)間變化的垂直分布.

由圖4a可見(jiàn),在1月10～16日凌晨大部分時(shí)段里,近地面 800m以下垂向各高度的氣溶膠消光作用較強(qiáng),達(dá)到 1.5km-1以上,且隨高度增加而減小,在500m附近出現(xiàn)顯著分層,說(shuō)明在這期間大氣底層富含有大量的消光物質(zhì).對(duì)比圖4b發(fā)現(xiàn),此過(guò)程中有3個(gè)時(shí)段(10日16:00～11日18:00、12日18:00～13日18:00、14日18:00～15日16:00)在具有較強(qiáng)消光作用的同時(shí)退偏比卻比較小,僅在0.04左右,說(shuō)明探測(cè)范圍內(nèi)消光粒子的非球形特性不明顯,球形粒子比重較大,但不能就此判斷該區(qū)域沒(méi)有污染物質(zhì)存在.有研究表明,大氣顆粒物在一定濕度下可通過(guò)吸濕潮解由原來(lái)的不規(guī)則狀變?yōu)榍蛐蝃28-29],而且粒徑也有所增長(zhǎng)[30].從圖2中知這3個(gè)時(shí)段的相對(duì)濕度較大均在80%左右,同時(shí)與圖1地面PM2.5監(jiān)測(cè)值的3個(gè)高峰區(qū)相對(duì)應(yīng),因此可推測(cè)氣溶膠顆粒物的吸濕潮解作用加上空氣中球形水分比重大,從而導(dǎo)致MPL探測(cè)范圍內(nèi)退偏比低值區(qū)分布出現(xiàn),這也說(shuō)明城市上空的大氣消光由顆粒物和大氣水分共同導(dǎo)致.其余相對(duì)濕度較低時(shí)段消光系數(shù)和退偏比均較大,退偏比＞0.1,表明探測(cè)粒子的非球形特征較明顯,大氣消光物質(zhì)中氣溶膠顆粒物含量較高.直到1月16日冷空氣到來(lái),大氣污染物得以消散,氣溶膠消光系數(shù)和退偏比均變?yōu)楹苄?底層大氣較潔凈.

圖4 大氣垂向消光系數(shù)和氣溶膠退偏比隨時(shí)間的變化Fig.4 The range of vertical atmospheric extinction coefficient and aerosol depolarization ratio variations

2.3.2 氣溶膠光學(xué)厚度 AOD(Aerosol Optical Depth)為大氣消光系數(shù)在垂直高度上的積分,即,該值在很大程度上可以反映大氣污染情況.

分析觀測(cè)期間 AOD、地面 PM2.5監(jiān)測(cè)濃度和相對(duì)濕度隨時(shí)間的變化,結(jié)果見(jiàn)圖 5.經(jīng)統(tǒng)計(jì)在10～16日的強(qiáng)霾過(guò)程中AOD值較大有83.6%的時(shí)段超過(guò)1,可見(jiàn)污染嚴(yán)重程度.另外還發(fā)現(xiàn),12日 16:00前和 16日 00:00日后 AOD與地面ρ(PM2.5)、RH變化趨勢(shì)一致,結(jié)合圖4b氣溶膠退偏比分布特性可知,期間無(wú)沙塵天氣發(fā)生和高層云分布,且大部分時(shí)段相對(duì)濕度偏低,因此可以說(shuō)明 AOD主要為大氣底層氣溶膠顆粒貢獻(xiàn).而在空氣相對(duì)濕度持續(xù)較高的1月12日14:00～15日20:00AOD和ρ(PM2.5)、RH吻合性不是很好,根據(jù)氣溶膠消光系數(shù)分布及相關(guān)垂直廓線,推測(cè)可能原因是由于相對(duì)濕度大時(shí)空氣中懸浮的細(xì)顆粒物吸濕增長(zhǎng),與大氣水分共同導(dǎo)致對(duì)光的散射作用成倍增加[31],使得此時(shí)激光束末端無(wú)法穿透氣溶膠層,上層無(wú)信號(hào)返回,因而 AOD反演結(jié)果偏低,如12日18:00和14日01:00.到15日03:00上層大氣中有云層飄過(guò),出現(xiàn)短時(shí)降雪過(guò)程,ρ(PM2.5)雖有所降低,但由于空氣相對(duì)濕度增大AOD仍出現(xiàn)了短時(shí)增長(zhǎng).由此說(shuō)明AOD受相對(duì)濕度影響顯著.

圖5 AOD和ρ(PM2.5)、RH隨時(shí)間的變化Fig.5 The temporal variation of AOD, ρ(PM2.5), RH

由于氣溶膠組分的垂直分布情況較為復(fù)雜,并且觀測(cè)儀器本身性能參數(shù)導(dǎo)致反演結(jié)果不可避免的存在一定誤差,因此對(duì)部分反演結(jié)果只能做出推斷性解釋,要深入研究還需結(jié)合其他精密儀器如太陽(yáng)光度計(jì)等聯(lián)合反演降低參數(shù)誤差,提高觀測(cè)數(shù)據(jù)精度.

3 污染成因分析

根據(jù)由美國(guó)懷俄明大學(xué)工程學(xué)院網(wǎng)站提供的中國(guó)區(qū)垂直溫廓線數(shù)據(jù)可知,自1月10日開(kāi)始,北京氣象站點(diǎn)出現(xiàn)持續(xù)逆溫天氣,受此影響大氣底層的污染物覆蓋城區(qū)無(wú)法消散,因而出現(xiàn)連續(xù)霾天氣.另?yè)?jù)2013年1月10～16日地面和高空500hPa(約5510m)等壓線天氣形勢(shì)圖(圖略)顯示,在此階段內(nèi)我國(guó)華北地區(qū)高空氣壓場(chǎng)上游未出現(xiàn)大槽影響,沒(méi)有冷空氣過(guò)程形成,地面氣壓場(chǎng)則頻繁受到鞍形場(chǎng)控制,等壓線稀疏,導(dǎo)致區(qū)域性連續(xù)靜穩(wěn)天氣出現(xiàn),抑制了污染物的快速消散,從而導(dǎo)致大范圍霾污染天氣發(fā)生.

同時(shí)根據(jù)對(duì)中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院站點(diǎn)地面氣象條件分析和激光雷達(dá)探測(cè)結(jié)果的討論,判斷此次北京地區(qū)連續(xù)強(qiáng)霾污染是在持續(xù)靜風(fēng)和邊界層較低的極端不利擴(kuò)散條件下,底層大氣污染物集聚難以擴(kuò)散,并受到區(qū)域性污染所致,高濕天氣則加劇了灰霾狀況.

4 結(jié)論

4.1 北京地區(qū)從2013年1月10日至1月16日凌晨的強(qiáng)霾過(guò)程污染較重,觀測(cè)時(shí)段內(nèi) 89.4%的時(shí)間出現(xiàn)霾,其中重度霾頻率最高達(dá) 39.8%.污染時(shí)段監(jiān)測(cè)的地面 PM2.5小時(shí)濃度基本維持在100μg/m3以上高值,PM2.5日均濃度連續(xù)6d均超標(biāo).另外,大氣地表消光直接受 PM2.5濃度變化的影響,兩者呈顯著線性相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)達(dá)0.95.

4.2 較低的邊界層高度限制了污染物的有效擴(kuò)散,使灰霾污染加劇.此次連續(xù)灰霾天氣中大氣邊界層較低,其中 91%的時(shí)段低于 500m,平均僅為293m,變化趨勢(shì)基本呈白天高,夜間低的規(guī)律,與地面細(xì)顆粒物監(jiān)測(cè)值有較好的對(duì)應(yīng)性.

4.3 根據(jù) MPL觀測(cè)的大氣垂直結(jié)構(gòu)分布得到:近地面800m以下垂向各高度的消光系數(shù)較大達(dá)到 1.5km-1以上,并隨高度增加而減小.對(duì)應(yīng)退偏比分布和地面PM2.5監(jiān)測(cè)值變化表明此次連續(xù)灰霾過(guò)程中,氣溶膠顆粒物和大氣水分共同造成城市上空的大氣強(qiáng)消光.

4.4 研究過(guò)程內(nèi),AOD值較大,有 83.6%的時(shí)段超過(guò) 1,且受相對(duì)濕度影響較大.相對(duì)濕度偏小時(shí)段AOD與PM2.5濃度變化一致,說(shuō)明此時(shí)的大氣消光主要為氣溶膠細(xì)顆粒物所致,在相對(duì)濕度較大時(shí)段內(nèi),空氣中懸浮的細(xì)顆粒物吸濕增長(zhǎng),消光增強(qiáng),AOD變大,受大氣水分干擾顯著.

4.5 靜風(fēng)和逆溫導(dǎo)致的低邊界層極端不利擴(kuò)散條件是此次連續(xù)灰霾發(fā)生的直接原因,連續(xù)穩(wěn)定的天氣形勢(shì)使污染持續(xù).整個(gè)京津冀區(qū)域同期出現(xiàn)的嚴(yán)重氣溶膠污染天氣導(dǎo)致北京地區(qū)的灰霾持續(xù)加重,持續(xù)高濕天氣也嚴(yán)重加劇了灰霾狀況.

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Characteristics and formation mechanism of a serious haze event in January 2013 in Beijing.

YANG Xin1,2, CHEN

Yi-zhen2*, LIU Hou-feng1, ZHAO Yu-xi2, GAO Jian2, CHAI Fa-he2, MENG Fan2(1.Population, Resources and Ewitonment Institute, Shandong Normal University, Jinan 250014, China；2.Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China). China Environmental Science, 2014,34(2)：282～288

A serious haze process from 10th to 16th in January 2013 of Beijing was analyzed. During the period of haze, aerosol vertical distribution was retrieved from the MPL-4B-IDS series lidar system with Fernald algorithm. In order to illustrate the formation mechanism of this pollution episode, the surface aerosol measurement at the same site was compared with the lidar result. It was found that during the observation period, haze occurred in 89.4% of the time, among which 39.8% were recognized as heavy haze episodes. The extinction coefficients strongly correlated with surface ρ (PM2.5) (r=0.95). During the study, the average PBL height was only 293m, when 91% of the time it was less than 500m and restrained the effective diffusion of pollutants significantly. Extinction coefficient of each vertical height reached more than 1.5km-1above the ground. By comparing the analysis of the aerosol depolarization ratio, it was found that the atmospheric extinction above the city was caused by the combined effect of particulate aerosols and atmospheric moisture. The aerosol optical depth (AOD) at 532nm in this severe haze event was high and affected by the relative humidity greatly. In lower RH, the value of AOD was contributed by particulate aerosols, and atmospheric moisture made a significant contribution due to the hygroscopicity of fine particle when the RH was high. Additionally, stability of the PBL situation and pollutants emitted from regional area were the main reasons of this severe haze event, and high humidity made the haze more worse.

haze；micro-pulse lidar；characteristics；formation mechanism

X511,TP79/P407

：A

：1000-6923(2014)02-0282-07

楊 欣(1989-),女,山東臨沂人,山東師范大學(xué)與中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生,主要從事大氣物理研究.

2013-05-24

國(guó)家環(huán)境保護(hù)公益科研專(zhuān)項(xiàng)(201309062);國(guó)家環(huán)境保護(hù)公益科研專(zhuān)項(xiàng)(201009001)

* 責(zé)任作者, 研究員, chenyz@craes.org.cn