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中国环境科学 2013,33(12)：2131~2139 China Environmental Science
黄山夏季气溶胶光学特性观测分析
袁 亮,银 燕*
,于兴娜,肖 辉,文 彬 (南京信息工程大学,中国气象局气溶胶-云-降水重点开放实验室,江
苏 南京 210044)
摘要：利用 2011年 6~8月黄山光明顶气溶胶光学参数的观测资料,分析了气溶胶各光学参数的逐日变化和非降水条件下日变化特征,并结
合 Hysplit 后向轨迹模式,探讨了不同气团影响下气溶胶光学参数的变化特征.结果表明:黄山光明顶气溶胶消光作用以散射为主,观测期间
气溶胶散射系数(σsc)、吸收系数(σab)、单次散射反照率(SSA)和后向散射比(BSR)的平均值(标准差)分别为 62.59(49.17) Mm-1、5.49(3.67)
Mm-1、0.89(0.04)和 0.13(0.02);各光学特征量具有明显日变化特征.σsc、σab和 SSA白天高,夜间低, BSR则相反,边界层活动是影响光明顶气
溶胶光学性质日变化的主要因素.聚类分析结果显示光明顶主要受西北方大陆性气团、西南方大陆性气团以及东南方海洋性气团的影响.
不同气团影响下,气溶胶光学参数有很大差异,其中北方大陆性气团影响下的 σab、σsc和 SSA最大,东南方海洋性气团影响下最小,表明大陆
性气团传输过程中二次气溶胶生成的影响较为明显.
关键词：气溶胶；黄山；光学参数；Hysplit轨迹模式
中图分类号：X513 文献标识码：A 文章编号：1000-6923(2013)12-2131-09
Observational study of aerosol optical properties in summer in Mt. Huang. YUAN Liang, YIN Yan*, YU Xing-na, XIAO
Hui, WEN Bin (Key Laboratory for Aerosol-Cloud-Precipitation, China Meteorological Administration, Nanjing University of
Information Science and Technology , Nanjing 210044, China). China Environmental Science, 2013,33(12)：2131~2139
Abstract：Characteristics of the time series of daily average and diurnal variation of aerosol optical properties under the
condition of non-rain were analyzed with the scattering and dabsorption coefficients of atmospheric aerosols obtained
during July to August in 2011at the Guangmingding meteorological observatory on Mt. Huang. And the analysis of
aerosol optical properties in different air masses was conducted by using Hysplit model. The results showed that the
aerosol scattering played a dominant role in the total extinction. The average value (standard deviation) of the scattering
coefficients (σsc), absorption coefficients (σab), single scattering albedo (SSA) and backscattering ratio (BSR) were 62.59
(49.17) Mm-1, 5.49 (3.67) Mm
-1, 0.89 (0.04) and 0.13 (0.02), respectively. σsc , σab and SSA were higher during the day
and lower at night while backscattering ratio was the opposite. The mainly influencing factor of the diurnal variation of
aerosol optical properties were the activity of the boundary layer and the mountain and valley winds. There were a marked
difference in the aerosol properties at different air masses. The highest value of the cluster-mean of σsc, σab and SSA
appeared in the air masses from northwest (continental air mass) and the lowest value appeared in the air masses from
southwest (marine air mass). The results indicated that the substantial secondary aerosol production was the main
influencing factor during the long-range transport.
Key words：aerosols；Mt. Huang；optical properties；Hysplit model
大气气溶胶不仅可以通过散射和吸收太阳
辐射直接影响地气系统辐射收支,对全球和区域
气候有着重要影响.气溶胶还可以充当云、雾凝
结核,影响云雾的形成、寿命、反射率等特性,进
而对地气系统辐射能量平衡产生间接影响[1]
.目
前气候模式中对气溶胶影响的考虑还很不完
善
[2],气溶胶时空分布不均匀性以及由此产生的
辐射强迫非均匀分布,增加了大气气溶胶在气候
变化研究中的不确定性[3]
,因此了解不同地区气
收稿日期：2013-04-05
基金项目：国家自然科学基金资助项目(41030962);江苏高校优势学
科建设工程项目(PAPD);江苏省高校“青蓝工程”;江苏省普通高校
研究生科研创新计划项目(CXZZ12_0500)
* 责任作者, 教授, [email protected]
2132 中 国 环 境 科 学 33卷
溶胶的辐射特性对理解和预测其环境气候效应
至关重要.
众多学者对我国华北地区、长江三角洲地区
和珠江三角洲地区气溶胶光学性质进行了系统
研究[4-11]
.在我国山区,科研工作者[12-17]
对泰山污
染物成分、变化与输送特征进行了较细致的讨
论.2008 年,陈景华等[18]在黄山研究了散射系数和
吸收系数与相对湿度相关关系以及这些光学参
数的日变化特征.然而,气溶胶由于其源排放、传
输、扩散等都受气象条件的影响,往往不会集中在
局地而是被输送到相对较广的范围,因此气溶胶
的长/短距离输送,对区域气溶胶光学特征的影响
不容忽视.利用模式追踪污染物的输送已成为比
较常用的手段[19-22]
.例如,Wang 等[23]和 Pan 等
[24]
曾利用后向轨迹模式分别讨论了泰山与黄山地
区含碳气溶胶的来源.将气溶胶光学性质与后向
轨迹模式结合起来也有一定应用,如Yan等[5]通过
模拟污染物后向轨迹,来研究区域污染物的传输
和局地污染物对光的削弱作用.而在长江三角洲
高山背景区的相关研究较为少见.因此,本研究将
实测得到的气溶胶光学参数与后向轨迹模式相
结合,来探讨在不同气团影响下黄山光明顶气溶
胶光学特征的变化,为更好地控制污染物及评估
气溶胶辐射强迫提供可靠信息和科学支持.
1 观测资料与方法
1.1 观测地点
黄山地处安徽省的南部山区 ,南北长约
40km,东西宽约 30km,山脉面积 1200km2.处于亚
热带季风气候区内,由于山高谷深,气候呈垂直变
化.同时由于北坡和南坡受阳光的辐射差大,局部
地形对其气候起主导作用,形成云雾多、湿度大、
降水多的气候特点.为了解气溶胶物理化学和光
学特性与云雾结构的可能联系,本研究于 2011年
6~8 月在黄山光明顶 (30°08′N,118°09′E,海拔
1840m)设观测站(图 1),对气溶胶和云雾的理化
特性进行连续综合观测.
2011年安徽省于6月9日入梅,7月20日出梅,
观测期间跨越安徽省梅雨期,气温波动较大,且日
变化明显,主导风向为西南偏西、西南和西南偏南,
降水量较多,空气相对湿度处于较高值,而非降水
时段相对湿度波动较大,具有较强的日变化.
34°N
32°N
30°N
28°N
26°N
24°N108°E 110°E 112°E 114°E 116°E 118°E 120°E 122°E 124°E 126°E 128°E 116.5°E 117°E 117.5°E 118°E 118.5°E 119°E 119.5°E 120°E
31°N
30.5°N
30°N
29.5°N
29°N
地势高度
(m)
100 200 300
500
700
900
400
600
800
1000
光明顶
西安 郑州
武汉
长沙 南昌
黄山 杭州
合肥南京
福州
台北
图 1 黄山地理位置
Fig.1 The location of Mt. Huang
1.2 观测仪器与数据质量控制
本文使用的散射系数 σsc 和后向散射系数
σbsc 是利用三波段积分浊度仪(TSI3563)取得的
450、550和 700nm波段观测数据.对该观测仪器,
实验前后用干洁空气、CO2气体对仪器进行标定,
得到三个波段散射系数的标定值.采样时空气流
量控制在 7.76L/min,每 5min取一组数据[25]
,每小
时自动校准零点,并通过在浊度仪前端连接干燥
管使进气相对湿度控制在 40%以内[26]
.
吸收系数 σab 由三波段(470、522、660nm)
烟尘颗粒吸收光度计(PSAP, Radiance Research,
USA)测得.该仪器基于双膜法,测量因粒子沉降
而引起的滤膜光学透过率的改变.通过 Beer定律
和实验校正公式得到气溶胶吸收系数.
12期 袁 亮等：黄山夏季气溶胶光学特性观测分析 2133
ab,522nm 0σ σ /( )Tr B A= ⋅ + (1)
式中:Tr 为样膜的透过率;A、B 为校正曲线对应的
参数 .此次试验中 A=0.866, B=1.317(Radiance
Research),σ0为对照膜测量的吸收系数,表达式为:
-
0σ = ln( )t t
t
IA
Q t I
Δ
Δ (2)
式中:A 为膜的面积;Q 为流量;It-Δt和 It分别为时
间间隔 Δt 前后膜的透过率 .仪器分辨率为
2×10-7
m-1
.流量设置为 1.8L/min.该仪器的日常校
准较难,参照厂商的标定以及仪器的稳定性每两
周校准 1次流量.根据仪器状况,经过流量和采样
面积的修正,可信度达到(95±6)%[27]
.
降水对气溶胶有明显的清除作用,因此本文
主要研究非降水时段气溶胶的光学参数.实验中
将浊度仪波长为 550nm 的散射系数异常数据剔
除后取 6月 1日~8月 31日的数据进行小时平均,
共得到 1920 组数据.同时将 6 月 16 日~8 月 15
日 PSAP 522nm 波段的异常数据剔除后进行小
时平均,表达式为:
ab ab,522nmσ =σ (522/550) (3)
做波长订正到 550nm[28]
,得到 1385 组数据.
剔除降水时段以及降水后 1h的样本,得到散射系
数和吸收系数样本分别为 1345 组和 1035 组.同
步的常规气象资料(风向、风速、温度、降水)来
源于黄山光明顶黄山国家基本气象站.
气溶胶单次散射反照率(SSA)和后向散射比
(BSR)为大气气溶胶两个重要的光学参量.SSA
定义为散射系数与总消光系数的比值:
sc sc ab
SSA=σ /(σ +σ ) (4)
BSR为后向散射系数与总散射系数的比值:
bsc sc
BSR=σ /σ (5)
式中:σsc为总散射系数;σbsc为后向散射系数.这两
个参数都由实测所得 550nm 散射系数和经波长
订正后的吸收系数计算得到,分别有 911 组和
1345组样本.
1.3 后向轨迹模拟
为分析本文所观测得到的气溶胶的可能来
源,运用美国国家海洋和大气管理局(NOAA)空
气研究实验室(ARL)和澳大利亚气象局联合开
发的 Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated
Trajectory 模式(Hysplit4.8, 2007)[29]对观测期间
经过光明顶的气团进行后向三维轨迹模拟,轨迹
终点为黄山光明顶(30°08′N,118°09′E);模式采用
美国气象环境预报中心全球数据同化系统
(NECP, GDAS) 1°×1°的气象场,每天 8个时次.模
式选取的高度为地面以上高度 1480m AGL
(meters Above Ground Level),对应光明顶高度[30]
.
由于气象资料时空分辨率的局限性以及模式中
不可避免的计算分析误差,单一轨迹分析必然会
有较大偏差,因此本文应用多元统计方法,根据组
内各轨迹差异极小,组间各轨迹差异极大的原
理
[31],对观测期间剔除降水后每日 4个时次(北京
时间 02:00、08:00、14:00、20:00)的气团 72h后
向轨迹(共 255 条)进行聚类分析,以减小单一轨
迹的误差,从而更加准确的分析各气团对光明顶
气溶胶光学性质的影响.
2 结果与分析
2.1 气溶胶散射系数、吸收系数逐日变化特征
20
15
10
5
0
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-31
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σ
ab
(Mm
-1
)
200
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-02
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08
-16
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-23
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-30
σ
SC
(Mm
-1
)
0.24
0.16
0.08
05
-31
06
-07
06
-14
06
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06
-28
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-26
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-02
08
-09
08
-16
08
-23
08
-30
BS
R 0.20
0.12
1.0
0.8
0.6
05
-31
06
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06
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08
-02
08
-09
08
-16
08
-23
08
-30
SS
A 0.9
0.7
日期 图 2 观测期间 σab、σsc、SSA和 BSR日平均时间序列
Fig.2 Time series of daily means of σab、σsc、SSA and
BSR during the observation period
2134 中 国 环 境 科 学 33卷
由图 2 可以看出,σab和 σsc在整个观测期间波
动较大且趋势大体相同,平均值(标准差)分别为
5.49Mm-1
(3.67Mm-1
)和 62.59Mm-1
(49.17Mm-1
),其
中 89%的σab样本小于 10Mm-1
, 86%的σsc样本小
于 120Mm-1
(图 3).相比表 1所列出的国内外测站
观测的气溶胶光学参量,本次观测的 σab 略高于
美国清洁地区[32]的结果,但明显小于我国上甸
子
[5]、临安本底站
[7]以及西班牙格拉纳达市
[33],
比泰山的观测结果[16]相比还要小 50%.σsc远小于
泰山观测点[16]、以及平原地区的北京上甸子
[5]
和浙江临安[7]本底站,说明夏季黄山光明顶相对
较为清洁.然而,该结果比光明顶 2008 年环境相
对湿度小于 60%的观测结果[18]
2 倍还大,这可能
与该文献中所用的仪器和波长与本文不同有关.
与香港[34]和美国一些本底测站
[32]相比,本次观测
的σsc偏大,水平与德国非工业城市格拉纳达市相
当,说明即使在黄山这个海拔较高,相对清洁的地
区,气溶胶污染还较严重.除此之外,观测期间空
气相对湿度较大,虽然在进气管添加了干燥管,但
在气溶胶粒子进入仪器之前由于环境的相对湿
度高导致了其内部亲水性成分的变化,从而可能
使散射性质增强.
SSA 能够更直观地表征大气气溶胶的散射
作用和吸收作用的相互关系及气溶胶在大气层
顶辐射强迫的正负[35]
.气溶胶的化学组成不
同,SSA 也不同.北半球大多数地区气溶胶 SSA
在 0.85~0.95[36]
.本次观测期间光明顶 SSA 维持
在 0.77~0.95 之间,0.90 以上的值占总样本的
75%,平均值(标准差)为 0.89(0.04),高于表 1中列
出的香港、北京上甸子、浙江临安以及格拉纳
达市,但低于美国各测站,说明该地区气溶胶以
散射性成分为主,但吸收性成分高于美国的几
个测站.此外,SSA 是气溶胶多个参数相互作用
的结果,气溶胶性质的地域时空差异也决定了
SSA变化的差异.
BSR 是后向散射系数与总散射系数的比值,
当粒子尺度参数增大时,前向散射与后向散射的
比值也增大,其大小可以反映粒子光散射角度特
性及细粒子(d<2µm)在气溶胶中所占的比例.观
测期间 BSR 维持在较低值,平均值(标准差)为
0.13(0.02),但波动较频繁,表明颗粒物粒径转化
较快,寿命较短.
σab(Mm-1
)
8<σab<10
11%
10<σab
11% 0<σab<2
20%
2<σab<4
23%
4<σab<6
15%
6<σab<8
20%
150<σsc
5% 0<σsc<30
36%
30<σsc<60
16%
60<σsc<90
19%
90<σsc<120
15%
120<σsc<150
9%
σsc(Mm-1
)
0.95<SSA
1% SSA<0.85
15% 0.85<SSA<0.875
10%
0.875<SSA<0.90
15%
0.90<SSA<0.925
28%
0.925<SSA<0.95
31%
SSA
0.14<BSR<0.15
11%
0.15<BSR
14%
0.10<BSR<0.11
13%
0.11<BSR<0.12
30%
0.12<BSR<0.13
12%
0.13<BSR<0.14
20%
BSR
图 3 σab、σsc、SSA和 BSR频数统计
Fig.3 Statistics of σab、σsc、SSA and BSR
12期 袁 亮等：黄山夏季气溶胶光学特性观测分析 2135
表 1 不同站点各光学参量
Table 1 The optical parameters of aerosols at some different sites
地点 采样时间 σsc平均(Mm-1
) σab平均(Mm-1
) SSA 平均 BSR 平均 使用仪器
北京上甸子(本底)[5]
2003-09~2005-01 174.6(189.1) 17.5(13.4) 0.88(0.05) -- 1
浙江临安(本底)[7]
2003-09~2003-12 252.4 92.0 0.72 1
香港鹤咀[34]
1997-11~1998-02
1998-03~1998-04
1998-05~1998-08
1998-09~1998-10
1998-11~1999-02
64.77
38.65
8.71
70.91
96.75
25.72
15.79
6.03
18.98
31.22
0.72 -- 2
Urban of Granada, Spain[33]
2005-12~2006-02 84(62) 28(20) 0.66(0.11) -- 3
Bondville,Illinois Great Plains, US[32]
1996-09~2000-09 57.7(17.7) 4.66(2.27) 0.92(0.03) 0.12(0.01) 4
Barrow, Alaska, US[32]
1997-10~2000-09 9.76(5.20) 0.39(0.41) 0.97(0.02) 0.11(0.01) 4
Southern Great Plain, Oklahoma, US[32]
1997-04~2000-09 46.9(16.9) 2.46(1.09) 0.95(0.03) 0.12(0.01) 4
泰山[16](海拔 1534m) 2010-07~2011-12 夏 173.4(184.4) 11.5(10.8) 0.89(0.12) 0.13(0.06) 3
黄山光明顶(海拔 1840m) 2011-06~2011-08 62.59(49.17) 5.49(3.67) 0.89(0.04) 0.13(0.02) 4
注: 1、AE31黑碳仪, Magee Scientific co, USA; M9003积分浊度仪, EcoTech,Australia; 2、PSAP, Radiance Research, USA; M903积分浊度
仪, Radiance Research, USA; 3、MAAP, Thermo ESM Andersen Instruments, Erlangen, Germany; 3563 积分浊度仪, TSI, inc; 4、PSAP,
Radiance Research; 3563 积分浊度仪, TSI, inc
2.2 非降水时段气溶胶光学参量日变化特征
12 10 8 6 4
00
:00
02
:00
04
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σ
ab
(Mm
-1
)
2 0
150 125 100 75 50
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σ
SC
(Mm
-1
)
25 0
175
0.96 0.93 0.90 0.87 0.84
00
:00
02
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24
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SS
A
0.81 0.78
0.99
0.15 0.14 0.13 0.12 0.11
00
:00
02
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20
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24
:00
BS
R
0.10
0.16
时刻
图 4 非降水时段各光学参量日变化
Fig.4 The diurnal variation of optical properties during
the non rainy period
剔除观测期间降水时段得到 σab、σsc、SSA、
BSR(图 4)和黄山光明顶温度、相对湿度及风速
(图5)的日变化图.光明顶作为长江三角洲地区高
山站,σab、σsc以及 SSA 呈现明显的日变化,总体
白天高,夜间低,与低海拔地区气溶胶散射系数与
吸收系数的日变化成相反的变化趋势[4-6]
,其中
σab与 Pan 等[24]夏季在黄山观测的黑碳质量浓度
日变化趋势一致.由图 4 可以看出,σab和 σsc在凌
晨至 08:00 处于低值,而高值出现在 11:00 及
15:00~16:00 左右,日变化呈不规则双峰分布.结
合温度日变化可以推断边界层活动和山谷风是
影 响 光 明 顶 气 溶 胶 光 学 性 质 的 主 要 因
素
[16,18,24,37-38],日出后下垫面的增温使湍流不断
增强,低层颗粒物随大气边界层抬升,此外,由于
山谷热力差异形成的谷风将山底和山腰气溶胶
粒子输送到山顶,致使局地粒子数浓度增加,从而
导致 σab和 σsc增大,并在 11:00达到峰值.11:00过
后,在持续的太阳辐射下,大气不断增温,环境相
对湿度降低使气溶胶中亲水性成分对气溶胶散
射性质的影响减小,再加上山顶近地层温度持续
升高,湍流增强,更加有利于粒子扩散,将山顶气
溶胶粒子混合到山顶以上更高的大气中,因此σab
与 σsc在午后出现低谷.13:00 后污染物在高相对
2136 中 国 环 境 科 学 33卷
湿度下易发生非均相反应产生硝酸盐等二次颗
粒物和较低的风速下不易扩散,造成 σab与 σsc的
回升,15:00 左右达到最强之后随温度的降低以
及风速的提升而开始减小.17:00 以后太阳辐射
逐渐减弱,温度的下降导致湍流扩散作用减弱,由
正午混合于山顶以上大气的气溶胶粒子随湍流
的减弱回到山顶累积导致 σab 与 σsc 的微弱回
升.20:00 日落以后下垫面迅速降温,湍流减弱,边
界层迅速下沉,晚间山风加强,且山顶风速增大,
加速了山顶气溶胶粒子的向下扩散,造成 σab 和
σsc减小[37,39]
.
23
19
18
17
16
00
:00
02
:00
04
:00
06
:00
08
:00
10
:00
12
:00
14
:00
16
:00
18
:00
20
:00
22
:00
24
:00
相对湿度
(Mm
-1
)
15
14
22
21
20
温度
(℃)
100
85
80
75
70
95
90
湿度 相对湿度 风速
风速
(m/s
)
8
4
3
2
1
7
5
6
图 5 观测期间气象要素日变化
Fig.5 The diurnal variation of meteorological parameters
during the observation period
BSR与 SSA的日变化也在不同程度上证明
了散射系数与吸收系数的日变化特点.BSR 总体
上白天略低于夜间,说明较大颗粒物在夜间沉降,
而 SSA 在白天的较大值可能为二次污染物的生
成对气溶胶散射系数的影响.总的来说,与低海拔
城市地区不同,黄山光明顶气溶胶光学参量日变
化的复杂性与多种因素有关,不同时段各种因素
对日变化的贡献不同.
2.3 后向轨迹模拟
2.3.1 轨迹聚类分析 将Hysplit后向轨迹模式
模拟的观测期间剔除降水后的 255 条后向 72h
气团轨迹放入该模式进行计算得到如图 6 所示
三大轨迹聚类,分别代表影响光明顶的三类不同
气团.轨迹的长短代表气团传输距离的远近,各轨
迹每六小时标记一次,两标记间距离代表了气团
传输速度,距离越长,传输速度越快.
黄山
103ºE
105ºE
107ºE
109ºE
111ºE
113ºE
115ºE
117ºE
119ºE
121ºE
123ºE
125ºE
127ºE
129ºE
131ºE
133ºE
135ºE
137ºE
139ºE
20ºN
22ºN
24ºN
26ºN
28ºN
30ºN
32ºN
34ºN
36ºN
38ºN
1(15.7%)
3(24.3%)
2(60.0%)
图 6 不同气团后向 72h轨迹聚类统计
Fig.6 The cluster mean of 72h backward trajectories of
different air masses
图中可见,气团 1 来自东南方向起源于菲律
宾海,由低空经冲绳岛南部、我国钓鱼岛北部传
输至大陆,途径台州市和杭州市以南,之后受地形
抬升至黄山光明顶.该气团基本处于海上,因此称
该气团为东南方海洋性气团.
表 2 气团轨迹聚类统计
Table 2 Statistic of each cluster
气团 指标 统计量
1 2 3
轨迹数 29 118 30
σab 平均值(Mm-1
) 4.68 6.65 9.87
标准差(Mm-1
) 3.70 3.66 5.58
轨迹数 32 134 55
σsc 平均值(Mm-1
) 36.82 83.84 98.73
标准差(Mm-1
) 50.11 47.85 65.57
轨迹数 22 100 26
SSA 平均值(Mm-1
) 0.85 0.91 0.92
标准差(Mm-1
) 0.09 0.04 0.03
轨迹数 32 134 55
BSR 平均值(Mm-1
) 0.13 0.12 0.12
标准差(Mm-1
) 0.02 0.02 0.03
轨迹数 40 153 62
RH 平均值(%) 91.15 89.88 89.43
标准差(%) 9.28 7.85 8.58
气团 2 源自我国海南岛以东南海海域,后经
香港、广州穿越湖南与江西边界,后经南昌到达黄
12期 袁 亮等：黄山夏季气溶胶光学特性观测分析 2137
山地区也受到地形抬升至光明顶.此气团传输距
离较远,大部分在大陆,属于西南方大陆性气团.
气团 3 来源于我国华北地区河北南部与山
东交界处高空,后逐渐下降经河南东部,进入安
徽省内,自合肥抵达黄山.该气团传输距离相比
另外两气团较短,传输速度较慢,属于西北方大
陆性气团.
由三大气团影响下气溶胶各光学参量统计
(表2)分析可知,自西南方向的聚类2轨迹数最多,
与黄山夏季主导风向一致.由于地形抬升的影响,
来自三个方向的气团在抬升过程中相对湿度都
变得较大.从表 2可以清楚地看出,由于大陆性气
团在传输的过程中人为排放及二次污染物的生
成对其有不可忽视的影响,两类大陆性气团的影
响下的 σab、σsc及 SSA明显大于东南方海洋性气
团,后者将海洋较洁净大气带到黄山地区,使光明
顶气溶胶散射系数与吸收系数以及 SSA 都呈现
明显低值,BSR无明显变化.而两个大陆性气团相
比,西北方向传输距离较短,速度较慢的气团影响
下的 σab、σsc和 SSA均大于来自西南方向距离较
长,速度较快的气团,说明较慢的输送有利于更多
二次颗粒物的进入而被携带至观测点,而较长、
较快的传输对污染物的扩散稀释起到一定作用.
2.3.2 个例轨迹分析 从2.1节图2选取观测期
间气溶胶散射系数和吸收系数高值段与低值段,
运用 Hysplit 后向轨迹模式模拟 6 月 26~27 日,7
月 10日,7月 12~18日和 7月 20~28日四个时段
气团 72h 后向轨迹(图 7),图中红点为火点图
(http://firms.modaps.eosdis.nasa.gov/firemap/). 不
难看出,当气团来自大陆或者来自海洋之后再经
大陆长距离运输过程中,都经过排放较严重的区
域,因此到达黄山光明顶时,散射系数与吸收系数
出现较大值.当气团在海洋上空长距离运输到达
黄山时,吸收系数与散射系数呈现低值,此结果与
2.3.1 节一致.由于吸收系数与散射系数的值较小,
因此较小的变化就会引起 SSA与 BSR较大的波
动,这也是在海洋性气团的影响下SSA和BSR出
现较大波动的原因.
黄山
100ºE
102ºE
104ºE
106ºE
108ºE
110ºE
112ºE
114ºE
116ºE
118ºE
120ºE
122ºE
124ºE
126ºE
128ºE
130ºE
132ºE
134ºE
30ºN
32ºN
34ºN
36ºN
38ºN
40ºN
42ºN
44ºN
46ºN
48ºN
28ºN
a. 6月26~27日
黄山
109ºE
110ºE
111ºE
112ºE
113ºE
114ºE
115ºE
116ºE
117ºE
118ºE
119ºE
120ºE
121ºE
122ºE
123ºE
124ºE
125ºE
126ºE
30ºN
32ºN
34ºN
36ºN
38ºN
40ºN
42ºN
44ºN
46ºN
48ºN
28ºN
b. 7月10日
127ºE
黄山
99ºE
101ºE
104ºE
107ºE
110ºE
113ºE
116ºE
119ºE
122ºE
125ºE
128ºE
131ºE
134ºE
137ºE
140ºE
143ºE
10ºN
12ºN
16ºN
20ºN
22ºN
24ºN
26ºN
28ºN
30ºN
32ºN
8ºN
c. 7月12~18日
黄山
95ºE
97ºE
99ºE
101ºE
104ºE
107ºE
110ºE
113ºE
116ºE
119ºE
122ºE
125ºE
128ºE
131ºE
134ºE
137ºE
140ºE
18ºN
22ºN
26ºN
28ºN
30ºN
32ºN
34ºN
36ºN
38ºN
40ºN
16ºN
d. 7月20~28日
18ºN
14ºN 20ºN
24ºN
图 7 6月 26 ~27日(a)、7月 10日(b), 7月 12~18日(c)和 7月 20~28日(d)气团 72h后向轨迹
Fig.7 72h backward trajectories for 26~27June 2011(a)、10July 2011(b)、12~18July 2011(c)and 20~28July 2011(d)
2138 中 国 环 境 科 学 33卷
3 结论
3.1 黄山光明顶气溶胶消光作用以散射为主,
散射系数和吸收系数变化剧烈,观测期间气溶胶
σsc、σab、SSA 和 BSR 的平均值(标准差)分别为
62.59(49.17) Mm-1、5.49(3.67) Mm
-1、0.89(0.04)、
0.13(0.02).
3.2 各光学特征量日变化明显且较为复杂,总
体白天高,夜间低.边界层活动是影响光明顶气溶
胶光学性质的主要因素.日变化的复杂性与多种
因素有关,不同时段各种因素对日变化的贡献不
同.吸收系数、散射系数和 SSA白天高,在正午至
下午时段达到最高,在夜间呈现低值,BSR在白天
略低于夜间.
3.3 聚类分析得到主要影响光明顶的三类气团,
分别为西北方大陆性气团、西南方大陆性气团以
及东南部海洋性气团.不同气团来源对光明顶气
溶胶光学参量的影响较大,大陆性气团对光明顶
气溶胶吸收系数与散射系数的贡献较大,而海洋
性气团贡献较小.SSA 在大陆性气团影响下呈现
出比海洋性气团影响下高的值,说明大陆性气团
传输过程中二次气溶胶生成的影响较为明显,人
为排放对黄山地区气溶胶有较大的影响.
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作者简介：袁 亮(1990-),男,新疆伊犁人,南京信息工程大学硕士
研究生,主要从事气溶胶与云相互关系研究.
《中国环境科学》被 Ei 收录
根据 Ei 总部 2013 年颁布的期刊收录情况 ,《中国环境科学》已被 Ei 数据库作为源期刊收录 ,详见
http://www.chinaeidata.com/periodical.htm
《中国环境科学》编辑部
2013-03-14