趙胡笳，馬雁軍*，王揚(yáng)鋒，朱軼明（.沈陽(yáng)大氣環(huán)境研究所，遼寧 沈陽(yáng) 066；.遼寧省人工影響天氣辦公室，遼寧 沈陽(yáng) 066）

沈陽(yáng)一次霧霾天氣顆粒物濃度及光學(xué)特征變化

趙胡笳1，馬雁軍1*，王揚(yáng)鋒1，朱軼明2（1.沈陽(yáng)大氣環(huán)境研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110166；2.遼寧省人工影響天氣辦公室，遼寧 沈陽(yáng) 110166）

利用2011年10月17～22日連續(xù)在線(xiàn)觀測(cè)沈陽(yáng)地區(qū)大氣能見(jiàn)度、顆粒物質(zhì)量濃度ρ（PM10）、ρ（PM2.5）、ρ（PM1.0）、以及通過(guò)太陽(yáng)光度計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)反演得到的氣溶膠光學(xué)厚度、Angstrom波長(zhǎng)指數(shù)、氣溶膠粒子譜分布數(shù)據(jù)，結(jié)合相對(duì)濕度、風(fēng)速、溫度等氣象資料，分析了2011 年秋季沈陽(yáng)一次霧霾天氣過(guò)程中能見(jiàn)度與顆粒物質(zhì)量濃度及氣溶膠光學(xué)特征變化.結(jié)果表明:相對(duì)溫度偏高、小風(fēng)天氣以及顆粒物質(zhì)量濃度累積是造成沈陽(yáng)能見(jiàn)度下降、引發(fā)霧霾天氣的主要因素；霧霾期間細(xì)粒子所占比例較高，ρ（PM10）、ρ（PM2.5）、ρ（PM1.0）平均值分別為138.8、103.3、94.9μg/m3，比霧霾過(guò)程前均增加約2倍左右，PM2.5/PM10和PM1.0/PM10分別為74.7%和68.6%；當(dāng)RH＜80%時(shí)，能見(jiàn)度與顆粒物質(zhì)量濃度相關(guān)性顯著（R2＞0.90），RH ＞80%時(shí)， 能見(jiàn)度與顆粒物濃度間的相關(guān)性減弱；霧霾期間氣溶膠光學(xué)厚度明顯增加，霧霾前氣溶膠光學(xué)厚度和Angstrom波長(zhǎng)指數(shù)平均值分別為0.82和0.94，霧霾期間氣溶膠光學(xué)厚度和Angstrom波長(zhǎng)指數(shù)平均值分別為1.42和1.25；霧霾天氣過(guò)程中，細(xì)模態(tài)粒子的峰值濃度約是霧霾前細(xì)粒子濃度的2倍，說(shuō)明沈陽(yáng)地區(qū)大氣污染物以細(xì)粒子為主，進(jìn)而影響氣溶膠光學(xué)特征發(fā)生變化.

能見(jiàn)度；顆粒物質(zhì)量濃度；氣溶膠光學(xué)特性；霧霾

隨著人口增長(zhǎng)、工業(yè)發(fā)展、機(jī)動(dòng)車(chē)輛數(shù)量的急劇增加，污染物的排放也大量增加，灰霾天氣已成為我國(guó)一些大中型城市地區(qū)空氣污染的重要問(wèn)題［1-2］.研究表明，氣溶膠的散射特性和吸收特性是導(dǎo)致大氣能見(jiàn)度降低，造成灰霾天氣的主要原因［3-5］.Li等［6］指出灰霾是人為活動(dòng)與氣象條件共同作用的結(jié)果［7-10］.陳義珍等［11］和龔識(shí)懿等［12］研究表明，不同范圍的相對(duì)濕度下對(duì)應(yīng)的顆粒物濃度和大氣能見(jiàn)度的關(guān)系也具有明顯變化.同時(shí)，霧霾過(guò)程導(dǎo)致的高水平氣溶膠負(fù)載也使得大氣氣溶膠光學(xué)特性呈現(xiàn)出一些復(fù)雜特點(diǎn)［13-16］.因此，利用地基遙感方法對(duì)灰霾期間氣溶膠的關(guān)鍵光學(xué)參數(shù)進(jìn)行深入研究，對(duì)進(jìn)一步了解氣溶膠的環(huán)境和氣候效應(yīng)具有重要意義.

國(guó)內(nèi)關(guān)于霧霾天氣以及霧霾天氣過(guò)程中氣溶膠的光學(xué)特性的相關(guān)研究多集中在京津冀、長(zhǎng)江三角洲、珠江三角洲等人口眾多，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)［17-20］，而針對(duì)東北城市地區(qū)霧霾天氣過(guò)程中氣溶膠光學(xué)特性變化的研究相對(duì)較少［21-22］.因此，研究沈陽(yáng)霧霾天氣過(guò)程中氣溶膠光學(xué)特征的變化，對(duì)進(jìn)一步了解我國(guó)北方大氣氣溶膠的污染狀況具有一定的科學(xué)意義.

沈陽(yáng)是東北地區(qū)政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，地處東北亞經(jīng)濟(jì)圈和環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈的中心，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、能源消耗以及機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量的大幅增加是導(dǎo)致沈陽(yáng)地區(qū)空氣質(zhì)量惡化，能見(jiàn)度降低的主要原因［23-25］.

本文利用沈陽(yáng)2011年10月17～22日能見(jiàn)度、PM10、PM2.5和PM1.0質(zhì)量濃度、相對(duì)濕度、風(fēng)速、溫度等氣象觀測(cè)資料，以及根據(jù)自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)光度計(jì)CE318數(shù)據(jù)反演得到的氣溶膠光學(xué)參數(shù)，分析了沈陽(yáng)一次霧霾天氣過(guò)程中能見(jiàn)度、顆粒物質(zhì)量濃度、氣溶膠光學(xué)特性與氣象要素的相關(guān)關(guān)系和變化特征，旨在分析沈陽(yáng)大氣氣溶膠的污染狀況，以期為東北地區(qū)大氣污染防治及霧霾天氣預(yù)報(bào)預(yù)警提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)依據(jù).

1 觀測(cè)地點(diǎn)與數(shù)據(jù)采集

觀測(cè)地點(diǎn)位于沈陽(yáng)東北區(qū)域氣象中心樓頂（41°58′N(xiāo)，123°43′E，60m）.觀測(cè)時(shí)間2011年10月17～22日.采樣點(diǎn)周?chē)撬膶与p環(huán)式文化路立交橋、大型家樂(lè)福超市以及遼寧廣播電視臺(tái)等車(chē)流密集、人類(lèi)活動(dòng)相對(duì)集中的區(qū)域，其大氣污染物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在一定程度上代表了沈陽(yáng)城市地區(qū)大氣污染物水平.

大氣能見(jiàn)度、ρ（PM10）、ρ（PM2.5）、ρ（PM1.0）、相對(duì)濕度、風(fēng)速、溫度等氣象數(shù)據(jù)取自沈陽(yáng)大氣成分站的常規(guī)觀測(cè)資料，所用數(shù)據(jù)均為小時(shí)平均值.能見(jiàn)度監(jiān)測(cè)使用的是芬蘭VAISALA FD12能見(jiàn)度儀，測(cè)量數(shù)據(jù)包括1min、10min平均能見(jiàn)度.顆粒物質(zhì)量濃度監(jiān)測(cè)使用的是德國(guó)GRIMM180顆粒物監(jiān)測(cè)儀，測(cè)量數(shù)據(jù)包括5min 平均ρ（PM10）、ρ（PM2.5）、ρ（PM1.0）顆粒物質(zhì)量濃度.

氣溶膠光學(xué)特性數(shù)據(jù)由法國(guó)CIMEL公司生產(chǎn)的CE-318型自動(dòng)跟蹤掃描太陽(yáng)光度計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)反演得到.本研究中采用Langley法對(duì)太陽(yáng)光度計(jì)進(jìn)行標(biāo)定［26］，數(shù)據(jù)資料采用ASTPwin軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾云處理后Level 1.5的氣溶膠反演產(chǎn)品［27］以及根據(jù)Dubovik等［28］提出的氣溶膠光學(xué)特性反演方法得到的相關(guān)氣溶膠粒子光學(xué)特性參數(shù).

2 結(jié)果與討論

2.1 能見(jiàn)度的日變化特征分析

圖1為2011年10月17～22日大氣能見(jiàn)度與相對(duì)濕度小時(shí)平均值日變化趨勢(shì).17日00:00～10:00時(shí)，能見(jiàn)度狀況良好，能見(jiàn)度變化范圍為47.62～29.39km，相對(duì)濕度變化范圍為24%～33%.從17日11:00時(shí)開(kāi)始，能見(jiàn)度急劇降低至14.94km，并逐漸呈下降趨勢(shì).能見(jiàn)度的驟降可能與局地的大風(fēng)沙塵事件有關(guān).從圖1，圖4可以看出，17日11:00時(shí)相對(duì)濕度較低（約為24%），空氣較為干燥，而相應(yīng)的平均風(fēng)速則達(dá)到4.2m/s.

18、19、20日能見(jiàn)度平均值分別為14.35，12.65，11.73km，對(duì)應(yīng)著相對(duì)濕度日均值分別增加為71%，72%，68%.21日07:00時(shí)，能見(jiàn)度降低至10km以?xún)?nèi)，直至22日23:00時(shí)低能見(jiàn)度過(guò)程共持續(xù)41h.

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)［29］定義大氣能見(jiàn)度小于10km且相對(duì)濕度小于80%的判識(shí)為霾.在本文的研究時(shí)段中沒(méi)有降水、沙塵暴、揚(yáng)沙等影響大氣能見(jiàn)度的特殊天氣過(guò)程出現(xiàn)，因此本次過(guò)程中大氣能見(jiàn)度的降低主要受霧霾影響較大.

本次過(guò)程的霧霾天氣過(guò)程主要發(fā)生在2011年10月21～22日，大氣能見(jiàn)度平均值從霧霾過(guò)程前的15.99km下降到5.65km左右.21日07:00～23:00，相對(duì)濕度從35%左右增加到70%左右，經(jīng)歷了從霾到輕霧的變化，平均能見(jiàn)度為5.94km；22日00:00～07:00時(shí)，相對(duì)濕度均大于90%，變化范圍從91%～99%，平均能見(jiàn)度為5.53km；08:00之后相對(duì)濕度降至80%以下，表現(xiàn)出一定的霾特征，能見(jiàn)度平均值為3.59km；22日18:00～23:00時(shí)，相對(duì)濕度在80%～93%之間浮動(dòng)，能見(jiàn)度平均值降至1.86km.相對(duì)濕度的變化，表明本次低能見(jiàn)度天氣過(guò)程受到霧霾現(xiàn)象的共同影響.

圖1 能見(jiàn)度與相對(duì)濕度的日變化Fig.1 Daily variation of the visibility and the relative humidity

2.2 顆粒物質(zhì)量濃度的日變化特征分析

由圖2可知，污染物的累積是造成能見(jiàn)度降低的主要原因.

當(dāng)能見(jiàn)度較好時(shí)（17日00:00～10:00），ρ（PM2.5）質(zhì)量濃度均小于30μg/m3.隨后，ρ（PM2.5）開(kāi)始逐漸積累，18日，19日，20日ρ（PM2.5）質(zhì)量濃度分別為44.49，55.80，62.00μg/m3.21～22日霧霾天氣過(guò)程中，ρ（PM2.5）從21日07:00開(kāi)始迅速升高，于22:00達(dá)到第一個(gè)峰值約為166.0μg/m3.高濃度的顆粒物嚴(yán)重影響到大氣能見(jiàn)度，21日22:00大氣能見(jiàn)度僅為2.15km.隨后，ρ（PM2.5）開(kāi)始逐漸降低至22日08:00的86.5μg/m3.22日10:00左右，顆粒物質(zhì)量濃度重新開(kāi)始增加，ρ（PM2.5）在14:00時(shí)達(dá)到最大值為127.6μg/m3，此時(shí)大氣能見(jiàn)度僅為1.70km左右.本次霧霾天氣過(guò)程中，ρ（PM10）、ρ（PM2.5）、ρ（PM1.0）的平均值分別為138.8、103.3、94.9μg/m3，比霧霾過(guò)程前分別增加了約2倍左右（73.3、50.6、43.4μg/m3）.

圖2 PM質(zhì)量濃度日變化Fig.2 Daily variation of the particle mass concentration

由圖3可以看出，當(dāng)霧霾天氣發(fā)生時(shí)，PM2.5和PM1.0在PM10中所占的比例分別達(dá)到74.7%和68.6%，說(shuō)明污染期間，細(xì)顆粒物所占比例較高.其中PM1.0在PM2.5中所占比例高達(dá)91.5%，這也說(shuō)明大量細(xì)粒子的積累是霧霾形成的一個(gè)重要原因.

圖3 PM2.5/PM10和PM1.0/PM10以及PM1.0/PM2.5的百分比情況Fig.3 the proportion of PM2.5/PM10，PM1.0/PM10and PM1.0/PM2.5

由圖4可知，溫度呈增加趨勢(shì)而風(fēng)速呈減小趨勢(shì).低風(fēng)速不利于污染物的擴(kuò)散，特別是從21～22日霧霾期間溫度及風(fēng)速的變化特征來(lái)看，平均風(fēng)速為1.4m/s，能見(jiàn)度低至1.8km時(shí)風(fēng)速只有0.4m/s.（霧霾過(guò)程前的平均風(fēng)速均達(dá)到2.5m/s）.同時(shí)相對(duì)溫度偏高有利于光化學(xué)反應(yīng)生成二次有機(jī)氣溶膠粒子，從而導(dǎo)致大氣中細(xì)粒子含量增加.由此可見(jiàn)，相對(duì)溫度偏高、小風(fēng)天氣是導(dǎo)致高濃度顆粒物質(zhì)量濃度、引發(fā)霧霾天氣的幾個(gè)主要因素.

圖4 溫度與風(fēng)速的日變化Fig.4 Daily variation of temperature and wind speed

2.3 大氣能見(jiàn)度與顆粒物質(zhì)量濃度和相對(duì)濕度的關(guān)系

為了更好地反映相對(duì)濕度對(duì)大氣能見(jiàn)度的影響，本研究將相對(duì)濕度劃分為RH＜80%，80%≤RH＜90%，90%≤RH 3個(gè)范圍，分別對(duì)大氣能見(jiàn)度與不同粒徑的顆粒物濃度進(jìn)行了回歸統(tǒng)計(jì)分析.

圖5和表1給出了2011年10月17～22日不同相對(duì)濕度范圍下能見(jiàn)度與顆粒物質(zhì)量濃度的散點(diǎn)及擬合關(guān)系.當(dāng)RH＜80%時(shí)，能見(jiàn)度與顆粒物質(zhì)量濃度呈指數(shù)衰減，大氣能見(jiàn)度與顆粒物濃度間的相關(guān)性顯著，R2均大于0.90（表1）.能見(jiàn)度與顆粒物質(zhì)量濃度的擬合曲線(xiàn)在50.0μg/m3處出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，這與陳義珍［11］等的研究結(jié)果相似.當(dāng)顆粒物質(zhì)量濃度超過(guò)50.0μg/m3時(shí)，能見(jiàn)度隨顆粒物質(zhì)量濃度的降低變化并不明顯，而當(dāng)PM2.5小于50.0μg/m3時(shí)，能見(jiàn)度隨著顆粒物質(zhì)量濃度的降低迅速升高，該結(jié)果對(duì)沈陽(yáng)城市顆粒物污染治理具有一定的參考意義.

當(dāng)RH＞80%時(shí)，能見(jiàn)度與顆粒物濃度間的相關(guān)性減弱，R2在0.5左右.

圖5 沈陽(yáng)不同相對(duì)濕度區(qū)段下能見(jiàn)度與PM10、PM2.5、PM1.0的相關(guān)性Fig.5 The correlation among the visibility and PM10、PM2.5、PM1.0in different RH ranges in Shenyang

表1 沈陽(yáng)市不同相對(duì)濕度區(qū)段下能見(jiàn)度與顆粒物的相關(guān)關(guān)系Table 1 The correlation between the visibility and the PM in different RH ranges in Shenyang

值得注意的是，隨著相對(duì)濕度的增大，顆粒物質(zhì)量濃度和大氣能見(jiàn)度的高值也有所降低.這說(shuō)明，相對(duì)濕度對(duì)大氣能見(jiàn)度的影響占了主導(dǎo)地位.當(dāng)相對(duì)濕度較高時(shí)，大氣能見(jiàn)度的降低與顆粒物的含水量有一定關(guān)系，并不一定對(duì)應(yīng)著較高的大氣顆粒物污染［30］，這種情況下能見(jiàn)度受霧的影響較大.

綜上所述， RH＜80%時(shí)，能見(jiàn)度與顆粒物質(zhì)量濃度的相關(guān)性最大，能見(jiàn)度的降低主要受到霾的影響為主.而在不同相對(duì)濕度條件下，能見(jiàn)度與PM1.0的相關(guān)系數(shù)均略大，這說(shuō)明細(xì)粒子對(duì)低能見(jiàn)度的影響較大.

2.4 能見(jiàn)度與氣溶膠光學(xué)性質(zhì)變化分析

圖6給出了2011年10月17～22日大氣能見(jiàn)度與氣溶膠光學(xué)厚度（AOD）及Angstrom波長(zhǎng)指數(shù)（Alpha）的變化特征.氣溶膠光學(xué)厚度變化范圍較大（0.19～1.64），說(shuō)明存在著一定的污染過(guò)程.尤其是在21～22日霧霾天氣發(fā)生期間，氣溶膠光學(xué)厚度及Angstrom波長(zhǎng)指數(shù)均明顯升高.

圖6 能見(jiàn)度與氣溶膠光學(xué)厚度及波長(zhǎng)指數(shù)的日變化Fig.6 Daily variation of the visibility and AOD and Alpha

10月17日屬于非污染天氣，AOD均在0.3以下，Angstrom波長(zhǎng)指數(shù)的變化范圍為0.6～0.8.18日、19日、20日AOD平均值分別為0.72， 0.96，1.09，Angstrom波長(zhǎng)指數(shù)平均值分別為0.78， 1.01，1.10.在21～22日霧霾天氣下，500nm氣溶膠光學(xué)厚度平均值為1.42，接近非霧霾天氣（0.82）的1.73倍，這表明霧霾天氣下大氣氣溶膠具有較高的負(fù)載.

在相對(duì)溫度偏高及高濕條件下，氣溶膠粒子的吸濕增長(zhǎng)以及氣-粒轉(zhuǎn)化過(guò)程使得氣溶膠光學(xué)厚度顯著增加.在霧霾天氣影響期間，城市人為污染源的排放也會(huì)導(dǎo)致光學(xué)厚度的明顯上升.

由圖7可以看出氣溶膠光學(xué)厚度與Angstrom波長(zhǎng)指數(shù)成明顯的正相關(guān)（R2=0.80），說(shuō)明細(xì)粒子是影響AOD變化的主要原因.霧霾天氣中Angstrom波長(zhǎng)指數(shù)平均值為1.25，非霧霾天氣中Angstrom波長(zhǎng)指數(shù)平均值為0.94.說(shuō)明霧霾期間，沈陽(yáng)地區(qū)大氣顆粒物以細(xì)粒子為主，進(jìn)而影響AOD變化.

圖7 氣溶膠光學(xué)厚度與波長(zhǎng)指數(shù)的關(guān)系Fig.7 The relationship between AOD and Alpha

圖8表明AOD500nm與大氣能見(jiàn)度呈線(xiàn)性關(guān)系（R2=0.48），這說(shuō)明在本次霧霾過(guò)程中，地面污染物的累積在一定程度上可以反映大氣垂直方向上的氣溶膠狀況，對(duì)研究本地大氣水平與垂直方向的氣溶膠污染狀況具有一定的借鑒意義.

圖8 能見(jiàn)度與氣溶膠光學(xué)厚度的關(guān)系Fig.8 The relationship between visibility and AOD

圖9 霧霾與非霧霾期間平均風(fēng)速與能見(jiàn)度及光學(xué)厚度的關(guān)系Fig.9 The relationship between wind speed， visibility and AOD during fog-haze and non fog-haze event

如圖9可知，與非霧霾期間的較大平均風(fēng)速相比［（2.33±1.55）m/s，霧霾期間平均風(fēng)速相對(duì)較低［（1.58±0.84）m/s，并分別對(duì)應(yīng)著較低的能見(jiàn)度［（4.69±2.80）km］和較高的氣溶膠光學(xué)厚度（1.42± 0.16）.

2.5 能見(jiàn)度與氣溶膠粒徑變化分析

圖10給出了由太陽(yáng)光度計(jì)反演得到的本次霧霾天氣過(guò)程中氣溶膠粒子平均體積譜分布變化特征.如圖所示，氣溶膠尺度分布呈雙峰分布結(jié)構(gòu).

19日08:00細(xì)模態(tài)粒子峰值的顯著增加說(shuō)明了存在大量細(xì)顆粒物的導(dǎo)入，結(jié)合表2可知，19日08:00相對(duì)濕度降至66%左右，風(fēng)速由07:00時(shí)1.3m/s增加至1.9m/s，在整體風(fēng)速不大的情況下，風(fēng)速的小幅增加有可能導(dǎo)致浮塵天氣出現(xiàn)從而影響局地細(xì)粒子的增加.20日08:00～13:00氣溶膠粒徑變化則呈現(xiàn)了細(xì)粒子和粗粒子貢獻(xiàn)的轉(zhuǎn)化過(guò)程.20日08:00，細(xì)模態(tài)粒子貢獻(xiàn)較大（風(fēng)速為2.3m/s），而伴隨著風(fēng)速迅速增加至4～5m/s左右，10:00～13:00粗模態(tài)粒子的峰值顯著增加，這可能與大風(fēng)攜帶的大量局地或外來(lái)粗粒子影響有關(guān).

20～21 日受霧霾天氣影響，氣溶膠細(xì)粒子的體積濃度要明顯高于霧霾過(guò)程前.霧霾天氣發(fā)生前，細(xì)粒子模態(tài)在0.15μm處的峰值濃度約為0.08μm3/μm2，粗粒子模態(tài)在4μm左右處的體積濃度峰值約為0.07μm3/μm2.霧霾天氣時(shí)細(xì)粒子模態(tài)在0.15μm處的峰值濃度增加至0.15μm3/ μm2，約是霧霾過(guò)程發(fā)生前細(xì)粒子濃度的2倍，粗粒子模態(tài)在3.14μm處的體積濃度峰值為0.06μm3/μm2，變化并不顯著.

上述結(jié)果表明，本次天氣過(guò)程中既有粗模態(tài)粒子的貢獻(xiàn)，也有人為排放的細(xì)模態(tài)粒子的貢獻(xiàn)，而在霧霾天氣期間，細(xì)模態(tài)粒子的劇烈增加證明了本次霧霾過(guò)程中存在大量細(xì)顆粒污染物.

2.6 霧霾期間MODIS衛(wèi)星云圖以及后向軌跡分析

圖11為T(mén)erra 和Aqua衛(wèi)星中度分辨率成像分光輻射譜儀（MODIS）拍攝的衛(wèi)星云圖.從MODIS衛(wèi)星圖上可以看出，2011年10月21～22日我國(guó)東北部地區(qū)遼寧省上空被霧霾籠罩.

圖10 氣溶膠粒子體積譜分布的小時(shí)變化值Fig.10 Time series of hourly average aerosol volume size distribution

表2 能見(jiàn)度與顆粒物濃度及氣象要素的變化Table 2 Variation of visibility， particle mass concentration and meteorological elements

沈陽(yáng)地區(qū)72h氣團(tuán)后向軌跡圖顯示（圖12），4條主要?dú)饬鬈壽E所占百分比分別為38.7%，33.9%， 5.6%，21.8%，局地氣流軌跡超過(guò)60%.因此可以看出，2011年10月的霧霾天氣過(guò)程為局地污染事件，天氣條件多伴隨靜風(fēng)、小風(fēng)天氣，相對(duì)溫度偏高以及高濕等不利于污染物的擴(kuò)散的天氣條件，氣流運(yùn)動(dòng)相對(duì)緩慢，大氣污染物容易發(fā)生聚集.

圖11 2011年10月21～22日MODIS圖像Fig.11 MODIS image of 21～22Oct， 2011

圖12 沈陽(yáng)地區(qū)氣團(tuán)72h后向軌跡Fig.12 72-hours backward trajectories of Shenyang

3 結(jié)論

3.1 2011年10月17～22日沈陽(yáng)出現(xiàn)了一次持續(xù)41h的低能見(jiàn)度過(guò)程.本次低能見(jiàn)度天氣過(guò)程受到霧霾現(xiàn)象的共同影響，其中相對(duì)溫度偏高、小風(fēng)天氣是導(dǎo)致高濃度顆粒物質(zhì)量濃度、引發(fā)霧霾天氣的重要因素.

3.2 本次霧霾天氣過(guò)程中，ρ（PM10）、ρ（PM2.5）、ρ（PM1.0）的平均值分別為138.8、103.3、94.9μg/m3，比霧霾過(guò)程前均增加了約2倍左右（73.3、50.6、43.4μg/m3）；PM2.5和PM1.0在PM10中所占的比例分別達(dá)到74.7%和68.6%，說(shuō)明污染期間，細(xì)顆粒物所占比例較高，污染物的累積是造成能見(jiàn)度降低的主要原因.

3.3 高顆粒物濃度多出現(xiàn)在RH＜80%的天氣條件下，當(dāng)RH＜80%時(shí)，能見(jiàn)度與顆粒物質(zhì)量濃度相關(guān)性顯著（R2＞0.90）.RH ＞80%時(shí)，能見(jiàn)度與顆粒物濃度間的相關(guān)性減弱，能見(jiàn)度和顆粒物濃度隨著相對(duì)濕度的增加而下降，表明高相對(duì)濕度通過(guò)影響顆粒物的含水量，進(jìn)而對(duì)大氣能見(jiàn)度造成一定影響.

3.4 霧霾天氣下，500nm氣溶膠光學(xué)厚度和Angstrom波長(zhǎng)指數(shù)平均值分別為1.42和1.25，非霧霾天氣氣溶膠光學(xué)厚度和Angstrom波長(zhǎng)指數(shù)平均值分別為0.82和0.94.這說(shuō)明霧霾期間，沈陽(yáng)地區(qū)大氣顆粒物以細(xì)粒子為主，進(jìn)而影響AOD變化.

3.5 霧霾天氣過(guò)程中，細(xì)粒子模態(tài)在0.15μm 處的峰值濃度增加至0.15μm3/μm2，約是霧霾過(guò)程發(fā)生前細(xì)粒子濃度的2倍.由氣溶膠體積譜分布中細(xì)模態(tài)粒子體積濃度的顯著增多可以看出，細(xì)粒子是本次霧霾天氣過(guò)程中的主要污染物.

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Characteristics of particle mass concentrations and aerosol optical properties during a fog-haze event in Shenyang.

ZHAO Hu-jia1， MA Yan-jun1*， WANG Yang-feng1， ZHU Yi-ming2（1.Institute of Atmospheric Environment， China Meteorological Administration， Shenyang 110166， China；2.Weather Modification Office in Liaoning Province， Shenyang 110166， China）. China Environmental Science， 2015，35（5）：1288～1296

Data of visibility， particulate mass concentration （PM10、PM2.5、PM1.0） and the aerosol optical properties retrieved by CE318sun-photometer were analyzed together with surface meteorological elements （relative humidity， wind speed， temperature） during a fog-haze event in Shenyang， China， from October 2011 17 to 22. The results indicated that the higher relative temperature and the lower wind speed as well as the accumulation of mass concentrations are the main factors resulting the poor visibility and the fog-haze weather. The mass concentration of ρ（PM10）、ρ（PM2.5）、ρ（PM1.0） are about 138.8μg/m3， 103.3μg/m3， 94.9μg/m3， respectively， which were 2 times higher than those on non fog-haze days. The average ratio of PM2.5/PM10and PM1.0/PM10were about 74.7% and 68.6%， respectively. There is a strong correlation（R2＞0.90） between visibility and PM mass concentration when the relative humidity was lower than 80%. However， the correlation was decreased when the relative humidity was higher than 80%. The AOD500nmand Angstrom exponent on fog-haze days were higher than those on non fog-haze conditions. The values of AOD at 500 nm and Angstrom exponent on non fog-haze days are about 0.82 and 0.94 while during the haze-fog episodes， these two parameters increased to 1.42 and 1.25， respectively. The aerosol size distribution comes from the addition of fine aerosol particles on haze day were 2 times higher than those on non-haze days which indicating the predominance of fine particles on fog-haze days to further affect the aerosol optical characteristics.

visibility；particulate mass concentration；aerosol optical properties；fog and haze

X513

A

1000-6923（2015）05-1288-09

趙胡笳（1985-），女，河北玉田人，助理研究員，博士，主要從事大氣環(huán)境研究.發(fā)表論文8篇.

2014-10-08

沈陽(yáng)大氣環(huán)境研究所資助項(xiàng)目（2014IAE-CMA05）；國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題（2014BAC16B04）

* 通訊作者， 研究員， mayanjun0917@163.com