科研进展

AAS: 利用能见度估算PM2.5质量浓度的方法

  大气中的颗粒物不仅降低能见度,也危害人体健康和交通运输。近年来,PM2.5(空气动力学粒径2.5μm以下的颗粒物)受到了很大的关注,相关的观测站点也越来越多。然而,现有观测在时间和空间上的覆盖面都有所不足,PM2.5观测站点主要集中在城市区域,且多数站点开展观测的时间不长。增大PM2.5质量浓度观测的时空覆盖面,能增进对颗粒物污染演化过程的理解。能见度作为大气中悬浮颗粒物(及空气)消光的度量,与颗粒物质量浓度具有一定关系,且被广泛观测和拥有较长的历史数据。因此,探寻基于能见度获取PM2.5质量浓度的方法是值得尝试的方向。

图1 能见度仪的观测

  2019年1月,LAGEO团队在西南地区外场观测中进行了能见度、环境湿度、PM2.5质量浓度和干气溶胶散射系数等的观测研究。利用能见度获取的环境消光系数和干气溶胶散射系数,分析了观测期间两个污染过程中的气溶胶吸湿性,用拟合公式建立了干状态和湿状态下气溶胶光学参数的关系(图2)。同时,研究发现干气溶胶的散射系数与PM2.5质量浓度有很好的线性关系(图3)。基于以上数据,建立的基于能见度估算PM2.5质量浓度的方法可很好地估算PM2.5质量浓度(图4)。相关结果近期发表在AAS上。

 

图2 气溶胶吸湿性及其参数化

 

图3 干气溶胶散射与PM2.5质量浓度的关系

 

 

图4 用能见度估算的PM2.5质量浓度与直接测量的对比

  基于地面能见度观测和历史数据,该方法有望弥补PM2.5质量浓度直接监测时空覆盖不足的问题。不过,该方法对不同区域和季节的适用性还有待进一步研究,需要提供不同状况下吸湿性及质量散射系数的描述参数。此外,该方法还可用于改进PM2.5质量浓度的遥感反演,结合卫星观测可进一步增加PM2.5质量浓度的覆盖范围,应用于激光雷达可以获取PM2.5质量浓度的垂直廓线。  

  参考文献:

  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

  下载链接:

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

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