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本文主要对天津市能见度下降问题进行研究,对气溶胶消光尤其是灰霾天气下气溶胶消光特征进行系统分析。首先利用时间序列法统计了天津市自1956至2004年间能见度变化特征,并利用灰色模型GM(1,1)对天津市消光系数变化进行合理趋势预测。利用GRIMMS气溶胶粒谱分析仪(1.109#)观测分析2005年天津市初夏气溶胶的谱分布特征和物理消光特征;利用M9003浊度仪考察天津市气溶胶散射消光特征,分析考察主要消光因素,消光系数日变化特征等;为进一步考察灰霾天气下气溶胶消光特征,根据颗粒物化学成分对PM<,2.5>质量浓度进行拟合并做相应分析。本论文主要工作及结论如下:
(1)天津市能见度历史水平较差,过去几十年变化不大;季节能见度则表现为夏季最好,冬季最差;能见度在不同地区和季节表现不同变化特征,塘沽区能见度最好,蓟县次之,天津市区最差;各区域能见度,均表现为08时最差;
(2)从80年代开始,天津各地区能见度呈现不同程度的下降,市区能见度年均下降速率为-0.078km/年,90年代后,灰霾日数急剧增加,2003年达142天。天津市消光效率约以接近0.002km<-1>/年的速度下降,一定时期内,天津市霾消减系数将继续保持平稳递增,即但随着时间推移,下降趋势有所增加;
(3)气溶胶数密度谱属于单峰窄峰型,表面积谱呈现我国城市三峰特征,粒子数密度谱和表面积谱在积聚模态分布水平都占绝对优势。体积谱峰型不明显,积聚模态占22.1%,粗粒子占比例较大,达77.9%;
(4)对天津市初夏气溶胶在<0.2um,0.21um三个粒径段进行粒子谱拟合发现,天津市气溶胶符合Junge+Deirmendjian+Deirmendjian谱分布特征;
(5)根据天津市2000年非采暖季PM<,10>来源解析结果,初步核算天津市气溶胶折射率为1.585-0.118i;在此基础上利用MIE理论计算粒径在0.40-0.8um消光效率最高,在0.62um下散射和消光效率达到极大值;观测期间天津市气溶胶消光系数在126.0Mm<-1>-493.6Mm<-1>之间,散射消光占到总消光的60%以上,小于1um的粒子消光占总消光的80%以上,其中粒径在0.30-0.50um的粒子对消光贡献最大,约为20%;
(6)天津市气溶胶消光系数日变化与上下班交通时间紧密关联;视觉空气质量较差,日际变化大;与消光系数有关的几种主要指标的灰关联度序为PM<,2.5>(0.872)>RH(0.683)>NO<,x>(0.677)>NO<,2>(0.661)>03(0.622):PM<,2.5>与消光系数具有较好的相关性,PM<,2.5>质量消光系数为3.01 m<2>/g。