【摘 要】
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气溶胶对全球气候变化、空气质量和人体健康等都有重要的影响,是辐射强迫评估中不确定性最大的影响因子。对气溶胶光学特性及其相关参数的准确描述可以为区域气候模式中气溶胶光学特性参数化改进提供科学基础和有效的约束条件,对于减小辐射强迫评估中的不确定性有着重要意义。本研究于2018年1月-2020年12月在北京城区针对干状态下（RH<30%）PM1和PM10粒径下气溶胶光学特性开展了为期三年的近地面观测研究
【基金项目】
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国家自然基金面上项目我国背景区域关键气溶胶光学参数及其对辐射强迫影响研究（41675129）； 国家自然基金面上项目基于大气气溶胶数谱和吸湿性观测改进低能见度参数化方案研究（41875147）； 国家重点研发计划“我国大气重污染累积与天气气候过程的双向反馈机制研究（2016YFC0203305）”；
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气溶胶对全球气候变化、空气质量和人体健康等都有重要的影响,是辐射强迫评估中不确定性最大的影响因子。对气溶胶光学特性及其相关参数的准确描述可以为区域气候模式中气溶胶光学特性参数化改进提供科学基础和有效的约束条件,对于减小辐射强迫评估中的不确定性有着重要意义。本研究于2018年1月-2020年12月在北京城区针对干状态下（RH<30%）PM1和PM10粒径下气溶胶光学特性开展了为期三年的近地面观测研究,探究了气溶胶散射系数(σsp)、吸收系数(σap)、散射?ngstr?m指数（SAE）、单次散射反照率（SSA）、后向散射比（b）、不对称因子（g）、质量散射效率（MSE）等关键气溶胶光学特性参数的变化规律及其相互关系。这是首次在北京城区同步开展PM1和PM10粒径下气溶胶光学特性的长期观测。在整个观测期内,北京城区PM1、PM10和PM1-10粒径下气溶胶散射系数（550nm）的平均值分别为134.6±128.8 Mm-1、197.2±199.7 Mm-1和63.8±77.8 Mm-1。PM1、PM10和PM1-10粒径下气溶胶吸收系数的平均值分别为15.7±12.2 Mm-1、18.1±14.6 Mm-1和2.9±2.8 Mm-1。从年变化来看,气溶胶散射系数、吸收系数以及PM2.5的质量浓度的年均值呈现出下降的变化特征。2018年至2020年,PM2.5的质量浓度从52.7μg m-3下降到了38.9μg m-3,下降了26.2%。同一时期,PM1、PM10和PM1-10粒径下的散射系数分别下降了20.1%,24.7%和33.6%;PM1、PM10和PM1-10粒径下的吸收系数分别下降了40.8%、41.1%和44.4%,这在一定程度上反映出2018-2020年北京城区空气质量逐渐改善,同时需要更多的关注细粒子的控制。在整个观测期内,较高的SAE(PM1,1.92和PM10,1.53)、亚微米散射比（71.9%）和亚微米吸收比（86.8%）说明北京城区的气溶胶以细粒子为主,亚微米气溶胶是散射和吸收的主要贡献者。PM1和PM10粒径下气溶胶光学性质存在显著的季节变化。气溶胶散射系数的季节变化特征与PM2.5质量浓度的季节变化特征一致,春季散射系数和PM2.5质量浓度最大,这与观测期内春季发生多次重污染事件有关,这说明尽管近年来空气质量改善,但需要更多的关注春季的空气质量状况。而吸收系数则表现为秋冬高春夏低的季节变化特征,这与秋冬季节光吸收性气溶胶浓度比春夏季高有关。550 nm波段下,PM1和PM10粒径下的SSA分别为0.87±0.05和0.89±0.05,这说明北京城区散射性气溶胶占主导地位,吸收性的气溶胶主要出现在细粒子中。根据观测结果,本文进一步计算了大气层顶的气溶胶直接辐射强迫效率,结果发现PM1和PM10粒径下气溶胶直接辐射强迫效率分别为-23.9 W m-2和-24.7 W m-2。此外,根据气溶胶光学特性之间的关系可以看出随着散射系数的增加,SAE和亚微米散射比逐渐减小,这表明在混浊的大气环境中,细粒子的粒径分布向较大的尺寸转变,亚微米气溶胶对散射的贡献随着污染的加剧而降低。MSE随着散射系数的增加而逐渐变大,这表明在重污染时期,除了高气溶胶质量浓度,高MSE也是导致能见度下降的重要因素。
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