基于加密探空观测的成都市冬季大气边界层气溶胶垂直结构分析

发布时间：2020-07-09 08:19

【摘要】：大气气溶胶作为大气的重要组成部分,其浓度和粒径分布是研究其对大气环境和气候影响的重要物理参量。排放到大气中的气溶胶浓度较高时,常常导致雾霾天气的发生,霾污染不仅会降低大气能见度,也会对人体健康造成危害。大气边界层作为最贴近下垫面的大气,是人类生存的主要环境大气层,大气边界层结构变化影响大气污染物的扩散能力。研究气溶胶粒子在边界层内的分布特征可为大气环境治理提供科学依据。本文基于2017年1月1日～1月20日成都市系留汽艇探测低层大气气象要素和大气颗粒物垂直探空的加密观测资料,结合地面气象站点实时监测数据,研究了大气边界层气溶胶垂直分布的日变化,综合分析了不同污染程度和一次重霾污染过程中气溶胶的垂直分布特征。研究结果表明:(1)成都市冬季夜晚(20时、23时、02时、05时、08时)均出现接地逆温,平均逆温层厚度为80m,平均逆温强度为2.3℃/100m,逆温层下平均相对湿度随高度递减,近地表平均相对湿度超过90%,主导风向为东北风。夜晚强逆温、高湿、低风速的天气条件导致地面气溶胶数浓度堆积,污染严重。冬季白天(11时、14时、17时)大气层结不稳定,平均温度随高度递减,平均相对湿度随高度递增,气溶胶粒子垂直分布呈锯齿状。(2)不同污染程度天气下气溶胶数浓度垂直分布特征差异明显:轻度污染日气溶胶浓度的垂直分布主要受相对湿度和风向的影响;中度污染日气溶胶粒子垂直分布范围变化不大,主要受风速风向条件影响;重度污染日气溶胶粒子垂直分布呈现锯齿状结构;严重污染日地面气溶胶粒子数浓度高出轻度污染日8倍多。(3)重霾污染期间,大气边界层昼夜变化特征削弱。稳定边界层结构出现25次,对流边界层结构仅出现3次,大气边界层结构趋于稳定,边界层高度普遍低于1000m。霾污染发生、维持及消散阶段大气边界层气溶胶垂直结构具有明显差异:霾污染发生阶段,大气边界层气溶胶粗细粒子主要集中在300m高度以下,近地面层大气气溶胶粒子累积触发霾污染事件;霾维持阶段,大气颗粒物粒子浓度数垂直方向趋于一致,大气边界层稳定结构中存在强的大气垂直混合作用;在霾消散阶段,较高处的气溶胶粒子浓度最先下降,且下降幅度最大,表明对流层自由大气作用对霾污染发消散具有的影响。(4)大气边界层风速的增大加剧了大气传输扩散,其作用对较细颗粒更为显著。温度与大气颗粒浓度在近地层呈负相关,在100m以上的高度呈正相关。大气边界层低层偏冷,高层偏暖的稳定大气热力层结减弱了大气污染物的垂直扩散。高相对湿度有利于促进气溶胶粒子的吸湿增长和液相化学反应,加剧霾污染发展。
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X513
【图文】：

技术路线图,边界层结构,污染程度,直廓

逦南京信息工程大学硕士学位论文逦逡逑直廓线进行对比分析；逡逑第四章《不同污染程度下气溶胶浓度垂直分布特征》，选取观测期间不同污染程度逡逑曰的典型廓线进行分析，结合大气边界层内气象要素垂直分布展开说明；逡逑第五章《一次重霾污染过程个例分析》，重点对一次重霾污染过程中的边界层结构逡逑进行分析研究，计算边界层高度，探讨边界层结构的稳定性和对气溶胶污染的影响。逡逑第六章《结论与展望》，对本文的研究内容的实质和创新点作出总结，对未来工作逡逑的期许与展望。逡逑

示意图,温江区,工业污染源,气象观测站

起了国内外众多学者的关注。逡逑本研究中试验站点的具体位置在成都市温江区气象观测站（１０３°５１’Ｅ，３０°４５’Ｎ，海逡逑拔约５３９ｍ），四周空旷无高楼，周围有居民居住，无明显工业污染源。图２．１是垂直观逡逑测场地示意图。逡逑ＭＥ逡逑图２．１垂直观测场地不意图逡逑７逡逑

探空仪,绞车,系留,处理器

制动杆和鼓罩开关可强制绞车停止运行。内置电路保护装置，可以防止过载和过热。自逡逑刹蜗轮驱动可以确保在断电情况下仍然可控制缆线的输送。当断电时，手动曲柄可以用逡逑来控制气球的高度。绞车的设计紧凑合理，便于运输。图２．２为系留汽艇及绞车摆放示逡逑意图。逡逑（３）逦ＳＰＳ２２０Ｔ探测处理器：逡逑ＳＰＳ２２０Ｔ探测处理器包括：ＵＲＲ２０ＵＨＦ接收单元、ＭＷＩ２１０接口处理器、ＵＰＰ２１０逡逑接收处理器和ＭＷＰ２１０电源。它是ＶａｉｓａｌａＤｉｇｉＣＯＲＡ系留探测系统的数据接收和处理逡逑的重要部分。探空仪发射信号至ＳＰＳ２２０Ｔ探测处理器，它自动负责数据的接收和处理，逡逑然后直接输出解码后的气压、温度、湿度、风速、风向等数据到工作站计算机上，ＳＰＳ２２０Ｔ逡逑接收机的频率可通过系统工作站和ＷＩＮＤＯＷＳ软件人为设置。逡逑（４）逦ＶａｉｓａｌａＴＴＳｌｌｌ邋探空仪：逡逑ＶａｉｓａｌａＴＴＳｌｌｌ探空仪（图２．３）是ＴＴ１２邋ＶａｉｓａｌａＤｉｇｉＣＯＲＡ系留探空系统的核心部逡逑分。它能精确地测量大气边界层的温度、气压、相对湿度、风向、风速等气象要素。探逡逑８逡逑

【参考文献】