北京地区气溶胶质量浓度和化学成分对光学特性的影响研究

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1、分类号：密级：研究生学位论文北京地区气溶胶质量浓度和化学成分对论文题目（中文）光学特性的影响研究Theimpactsofaerosolconcentration论文题目（外文）andchemicalcomponentonopticalpropertyoverBeijingregion研究生姓名孔令彬学科、专业大气物理学与大气环境研究方向气溶胶光学学位级别博士导师姓名、职称张文煜教授辛金元研究员论文工作起止年月2014年9月至2017年4月论文提交日期2017年6月论文答辩日期2017年6月学位授予日期校址：甘肃省兰州市原创性声明本人

2、郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：兰州大学博士研究生学位论文北京地区气溶胶质量浓度和化学成分对光学特性的影响研究北京地区气溶胶质量浓度和化学成分对光学特性的影响研究摘要京津冀地区作为我国三大经济圈之一，随着工业化和城镇化的发展

3、，正面临着严重的空气污染。如何实现对空气污染的监控，明确污染的来源和成分，提出有效的应对措施是亟待解决的问题。本研究利用多种观测资料，对京津冀地区气溶胶的光学特性、颗粒物质量浓度、化学成分及彼此之间的相关性进行了综合分析，系统揭示了该地区气溶胶质量浓度的时空分布特征，主要来源，以及不同成分的消光占比，阐明了气溶胶的质量浓度，化学成分对光学性质的影响，为治理北京地区的大气污染提供了科学参考依据。主要研究结果如下：2009-2010年京津冀三个典型区域代表站点北京城市，香河城郊，兴隆背景-3站PM2.5（PM10）的年均质量浓度分别为6

4、2±45(130±88)μg·m，79±61(142±-3-396)μg·m和36±29μg·m，北京城市和香河城郊颗粒物的质量浓度都远超国家-3-3二级标准（PM2.5：35μg·m，PM10:75μg·m）。气溶胶光学厚度均值分别为0.53±0.47，0.54±0.46和0.24±0.22，波长指数的均值分别为1.11±0.31，1.09±0.31和1.02±0.31，该地区气溶胶以细模态人为气溶胶与二次气溶胶为主。北京地区受到5类气团的控制，当主控气团为来自京津冀地区南部的Type-V时，该区域-3-3的大气污染最严重，北京站

5、PM2.5、PM10与AOD分别达到了78μg·m、152μg·m和1.08。气象条件对该区域颗粒物污染影响显著，当混合层高度较低于400m，相对湿度大于60%，风速小于2m/s时，颗粒物质量浓度达到最大值。近10年-3-3（2005-2014年），北京城市PM2.5和PM10的年均值分别下降了6μg·m和3μg·m；除了冬季外，其他三个季节颗粒物质量浓度和光学厚度都有小幅度的下降，京津冀地区保持高污染的状态，并且冬季污染有增加的趋势。气溶胶波长指数以及PM2.5/PM10的年均值都有小幅度下降，细粒子的控制效果较好。北京地区超细颗

6、粒物PM1非难熔部分（NR-PM1）中有机物的质量浓度占比最高，年均值为-3-326μg·m，占NR-PM1的56%。夏季硫酸盐污染严重，质量浓度为10μg·m，占-3比为26%；秋季硝酸盐污染严重，硝酸根质量浓度为11μg·m，占比达到了19%。硫酸盐和硝酸盐的不同季节比例变化范围是0.69（秋）-1.29（冬），北京地区的I兰州大学博士研究生学位论文北京地区气溶胶质量浓度和化学成分对光学特性的影响研究污染主要来源于固定源。在重污染天气时，移动源所占比例增加。利用卫星反演获取京津冀城市群颗粒物时空分布对区域大气污染特征认知与治理具

7、有重要科学意义。研究发现京津冀地区颗粒物PM2.5、PM10与AOD存在显著的线性相关。三个典型站点北京城市站、香河城郊站与兴隆背景站PM2.5(y)和AOD（x）的相关方程分别为y=74x+18,y=80x+25以及y=87x+9，相关系数2R均大于0.55.北京和香河PM10(y)与AOD(x)相关方程分别为y=112x+5722(R=0.54,N=337)、y=114x+68(R=0.47,N=304)。因颗粒物成分与大气湿度的季节性变化，PM2.5与AOD季节相关方程存在较大差异，北京站相关方程斜率变化范围是55-101，截

8、距变化范围是2-24。利用MODISC6AOD与PM质量浓度建立季节相关方程，可反演获取京津冀地区地面颗粒物PM2.5与PM10时空分-3布。在晴空天气，PM2.5的质量浓度在京津冀的西北区域低于40μg·m，在东南-3-3部地区大于