南京地区灰霾天气大气气溶胶粒径分布与光学性质研究

灰霾天气是由于大气中的颗粒物和气体对光产生散射和吸收而导致能见度降低的一种天气现象。严重的灰霾天气对能见度、人体健康、生态环境和气候变化都会产生重要影响，近年来已成为我国大中城市频频发生的一种新的危害性天气。本研究拟利用宽范围粒径谱仪、离子色谱仪、碳分析仪、积分浊度仪等先进设备在南京地区连续观测灰霾天气大气气溶胶的粒径分布、化学组成及气溶胶光学性质（散射和吸收系数、折射指数虚部等），阐明其理化和光学特征，深入探讨近地面灰霾气溶胶的光学特性与其粒径分布及化学组分的相互关系。开展此项研究，对阐明南京地区灰霾的形成机制有重要意义，为评估气溶胶辐射强迫研究提供研究思路。

利用外场观测的气溶胶光学参数与不同粒径谱分布的化学成分，就“南京地区灰霾天气气溶胶粒径分布与光学性质”展开研究。.（1）利用气溶胶水溶性离子的粒径谱分布观测资料，分析了南京市一次空气污染事件中数浓度、污染气体浓度、质量浓度和水溶性离子的粒径分布。结果表明，污染日和非污染日的气溶胶数浓度谱分布均为双峰型，峰值分别位于60~70 nm和200~300 nm；污染日数浓度高达104 cm-3•nm-1；污染日数浓度谱分布的值为正常日的1.5~3.3倍。十种离子对南京市区和北郊PM1.1、PM1.1~2.1、PM2.1~10的贡献率分别为56%、49.5%、20.4%和42.5%、37.9%、18.3%。.（2）利用积分浊度仪的外场观测资料，结合细粒子的质量浓度、能见度和常规气象资料，分析了南京北郊气溶胶散射系数的变化特征、散射系数与细粒子质量浓度和能见度的关系。研究表明，气溶胶散射系数小时平均值出现频率最高的区间为100~200 Mm-1；气溶胶散射系数具有双峰型的日变化特征，总体表现为夜间到清晨时段较高，中午及午后降至最低值。气溶胶散射系数与细粒子质量浓度的逐时变化趋势具有较好的一致性，但与能见度表现出明显的负相关。灰霾过程中气溶胶散射系数处于高值状态，其最高值达到近1900 Mm-1；整个过程风速和能见度较低，表明气象条件对气溶胶光学性质有较大的影响。.（3）利用太阳光度计测得的直射太阳辐射和天空扫描数据，研究了南京冬季一次雾霾天气过程中气溶胶的光学特性。研究表明，雾霾影响期间气溶胶光学厚度明显增加，由雾霾前的0.16～0.43增加到雾霾影响期间的0.31～0.84；单次散射反照率由发生前的0.8～0.86增大到发生时的0.89～0.91，而复折射指数的虚部降低，气溶胶的吸收能力明显减弱。同时，雾霾影响期间细粒子和粗粒子的体积浓度也均表现出增高的趋势。.（4）根据南京地区气溶胶散射系数(σs)、有机碳（OC）和元素碳（EC）的观测数据，分析了雾霾期间气溶胶σs的变化规律及其影响因子，讨论了OC和EC的分布特征；就σs、OC、EC和气象因子与能见度的关系进行了简单的相关性分析。结果显示，雾霾期间σs受风速、温度、相对湿度的影响而产生周期性变化，OC和EC主要分布在细粒子中，三者与能见度之间呈明显的负相关关系，而雾霾期间的风速和相对湿度是影响能见度的主要气象因子。