【摘 要】
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沙尘气溶胶对气候和环境都有着重要的影响。在沙尘传输过程中,它会影响下游地区的空气质量;与局地排放的污染物相互作用,进一步对空气质量产生深远的影响。亚洲沙尘作为全球沙尘的重要组成部分,也一直是世界各地的学者密切关注的热点问题。目前的研究多集中于单一的星载或地基激光雷达对沙尘天气过程中沙尘气溶胶的光学性质进行分析,或者针对沙尘天气过程的气象成因进行讨论。而沙尘气溶胶与人为气溶胶是通过怎样的内混作用改变
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沙尘气溶胶对气候和环境都有着重要的影响。在沙尘传输过程中,它会影响下游地区的空气质量;与局地排放的污染物相互作用,进一步对空气质量产生深远的影响。亚洲沙尘作为全球沙尘的重要组成部分,也一直是世界各地的学者密切关注的热点问题。目前的研究多集中于单一的星载或地基激光雷达对沙尘天气过程中沙尘气溶胶的光学性质进行分析,或者针对沙尘天气过程的气象成因进行讨论。而沙尘气溶胶与人为气溶胶是通过怎样的内混作用改变气溶胶性质的,这一问题尚未完全解决,但沙尘气溶胶对于局地气溶胶AOD以及空气质量的影响可以通过对比分析不同人为排放的场景进行估算。基于以上原因,本文同时利用CALIPSO搭载的CALIOP激光雷达和地基激光雷达AD-NET数据,对2019年一次典型沙尘天气过程中气溶胶的光学性质、气溶胶类型的垂直分布、在传输过程中沙尘气溶胶对总气溶胶的贡献进行分析。而在2020年初,COVID-19对全球经济、气候变化等都造成了深远的影响,人为活动在此期间受到大幅度限制,人为排放的气溶胶也大大减少,因此筛选了疫情前后的两次沙尘天气过程,分别为2018年3月和2020年3月,作为两种不同人为排放场景。这两次沙尘天气过程具有相似气象背景条件,沙尘传输路径也类似,因此忽略其他差异,比如气溶胶之间复杂的内混作用,我们利用多源数据分析了两次沙尘天气过程各类气溶胶光学性质在两年的差异,以及空气质量的变化,探索人为活动的控制对于沙尘天气条件下各类气溶胶的影响,得到的主要结论如下:(1)2019年5月的一次沙尘天气过程中,在太平洋地区探测到的沙尘主要存在于5-10km的高度上,并且在此高度上,沙尘气溶胶的退偏比和色比平均值为0.14和0.29;经过星载和地基激光雷达数据的综合分析,发现5月13日至18日期间,沙尘气溶胶对日本长崎站点和韩国济州岛地基激光雷达站点的总的气溶胶光学厚度的平均贡献率均值分别为42.16%和39.25%。在2019年5月的沙尘天气期间,颗粒物浓度显著增加,PM10浓度最大值超过1500μg/m3,是国家一级浓度标准的30倍;而5月11日PM2.5浓度在甘肃省最大,最大值达到国家一级浓度标准的7倍,14日最大值甚至达到12倍;PM10与PM2.5的比值也在甘肃新疆多地达到6以上。(2)2018年(无人为控制)和2020年(有人为控制)的气溶胶的色比值在向东传输过程中分别下降了10.56%和4.85%,这表明人为活动的减少使得气溶胶粒子大小的衰减变慢。在2020年,由于人为排放的减少,其AOD值显著减少。同时AOD的数值在向东传输过程中也有所减小,数据显示2020年AOD的变化仅为2018年的一半。(3)2020年相比2018年,PM2.5的浓度降低了57.47%,人类活动的减少还削减了O3的气态前体物(VOC和NO2)的含量,并使得近地面观测到的O3浓度降低了47.54%。在2020年的沙尘天气过程中,海洋性气溶胶和抬升烟尘等对太平洋地区的AOD值产生了深远的影响(约80%)。在此次沙尘传输过程中,太平洋地区AOD的主要贡献来自于局地排放,远距离传输的贡献不足20%。
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