科研進展

AAS: 利用能见度估算PM2.5质量浓度的方法

  大氣中的顆粒物不僅降低能見度,也危害人體健康和交通運輸。近年來,PM2.5(空氣動力學粒徑2.5μm以下的顆粒物)受到了很大的關注,相關的觀測站點也越來越多。然而,現有觀測在時間和空間上的覆蓋面都有所不足,PM2.5觀測站點主要集中在城市區域,且多數站點開展觀測的時間不長。增大PM2.5質量濃度觀測的時空覆蓋面,能增進對顆粒物汙染演化過程的理解。能見度作爲大氣中懸浮顆粒物(及空氣)消光的度量,與顆粒物質量濃度具有一定關系,且被廣泛觀測和擁有較長的曆史數據。因此,探尋基于能見度獲取PM2.5質量濃度的方法是值得嘗試的方向。

圖1 能見度儀的觀測

  2019年1月,LAGEO團隊在西南地區外場觀測中進行了能見度、環境濕度、PM2.5質量濃度和幹氣溶膠散射系數等的觀測研究。利用能見度獲取的環境消光系數和幹氣溶膠散射系數,分析了觀測期間兩個汙染過程中的氣溶膠吸濕性,用擬合公式建立了幹狀態和濕狀態下氣溶膠光學參數的關系(圖2)。同時,研究發現幹氣溶膠的散射系數與PM2.5質量濃度有很好的線性關系(圖3)。基于以上數據,建立的基于能見度估算PM2.5質量濃度的方法可很好地估算PM2.5質量濃度(圖4)。相關結果近期發表在AAS上。

 

圖2 氣溶膠吸濕性及其參數化

 

圖3 幹氣溶膠散射與PM2.5質量濃度的關系

 

 

圖4 用能見度估算的PM2.5質量濃度與直接測量的對比

  基于地面能見度觀測和曆史數據,該方法有望彌補PM2.5質量濃度直接監測時空覆蓋不足的問題。不過,該方法對不同區域和季節的適用性還有待進一步研究,需要提供不同狀況下吸濕性及質量散射系數的描述參數。此外,該方法還可用于改進PM2.5質量濃度的遙感反演,結合衛星觀測可進一步增加PM2.5質量濃度的覆蓋範圍,應用于激光雷達可以獲取PM2.5質量濃度的垂直廓線。  

  參考文獻:

  Ji, D. H., and Coauthors, 2020: Estimation of PM2.5 mass concentration from visibility. Adv. Atmos. Sci. , 37(7), 671?678, https://doi.org/10.1007/s00376-020-0009-7

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  http://www.iapjournals.ac.cn/aas/en/article/doi/10.1007/s00376-020-0009-7

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