沈阳地区大气气溶胶消光特性的观测研究

刘宁微,马雁军,杨素英,王扬锋

(1.中国气象局 沈阳大气环境研究所,辽宁 沈阳 110000;2.中国气象科学研究院,北京 100081;3.南京信息工程大学,江苏 南京 210044)

刘宁微,马雁军,杨素英，等.2015.沈阳地区大气气溶胶消光特性的观测研究[J].大气科学学报,38(4):458-464.doi：10.13878/j.cnki.dqkxxb.20141015001.

Liu Ning-wei,Ma Yan-jun,Yang Su-ying,et al.2015.Observational study on aerosol extinction characteristics in Shenyang area[J].Trans Atmos Sci,38(4):458-464.(in Chinese).

沈阳地区大气气溶胶消光特性的观测研究

刘宁微1,2,3,马雁军1,杨素英3,王扬锋1

(1.中国气象局 沈阳大气环境研究所,辽宁 沈阳 110000;2.中国气象科学研究院,北京 100081;3.南京信息工程大学,江苏 南京 210044)

摘要：利用沈阳地区2010年全年大气总消光系数、气体分子吸收系数、气溶胶吸收和散射系数以及大气可吸入颗粒物数浓度的小时数据,对沈阳地区的大气消光特别是气溶胶消光性质进行了高时间分辨率的研究。结果表明:总消光系数和气溶胶散射系数在一天内呈单周期峰谷型分布,05—06时(北京时间,下同)达到峰值,15时达到谷值。大气总消光系数在雪天最大、霾天次之、晴天最小。气溶胶消光系数与粒子数浓度的相关性随着粒径的减小而增大。

关键词：气溶胶;消光系数;散射系数;粒子数浓度

0引言

大气气溶胶消光系数分布是大气的基本光学特性之一,它对于在大气中进行的光学测量和能见度探测等有重要作用(吕达仁等,1977)。另外,由于环境污染产生的气溶胶粒子改变着大气光学状态,影响着局地地气系统的辐射收支,进而对气候变化产生深远的影响。因此,国外从20世纪60年代开始就开展了许多气溶胶光学特性分布的观测工作,研究颗粒物浓度与大气消光的相关关系。例如,1965—1966年美国城市气溶胶散射系数与质量浓度的统计分析表明,两者之间的相关关系在多个站点都非常一致(Charlson et al.,1967);美国20世纪70年代城市颗粒物的吸收系数最高可达到118 Mm-1,最小值为27 Mm-1(Waggoner et al.,1981);Pilinis利用SEQUILIB thermodynamic equilibrium模式成功模拟了美国内华达州一个站点的气溶胶散射系数,并认为在环境相对湿度高于潮解相对湿度时,气溶胶中的水分对消光贡献很大(Pilinis,1989);1997年2月28日—3月10日在墨西哥城为期11 d的观测显示,颗粒物吸收和散射系数分别在26.0～263.2 Mm-1和17.8～881.1 Mm-1之间变化(Silvia,2001);1999年7月,美国亚特兰大市颗粒物的平均吸收系数仅为12 Mm-1(Bergin et al.,2001);1998—1999年在匈牙利乡村站点利用浊度计和光度计的观测表明,大气中的粗、细颗粒物在气溶胶总消光中的贡献分别是10%和90%(Molnr and Mészros,2001);2011年在美国华盛顿的气溶胶消光研究表明,实际观测和遥感反演的消光系数之间的相关系数达到0.88(Ziemba et al.,2013)。上述研究表明,大气消光不仅与颗粒物浓度密切相关,还受天气条件的影响。

我国也较早地开展了相关研究,20世纪70年代吕达仁等(1977)研究了北京地区晴空低层3 km以下的大气消光系数分布,发现北京地区晴天大气消光系数分布无论在数值上还是结构特点上都和公认的Elterman模式有较大的区别,消光系数与光学厚度的数值具有明显的季节变化特征,同时又受近地逆温层结生消的强烈影响。近年来,随着国内城市区域霾天气的频繁发生,国内很多学者也相继开展了气溶胶光学和化学特性的观测研究并取得了一定的成果。例如,邵振艳等(2009)研究表明2001—2003年人为活动产生的气溶胶使得我国晴空地面总辐射减少了(20.1±1.9) W·m-2;吴兑等(2009)发现广州番禺2004—2007年黑碳气溶胶散射系数月均值在129～565 Mm-1之间变化,吸收系数月均值在32～139 Mm-1之间变化;林盛群等(2009)发现香港1993年之前的能见度下降与光化学烟雾有关,1993年之后逐渐受到光学烟雾和与硫酸盐粒子有关的气溶胶烟雾的共同影响;深圳冬季大气消光系数均值为290 Mm-1,其中颗粒物的散射和吸收分别占72%和21%,PM1主要化学组分中有机物对消光的贡献最大,平均占45%(姚婷婷等,2010);对2010年澳门的一次沙尘过程的观测发现,近地层气溶胶消光系数与PM10质量浓度有很好的相关性(Liu et al.,2012)。河北张北和甘肃民勤2005年平均气溶胶散射系数分别为130和116 Mm-1(延昊等,2008);天津地区2005年气溶胶消光主要来自粒径小于1 μm的颗粒物,其贡献率达到80%以上(董海燕等,2009);Li et al.(2007)在北京香河站的观测发现SO2体积浓度与气溶胶消光系数的相关系数在高峰(R2=0.537)和午后(R2=0.867)有较大的差异。Zhu et al.(2013)等利用微脉冲激光雷达在新疆喀什进行了为期1 a的观测,分析了当地气溶胶消光系数的时间分布特征。总体来看,我国珠三角、京津冀和西北地区的气溶胶消光既有相似的分布(颗粒物在各组分中消光贡献最大),又有各自的区域特征(西北地区的颗粒物消光系数较小)。

综上,目前对于低能见度时大气不同污染物的消光特性更多的研究集中于个别变量的短期统计分析,缺少高时间分辨率的深入分析。同时,能见度和细粒子污染的变化速度都比较快,无法获得高时间分辨率的观测数据就无法准确有效地研究二者之间的关系,这也成为大气科学领域的一个研究难点。此外,由于各地区大气污染差异显著,大气消光特性和低能见度产生的原因并不相同。因此,本研究利用沈阳地区2010年全年相关要素的小时观测数据,根据科学合理的计算方法,对沈阳地区的大气消光特别是气溶胶消光性质进行高时间分辨率的分析与研究,研究结果有助于更深入地了解城市大气能见度的影响因子。

1数据与方法

沈阳大气成分观测站于2006年8月开始正式运行,目前进行连续在线观测并与本研究相关的数据包括大气细粒子的质量浓度和数浓度(德国GRIMM180颗粒物监测仪),黑碳质量浓度(美国AethalometerAE-31黑碳监测仪),NO2质量浓度(美国热电反应气体监测仪),大气能见度(芬兰维萨拉FD12能见度仪)。

气象学中,大气能见度可以由公式(1)计算得出:

(1)

其中:ν和bext分别表示大气能见度(km)和总消光系数(Mm-1)(McCartney,1988),其对应波长为550 nm。

总消光系数的4个组成部分由公式(2)表示:

bext=bsg+bsp+bag+bap。

(2)

其中:bsg、bsp、bag、bap分别表示气体分子散射系数、气溶胶散射系数、气体分子吸收系数和气溶胶吸收系数(Seinfeld and Pandis,1998)。

由于纯净大气的消光效应主要由气体分子的瑞利散射而引起,因此公式(2)中的bsg项在标准状况下为常数14.00 Mm-1。在城市污染大气中,由于NO2对可见光的吸收能力大于其他气体污染物,常被看作唯一决定吸收系数的气体分子(刘新民和邵敏,2004)。由公式(3)计算得到公式(2)中的bag:

bag=330×CNO2。

(3)

其中:CNO2是NO2的质量浓度(mg·m-3)。

在所有的气溶胶粒子中,黑碳对光的吸收效应最强,其浓度直接影响到大气消光系数和能见度(蔡子颖等,2012)。公式(4)可以计算出公式(2)中的bap:

bap532=8.28×CBC+2.23。

(4)

其中:CBC是AE-31在880 nm波长处测量的未经订正的黑碳浓度(ng·m-3);8.28 m2·g-1是黑碳气溶胶在大气中的消光横截面(即消光效率);bap532表示黑碳在532 nm波段的吸收系数(Mm-1),从532 nm到550 nm 的订正系数是0.97(Titos et al.,2012)。

本研究利用计算得到的2010年沈阳大气总消光系数、气体分子吸收系数、气溶胶吸收和散射系数以及大气可吸入颗粒物数浓度的小时数据,分析当地大气气溶胶的消光特征。

2结果分析

2.1　年、季消光系数

2010年,沈阳大气成分站共有6 498 h的有效数据可用以计算当地的大气总消光系数及其消光组分。表1显示,大气总消光系数的年平均值为622.72 Mm-1,按季节来看,冬季最大,夏季、秋季次之,春季最小。气溶胶引起的消光(散射与吸收之和)占大气总消光的95%以上,与深圳2009年冬季(Zhu et al.,2013)和在北京的监测结果(刘新民和邵敏,2004)相近,高于Titos et al.(2012)在布里斯本(77%)和Yuan et al.(2006)在高雄(89%)两个城市的监测结果。气溶胶消光系数与大气总消光的变化趋势基本一致,而气体分子的消光系数在冬季达到最大(35.29 Mm-1),其他3个季节基本持平。各组分的消光系数均在冬季达到最大,表明在冬季尤其是1月大气能见度的降低程度最为严重。

与其他地区相比,沈阳2010年的气溶胶消光系数比珠三角地区2004—2007年间的最大值(565.00 Mm-1)还要大,春季的气溶胶消光系数与南京北郊2011年同期水平相近(于兴娜等,2013)。但其气体分子的消光系数略小于这一时期珠三角地区的最小值(32.00 Mm-1)(吴兑等,2009)。气溶胶散射系数的变化趋势与2005年张北(冬季301.60 Mm-1,夏季46.20 Mm-1)和民勤(冬季170.90 Mm-1,夏季165.00 Mm-1)两地一致(延昊等,2008),但其值要大得多。根据D’Almeida et al.(1991)划分的四种气溶胶类型,冬季大气总消光系数和散射系数阈值分别为204～873和192～820 Mm-1,沈阳地区的大气消光性质属于典型的“城市污染型”,其特点是城市空气质量污染较为严重,城市中的气溶胶由不同比例的水溶性粒子、沙尘性粒子和煤烟性粒子组成,这些特征在以往对于该地区的相关研究中得到了验证(洪也等,2011;刘宁微等,2012)。

表12010年沈阳地区大气消光系数及其消光组分

Table 1Atmospheric extinction coefficients and their components in Shengyang area in 2010

Mm-1

2.2　消光的日变化

图1为各消光组分和能见度日变化的季节分布。冬季,总消光系数和气溶胶散射系数的日变化呈双周期峰、谷型分布,05—06时(北京时间,下同)和20时达到峰值,15时和凌晨02时降至谷值。春季消光系数的日变化与冬季相似,只是数值明显偏低。秋季和夏季,总消光系数和气溶胶散射系数的日变化呈单周期峰、谷型分布,00—01时和09时分别达到峰、谷值。各个季节的能见度与总消光系数及气溶胶散射系数基本呈反向变化趋势,均在14—15时和06—09时分别达到峰、谷值。与丁峰等(2012)2009—2010年在南京北郊的观测结果(气溶胶散射系数具有明显的季节变化特征,春季最低,秋季最高,冬夏季数值相近)差别较大。

图1　2010年各消光组分和能见度日变化的季节分布　　a.冬季b.春季;c.夏季;d.秋季Fig.1　Seasonal patterns for diurnal variations of extinction components and visibility in 2010　　a.winter;b.spring;c.summer;d.autumn

由2010年各消光组分及相关气象因子的日变化(图2)可以看出,总消光系数和气溶胶散射系数在一天内呈单周期峰谷型分布,05—06时达到峰值,15时达到谷值。究其原因,沈阳地区气温在20时—次日05时持续降低,导致相对湿度不断增大,而且静风、微风等条件也不利于污染物的扩散与输送而造成污染物浓度偏高。大气中水汽含量的增加和气溶胶的吸湿特性会起到消光作用,降低能见度。相反地,06—19时,相对湿度降低,风速增大,大气垂直湍流加强,污染物浓度降低,大气消光减弱,能见度升高。

图2　2010年各消光组分及相关气象因子日变化的平均分布Fig.2　Average pattern for diurnal variation of extinction components and related meteorological factors in 2010

2.3　不同天气现象下消光系数的分布

在2010年全年6 498 h的有效数据中,分别挑选出雨、雪、霾和晴天出现的所有时次,探讨不同类别天气现象出现时的大气消光特征。其中,雨、雪的挑选根据沈阳地面自动气象站的观测资料,霾的挑选根据我国的气象行业标准《霾的观测和预报等级》(中国气象局,2010),去除雨、雪、霾、雾、沙尘(包括:浮尘、扬沙、沙尘暴)等天气现象之后,剩余的时次记为晴天。统计发现,2010年雨、雪、霾和晴天的小时数分别为537、158、1 889和3 849,对应的平均大气消光特征见表2。可以看出,大气总消光系数在雪天最大(1 563.82 Mm-1),其次是霾天(827.54 Mm-1),晴天最小。

对可见光的散射,除尺度很小的气体分子(粒子半径α为10-4μm)为瑞利散射外,霾粒子(0.01 μm<α<1 μm)、云滴(0.5 μm<α<100 μm)、雨滴(α>100 μm)、由冰晶(α<300 μm)和雪晶(α<300 μm)组成的雪花均属于米散射或几何光学散射,由此造成不同天气现象下大气消光系数的差别。对于尺度较小的霾粒子来说,液态粒子对可见光的散射能力大于固态粒子;而随着尺度的增大(α～102μm),固态粒子对可见光的散射能力大于液态粒子(盛裴轩等,2005)。在辐射波长和消光粒子数目一定的条件下,随着消光粒子尺度的增大,其散射和吸收效应增强,消光性能增强(Liou,2002),而单位体积内消光粒子数目的增多也时造成消光性能的增强重要原因(类成新等,2010)。由此可以解释雪天大气消光系数最大,而霾天消光系数大于雨天和晴天的原因。

表2各天气现象下的消光系数

Table 2Extinction coefficients in each weather phenomena

Mm-1

2.4　气溶胶消光与大气颗粒物之间的关系

由于气溶胶在大气中的消光贡献远远大于气体分子,因此有必要了解大气中的气溶胶粒子含量与消光之间关系。本研究分别对大气可吸入颗粒物数浓度和质量浓度的小时数据与大气气溶胶粒子消光特征进行了相关分析(样本数分别为5 628和6 416)。

将各粒径段的粒子按直径分为三档:粗粒子PM2.5～10、细粒子PM1～2.5和微粒子PM1(马雁军等,2012),它们的数浓度、质量浓度与气溶胶消光系数的相关系数见表3。

表3气溶胶浓度与消光系数的相关系数

Table 3Correlation coefficients between aerosol concentrations and extinction coefficients

数浓度与消光系数的相关系数质量浓度与消光系数的相关系数粗粒子0.0281)0.0461)细粒子0.0652)0.0132)微粒子0.4182)0.3802)

注：1)表示通过0.05信度的显著性检验;2)表示通过0.01信度的显著性检验.

与数浓度相比,颗粒物的质量浓度与气溶胶消光系数的相关性明显偏小。数浓度与气溶胶消光系数的相关性显著,这种相关性随着粒径的减小而增大。微粒子PM1数浓度与气溶胶消光系数小时值的散点(图3)分布表明,两者之间呈幂函数分布,相关显著(相关系数为0.371,样本数为5 628)。

图3　PM1数浓度与气溶胶消光系数小时值的散点图Fig.3　Scatter diagram of hourly aerosol extinction coefficient versus number concentration of PM1

相对于粗、细粒子来说,微粒子数浓度与气溶胶消光系数的相关性要明显得多,可以判断其消光贡献也更大,这与2005年天津的观测结果吻合(董海燕等,2009)。这是由气溶胶的谱分布特征造成的:在单位体积内,微粒子PM1的平均数浓度可以达到2.80×106cm-3,比粗、细粒子的平均数浓度高三个数量级,从而造成消光性能的增强(Liou,2002)。

3结论与讨论

1)不同时间尺度下,气溶胶消光与大气总消光系数的变化趋势都基本一致。总消光系数和气溶胶散射系数在一天内呈单周期峰谷型分布,05—06时达到峰值,15时达到谷值。2010年,沈阳大气总消光系数为622.72 Mm-1,冬季最大,夏季、秋季次之,春季最小。由此可见,沈阳地区的大气消光属于典型的“城市污染型”。

2)在不同的天气现象下,大气总消光系数在雪天最大(1 563.82 Mm-1),其次是霾天(827.54 Mm-1),晴天最小。

3)粗粒子、细粒子和微粒子数浓度与气溶胶消光系数的相关系数分别为0.028、0.065和0.418,相关性显著。这种相关性随着粒径的减小而增大,微粒子的消光贡献更大。

本研究利用大气能见度求出总消光系数,减去空气分子散射、吸收系数以及黑碳气溶胶吸收系数,得到气溶胶散射系数。然而,此法适用于晴空和多云的情况,在雨、雪天气下由于雪花、冰晶的散射作用同样很大,因此无法简单地对气溶胶散射系数进行计算。在没有浊度计观测结果的情况下,气溶胶散射系数可以通过其化学组成或复折射指数的方法来确定,这将是我们下一步的研究内容。

参考文献(References)：

Bergin M H,Xu J,Fang C.2001.Measurement of aerosol light scattering and absorption coefficient in Beijing during June,1999[J].J Geophys Res,106:17969-17980.

蔡子颖,韩素芹,刘爱霞,等.2012.天津夏季大气消光性质的研究[J].高原气象,31(1):150-155.Cai Ziying,Han Suqin,Liu Aixia,et al.2012.Study of extinction porperty of atmosphere in Tianjin in summer[J].Plateau Meteorology,31(1):150-155.(in Chinese).

Charlson R J,Ahlquist N C,Horvath H.1967.On the generality of correlation of atmospheric aerosol mass concentration and light scatter[J].Atmos Environ,2(5):455-464.

D’Almeida G A,Koepke P,Shettle E P.1991.Atmospheric aerosols:Global climatology and radiative characteristics[M].Hampton:A.Deepak Publilshing.

丁峰,朱彬,王飞,等.2012.南京北郊气溶胶粒子的光学散射特征[J].大气科学学报,35(6):689-696.Ding Feng,Zhu Bin,Wang Fei,et al.2012.Optical scattering characteristics of aerosol particles over the northern suburbs of Nanjing[J].Trans Atmos Scis,35(6):689-696.(in Chinese).

董海燕,韩旸,蔡斌彬,等.2009.天津市气溶胶折射指数及消光特征[J].环境污染与防治,31(4):28-32.Dong Haiyan,Han Yang,Cai Binbin,et al.2009.Optical characterization and refractive index of ambient aerosol in Tianjin[J].Environmental Pollution & Control,31(4):28-32.(in Chinese).

洪也,马雁军,韩文霞,等.2011.沈阳市冬季大气颗粒物元素浓度及富集因子的粒径分布[J].环境科学学报,31(11):2336-2346.Hong Ye,Ma Yajun,Han Wenxia,et al.2011.Wintertime size distribution of element concentrations and enrichment factors in ambient particulates in Shenyang[J].Acta Scientiae Circumstantiae,31(11):2336-2346.(in Chinese).

类成新,张化福,刘汉法.2010.煤烟气溶胶粒子对太阳辐射的消光特性研究[J].光学学报,30(12):3373-3377.Lei Chengxin,Zhang Huafu,Liu Hanfa.2010.Study of extinction characteristics of solar radiation by soot aerosols[J].Acta Optica Sinica,30(12):3373-3377.(in Chinese).

Li C,Marufu L T,Dickerson R R,et al.2007.In situ measurements of trace gases and aerosol optical properties ata rural site in northern China during East Asian Study of tropospheric aerosols:An international regional experiment 2005[J].J Geophys Res,112,D22S04.

林盛群,林莽,万军明,等.2009.香港大气能见度与污染物长期变化的特征和相互关系[J].中国环境科学,29(4):351-356.Lin Shenqun,Lin Mang,Wan Junming,et al.2009.Characterization and relationship of long-term visibility and air pollutant changes in the Hongkong region[J].China Environmental Science,29(4):351-356.(in Chinese).

刘宁微,马雁军,王扬锋.2012.辽宁中部城市群夏季大气能见度的观测研究[J].气象学报,70(4):814-820.Liu Ningwei,Ma Yanjun,Wang Yangfeng.2012.Observational study of atmospheric visibility in summer in the area of multi-cities in central Liaonin Province[J].Acta Meteor Sinica,70(4):814-820.(in Chinese).

Liu Q J,Cheng A Y S,Zhu J H,et al.2012.Ultraviolet Mie Lidar observations of aerosol extinction in a dust storm case over Macao[J].Spectroscopy and Spectral Analysis,32(3):625-629.

刘新民,邵敏.2004.北京市夏季大气消光系数的来源分析[J].环境科学学报,24(2):185-189.Liu Xinmin,Shao Min.2004.The analysis of sources of ambient light extinction coefficient in summer time of Beijing city[J].Acta Scientiae Circumstantiae,24(2):185-189.(in Chinese).

Liou K N.2002.An introduction to Atmospheric Radiation[M].Atlanta:Elsevier Science:91-109.

吕达仁,魏重,林海,等.1977.低层大气消光系数分布的激光探测[J].大气科学,3:199-205.Lv Daren,Wei Zhong,Lin Hai,et al.1977.Laser detection on the extinction coefficient distribution of lower atmosphere[J].Chinese J Atmos Sci,3:199-205.(in Chinese).

马雁军,刘宁微,洪也,等.2012.2011年春季辽宁一次沙尘天气过程及其对不同粒径颗粒物和空气质量的影响[J].环境科学学报,32(5):1160-1167.Ma Yanjun,Liu Ningwei,Hong Ye,et al.2012.The impacts on various particle sizes and the air quality caused by a dust weather process in Spring 2011 in Liaoning[J].Acta Scientiae Circumstantiae,32(5):1160-1167.(in Chinese).

McCartney E J.1988.Optics of the atmosphere:Scattering by molecules and particles[M].Beijing:Science Press.

Pilinis C.1989.Numerical simulation of visibility degradation due to particulate matter:Model development and evaluation[J].J Geophys Res,94:9937-9946.

Seinfeld J H,Pandis S N.1998.Atmospheric chemistry and physics:From air pollution to climate change[M].New York:Wiley-Interscience Publication:1128-1133.

邵振艳,周涛,史培军,等.2009.大气污染对中国重点城市地面总辐射影响的时空特征[J].高原气象,28(5):1105-1114.Shao Zhenyan,Zhou Tao,Shi Peijun,et al.2009.Spatial temporal characteristics of the influence atmospheric pollutant on surface solar radiation changes for Chinese key cities[J].Plateau Meteorology,28 (5):1105-1114.(in Chinese).

盛裴轩,毛节泰,李建国,等.2005.大气物理学[M].北京:北京大学出版社:310-352.Sheng Peixuan,Mao Jietai,Li Jianguo,et al.2005.Atmospheric physics[M].Beijing:Peking University Press:310-352.(in Chinese).

Silvia E D.2001.Aerosol impacts on visible light extinction in the atmosphere of Mexico City[J].Science of The Total Environment,287(3):213-220.

Titos G,Foyo M I,Lyamani H,et al.2012.Optical properties and chemical composition of aerosol particles at an urban location:An estimation of the aerosol mass scattering and absorption efficiencies[J].J Geophys Res,117,D04206.doi:10.1029/2011JD016671.

延昊,矫梅燕,赵琳娜,等.2008.中国北方气溶胶散射和PM10浓度特征[J].高原气象,27(4):852-858.Yan Hao,Jiao Meiyan,Zhao Linna,et al.2008.Characteristics of aerosol light-scattering and PM10concentration in North China[J].Plateau Meteorology,27(4):852-858.(in Chinese).

姚婷婷,黄晓锋,何凌燕,等.2010.深圳市冬季大气消光性质与细粒子化学组成的高时间分辨率观测和统计关系研究[J].中国科学:化学,40(8):1163-1171.Yao Tingting,Huang Xiaofeng,He Lingyan,et al.2010.High time resolution observation and statistical analysis of atmospheric light extinctionproperties and the chemical speciation of fine particulates[J].Science China Chemistry,40(8):1163-1171.(in Chinese).

Waggoner A P,Weiss R E,Ahlquist N C,et al.1981.Optical characteristics of atmospheric aerosols[J].Atmos Environ,15:1891-1909.

吴兑,毛节泰,邓雪娇,等.2009.珠江三角洲黑碳气溶胶及其辐射特性的观测研究[J].中国科学D辑:地球科学,52(8):1152-1163.Wu Dui,Mao Jietai,Deng Xuejiao,et al.2009.Blackcarbon aerosols and their radiative properties in the Pearl River Delta region[J].Science in China Series D:Earth Sciences,52(8):1152-1163.

于兴娜,袁帅,马佳,等.2013.南京北郊2011年春季气溶胶粒子的散射特征[J].大气科学学报,36(3):354-360.Yu Xingna,Yuan Shuai,Ma Jia,et al.2013.Scattering properties of aerosol in north suburb of Nanjing in spring 2011[J].Trans Atmos Sci,36(3):354-360.(in Chinese).

Yuan C S,Lee C G,Liu S H,et al.2006.Correlation of atmospheric visibility with chemical composition of Kaohsiung aerosols[J].Atmos Res,82(3/4):663-679.

Ziemba L D,Thornhill K L,Ferrare R,et al.2013.Airborne observations of aerosol extinction by in situ and remote-sensing techniques:Evaluation of particle hygroscopicity[J].Geophys Res Lett,40(2):417-422.

中国气象局.2010.QX/T 113—2010霾的观测和预报等级[S].北京:气象出版社.China Meteorological Administration.2010.QX/T 113—2010 Observation and prediction levels of haze[S].Beijing:Meteorological Press.(in Chinese).

Zhu W Y,Xu C D,Qian X M,et al.2013.Statistical analysis of the spatial-temporal distribution of aerosol extinction retrieved by micro-pulse lidar in Kashgar,China[J].The International Online Journal of Optics,21(3):2531-2537.

(责任编辑：张福颖)

Observational study on aerosol extinction characteristics in

Shenyang area

LIU Ning-wei1,2,3,MA Yan-jun1,YANG Su-ying3,WANG Yang-feng1

(1.Institute of Atmospheric Environment,China Meteorological Administration,Shenyang 110000,China;

2.Chinese Academy of Meteorological Sciences,Beijing 100081,China;

3.Nanjing University of Information Science and Technology,Nanjing 210044,China)

Abstract:This paper studies the high-temporal-resolution properties of atmospheric extinction,especially aerosol extinction,with the hourly data of relevant factors(including total atmospheric extinction coefficient,absorption coefficient of gas molecule,absorption and scattering coefficients of aerosol,and inhalable particle number concentration) for the year of 2010 in Shenyang area.Results show that the total extinction and aerosol scattering coefficients both show a single cycle pattern with a peak in 05:00—06:00 BST and a valley at 15:00 BST in one day.The total extinction coefficient is the highest in snowy days,then in hazy days,and it is the lowest in sunny days.The correlation coefficient between the aerosol extinction coefficient and the particle number concentration increases with the decreasing of particle size.

Key words:aerosol;extinction coefficient;scattering coefficient;particle number concentration

doi：10.13878/j.cnki.dqkxxb.20141015001

中图分类号：

文章编号：1674-7097(2015)04-0458-07P401

文献标志码：A

通信作者：刘宁微,博士生,副研究员,研究方向为大气环境与大气化学,ningweiliu@126.com.

基金项目:沈阳大气环境研究所基本科研业务经费项目(2013IAE-CMA05);气象关键技术集成与应用(面上)项目(CMAGJ2014M12);公益性行业(气象)科研专项(GYHY201406031);辽宁省科技攻关项目(2013229031)

收稿日期：2014-10-15；改回日期：2014-12-19