【摘 要】
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大气气溶胶可以通过直接效应、半直接效应及间接效应调整地气系统的辐射能量平衡,进而对气候变化产生显著的影响。不同类型的气溶胶垂直分布对大气热力结构、大气稳定性会产生显著不同的影响,是影响估算气溶胶辐射强迫不确定性的重要因素之一。此外,气溶胶的远距离传输和局地排放显著影响了其分布特征,并对大气环境和人类健康造成严重的危害。因此,研究大气气溶胶的垂直分布、变化趋势、传输特征和人为排放贡献对评估气溶胶的气
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大气气溶胶可以通过直接效应、半直接效应及间接效应调整地气系统的辐射能量平衡,进而对气候变化产生显著的影响。不同类型的气溶胶垂直分布对大气热力结构、大气稳定性会产生显著不同的影响,是影响估算气溶胶辐射强迫不确定性的重要因素之一。此外,气溶胶的远距离传输和局地排放显著影响了其分布特征,并对大气环境和人类健康造成严重的危害。因此,研究大气气溶胶的垂直分布、变化趋势、传输特征和人为排放贡献对评估气溶胶的气候效应具有重要科学意义。本文基于正交偏振云-气溶胶激光雷达(CALIOP)和中国地面污染物监测数据,获取了中国典型地区2006年6月-2020年12月的气溶胶的时空分布、垂直特征和季节变化,并利用HYSPLIT模型分析了不同地区气溶胶的传输路径。利用历史相似气象场,通过线性拟合获取大气污染物背景浓度,进而评估了本地人为排放的影响,量化了部分人为活动对大气污染物的贡献。本文的主要结论如下:(1)气溶胶的垂直分布有显著的区域和季节差异。气溶胶消光系数在关中和华中地区最高,高值区(>0.35 km-1)主要分布在海拔0-2 km,且在冬季最大,气溶胶主要以规则的细粒子为主;塔克拉玛干地区的消光高值(>0.2 km-1)分布在1-3 km,春季消光最大,且以较不规则的粗粒子为主;青藏高原地区的气溶胶消光系数最低,季节差异较小,气溶胶粒子较大且较不规则。(2)不同区域气溶胶的主要类型及其分布高度显著影响该地区气溶胶光学厚度(AOD)的变化趋势。在京津冀、华中和成渝等地,污染沙尘的出现频率最大,且0-2 km AOD的显著降低导致总AOD有明显的降低趋势。塔克拉玛干和青藏高原的AOD变化趋势较弱,分别受到分布在2-4 km、4-6 km的气溶胶,尤其是沙尘气溶胶的影响。(3)不同区域的气溶胶来源及输送路径存在显著差异。气溶胶的轨迹表明,京津冀、长三角、成渝和关中等人为排放较高的地区,除了来自塔克拉玛干地区、阿拉善和鄂尔多斯高原地区的沙尘传输外,还有来自蒙古高原及印度北部的传输;塔克拉玛干地区、阿拉善和鄂尔多斯高原地区的污染沙尘和污染大陆型气溶胶主要来自伊朗高原和新疆北部;青藏高原地区的各类气溶胶主要来自伊朗高原、印度北部和塔克拉玛干。沙尘、污染沙尘和污染大陆型气溶胶轨迹的长度在夏季明显变短,说明夏季不利于此类气溶胶的传输。不同类型的气溶胶传输趋势在不同地区有较大的差异,且对区域AOD的变化产生影响。(4)远距离传输对大气污染物的分布产生了重要的影响,但本地排放的影响也不可忽略。在2019年底爆发的新冠疫情期间,中国政府进行了严格的管控措施,可用于中国大范围人为排放控制对大气污染物影响的研究。本文量化了人为排放对大气污染物的贡献。在疫情管控最严格的时期(Per.2),受到人为排放减少的影响,京津冀地区的PM10降低了23.9%,长三角地区的PM2.5下降16.5%。此外,NO2是疫情期间响应最敏感的大气污染物,长三角地区的NO2浓度在Per.2降低了30.66%。随着各地复工复产的推进(Per.3),大部分污染物的下降速度有所放缓;但武汉地区由于解除疫情管控较晚,因此其NO2在这一时期的降幅达到48.17%。
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