隨著近年來經(jīng)濟的快速發(fā)展,華北平原已經(jīng)成為全國污染最為嚴重的地區(qū)之一,高濃度的臭氧(O_3)和細顆粒物(PM_(2.5))等不僅出現(xiàn)在城市地區(qū),而且在農(nóng)村地區(qū)也很常見,污染呈現(xiàn)區(qū)域性特征。氣溶膠的輻射效應(yīng)會影響光化輻射通量,從而影響O_3的光化學(xué)生成。目前,政府著力控制細顆粒物污染,這一舉措將導(dǎo)致大氣中PM的變化,由此對O_3濃度帶來的效應(yīng)值得深入探究。本工作在北京城區(qū)(116°18’E,39°56’N,海拔57 m),上甸子區(qū)域大氣本底站(117°07’E,40°39’N,海拔293.3 m),河北省固城生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象試驗站(115°44’E,39°08’N,海拔15.2 m),河北省饒陽縣氣象站(115°44’E,38°14’N,海拔20 m)進行觀測實驗,獲得了分別代表超大型城市,華北區(qū)域大氣本底,華北平原腹地農(nóng)村地區(qū)和華北平原腹地小城鎮(zhèn)郊區(qū)的PM_(2.5)、光解系數(shù)(J-value)和O_3等污染物數(shù)據(jù),分析了4種不同類型站點的污染物及相關(guān)光解系數(shù)變化特征,探究氣溶膠-輻射效應(yīng)對光解系數(shù)和O_3的影響。在北京城區(qū)及其遠郊區(qū)的上甸子站均取得了跨度1年多的同步觀測資料,時段分別為2015年9月至2016年10月和2010年3月至2011年3月。觀測結(jié)果表明,北京城區(qū)夏季PM_(2.5)質(zhì)量濃度低于冬季,jNO_2值春季夏季秋季冬季,可能與輻射和云量的季節(jié)變化共同作用有關(guān);O_3濃度在夏季最高,冬季最低,與兩年前相比,冬、春季平均O_3濃度有所上升。上甸子站PM_(2.5)質(zhì)量濃度在冬季低于北京城區(qū),但是夏季卻高于北京城區(qū),這很可能與污染物輸送有關(guān)。此外,上甸子站jNO_2和O_3均高于北京城區(qū),冬季O_3在凌晨沒有像北京城區(qū)O_3的快速下降過程,這與上甸子站處于相對清潔地區(qū),受交通源影響小有關(guān)。固城站和饒陽站的同步觀測資料來自短期觀測,分別取自2013年7-9月和2014年6-8月。固城站夏季O_3濃度低于上甸子站和北京城區(qū),極大值出現(xiàn)時間較早。對比該站2010年夏季O_3濃度,7月O_3均值有明顯升高。饒陽站夏季O_3濃度僅低于上甸子站,高于北京城區(qū)和固城站。饒陽站夏季jNO_2最大值高于其他三個站點,由于饒陽位置相對靠南,凌晨4:00后jNO_2開始快速增加,比其他三個站點早,導(dǎo)致了O_3日最小值出現(xiàn)時間偏早。在這4個站點,jNO_2在相對污染情況下均小于相對清潔情況,jNO_2極大值多出現(xiàn)于相對清潔情況,說明高濃度氣溶膠會導(dǎo)致光解系數(shù)整體的減小,對jNO_2極值的影響顯著。各站都存在jNO_2與O_3的顯著正相關(guān),而且jNO_2與滯后2小時的O_3相關(guān)度更高,尤其在固城站R2達到0.62,說明光化輻射對O_3形成的驅(qū)動作用在2小時的反應(yīng)積累后得到更好的顯現(xiàn)�；诠饣瘜W(xué)穩(wěn)態(tài)假設(shè)探討了風(fēng)速=2m/s條件下jNO_2[NO2]/[NO]與O_3的正相關(guān)關(guān)系。夏季兩者最大相關(guān)在饒陽站出現(xiàn)在6:00-7:00,固城站和上甸子站8:00-9:00,北京城區(qū)則出現(xiàn)在10:00-11:00;冬季最大相關(guān)在北京城區(qū)和上甸子站都出現(xiàn)在10:00-11:00。因此,在[NO2]/[NO]不變的情況下,氣溶膠增多導(dǎo)致的低jNO_2,會造成O_3濃度的下降。在饒陽站觀測期間,我們進行了7次成功的無人機實驗,獲得了2.5 km以下O_3,多粒徑段氣溶膠數(shù)濃度的垂直廓線。此外,還獲得了低對流層氣溶膠消光系數(shù)垂直廓線以及系留汽艇獲得1 km以下O_3垂直廓線。并且,利用模式模擬得到同時段jNO_2的垂直廓線。采用氣溶膠消光系數(shù)梯度法和氣溶膠數(shù)濃度梯度法確定混合層與殘留層高度,得到混合層與殘留層內(nèi)O_3、氣溶膠數(shù)濃度和jNO_2的平均值。結(jié)果表明,O_3垂直分布存在正梯度,使得殘留層O_3是混合層O_3的重要源。殘留層的jNO_2大于混合層,這與混合層內(nèi)氣溶膠層對光化輻射通量的減小有關(guān)。氣溶膠粒子大多分布在1μm以下,混合層與殘留層存在很小的差距。與過去O_3垂直廓線對比發(fā)現(xiàn),華北平原低對流層內(nèi)O_3濃度有顯著升高,尤其是2004年以后。這表明華北地區(qū)光化學(xué)污染加重,值得關(guān)注。
【學(xué)位授予單位】：中國氣象科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X51

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本文編號：2388764