上海地区灰霾天气气溶胶物理特性研究

论文摘要

本文首先利用上海市气象局11个气象站地面观测资料对我国灰霾严重影响地区之一上海地区的灰霾气候特征和气象成因进行了分析,并利用地面气溶胶观测资料对灰霾发生时气溶胶物理特性进行了研究,然后利用地面微脉冲激光雷达资料反演了边界层高度,分析了不同强度灰霾发生时边界层高度的变化。最后采用国际上先进的CALIPSO卫星观测资料分析了长江三角洲地区灰霾的垂直分布特征。结果表明:上海地区多年平均的年灰霾日数约为154.6天。灰霾天气有明显的年变化,11月、12月、1月是灰霾天气的高发期。从季节变化来看,春季和冬季容易出现灰霾天气,轻度灰霾春季出现日数最多,重度灰霾冬季出现日数最多。风向、风速、降水量和降水天数与灰霾天气的发生都有密切关系。当上海吹西风、西南风和西北风时容易出现灰霾天气,而北风、东北风、东风、东南风对大气有一定的净化作用,灰霾天气出现较少。逆温层厚度和强度影响灰霾强度,从轻度灰霾日、中度灰霾日到重度灰霾日的接地逆温层厚度逐渐增大,逆温层出现高度逐渐降低,逆温层强度逐渐增强。当出现灰霾天气时,大气中细粒子较多,气溶胶质量浓度、体积浓度、黑碳浓度和气溶胶散射系数均比非灰霾天气时高。冬季黑碳浓度最大,细粒子所占比例最高。春季气溶胶质量浓度最大,大颗粒气溶胶最多。在利用导数法、归一化导数法和小波斜方差变换法反演边界层高度的三种方法中,用小波协方差变换法反演边界层得到的结果最好。在气象条件相同,气溶胶含量一定的情况下,能见度与边界层高度的变化趋势一致,但最大边界层高度出现的时间比最大能见度出现的时间早。夏季边界层最高,其次为秋季,春季和冬季边界层高度相近,为最低。重度灰霾时边界层高度小于650m,中度灰霾时为500-850m,轻度灰霾时为550-1100m,非灰霾时为850-1200m。CALIPSO观测结果与地面结果一致。在长三角地区,出现灰霾天气时,气溶胶大多集中在2km以下的区域内。在这个高度范围内,消光后向散射值主要集中在0.001-0.003 km-1·sr-1范围内,退偏比值主要集中在0-20%之间,色比值主要集中在0.2-0.9之间。对春、秋、冬三季样本进行统计时发现,消光后向散射在春季最小,体积退偏比和色比春季最大,秋季最小。这反映出春季受到北方沙尘输送的影响,导致春季灰霾天气的气溶胶颗粒比其他季节大,且颗粒较不规则,而秋季主要是较规则的小尺度气溶胶颗粒。出现灰霾天气时,越接近地面颗粒尺度越大,且颗粒越不规则。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 灰霾天气研究背景及其意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 灰霾的研究现状
• 1.2.2 激光雷达研究气溶胶进展
• 1.3 本论文研究内容及特色
• 第二章 灰霾气候特征及气象成因
• 2.1 灰霾的定义
• 2.2 灰霾的变化特征
• 2.2.1 灰霾的年际变化
• 2.2.2 灰霾的季节和年变化
• 2.3 不同强度灰霾变化特征和成因分析
• 2.3.1 不同强度灰霾的年际变化、季节变化和年变化特征
• 2.3.2 不同强度灰霾日的气象成因分析
• 2.4 小结
• 第三章 上海地区灰霾气溶胶特性分析
• 3.1 资料简介
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 灰霾时与非灰霾时气溶胶分布
• 3.2.2 灰霾时与非灰霾时气溶胶季节变化
• 3.2.3 灰霾时不同风向下气溶胶分布
• 3.4 小结
• 第四章 边界层高度对灰霾天气的影响
• 4.1 大气边界层
• 4.2 微脉冲激光雷达概况
• 4.3 大气边界层反演方法
• 4.3.1 方法介绍
• 4.3.2 混合层高度的验证
• 4.4 边界层高度对灰霾天气的影响
• 4.5 小结
• 第五章 基于CALIPSO卫星资料的灰霾天气气溶胶光学特性研究
• 5.1 资料简介
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 灰霾天气气溶胶光学特征统计
• 5.2.2 灰霾天气下气溶胶的季节分布特征
• 5.2.3 灰霾天气下不同高度气溶胶特征分布
• 5.2.4 典型个例分析
• 5.3 小结
• 第六章 综合多种资料分析灰霾天气实例
• 6.1 气象资料
• 6.2 气溶胶资料
• 6.3 边界层高度与能见度的关系
• 6.4 CALIPSO资料
• 6.5 小结
• 第七章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表论文
• 致谢