（环境工程专业论文）天津市灰霾天气下气溶胶消光特征研究.pdf

摘要 质量较差，日际变化大;与消光系数有关的几种主要指标的灰关联度序为 p m 2 5 ( 0 . 8 7 2 ) r h ( 0 . 6 8 3 ) n o . ( 0 . 6 7 7 ) n o 2 ( 0 .6 6 1 ) 0 3 ( 0 . 6 2 2 ) ; p m 2 s 与消 光系数具 有 较 好 的 相 关 性，p m 2 s 质 量 消 光 系 数 为3 .0 1 m 飞. 关键词:气溶胶灰忿散射系数p m2 s 谱分布 ab s t r a c t t h i s p a p e r i s m a i ll y f o c u s e d o n v i s i b i li t y d e c r e a s e p r o b l e m o f t i a n j i n .i n t h i s s t u d y , a s y s t e m i c s t u d y o n a e r o s o l e x t i n c ti o n o r h a z e a e r o s o l e x t i n c t i o n i s m a d e . f i r s t l y , w e a n a l y s i s t h e s c a tt e r i n g c h a r a c t e r i s t i c s o f a e r o s o l o v e r t i a n j i n c i t y b y t i m e s e r i e s m o d e l . a s t a t i s t i c w o r k o n v i s i b i l i t y v a r i a t i o n i n t i a n j i n f r o m 1 9 5 6 t o 2 0 0 4 i s d o n e a n d a gr e y gr e y m o d e l g m ( 1 , 1 ) i s e m p l o y e d t o e s t i m a t e t h e li g h t e x t i n c t i o n i n t i a n j i n . w e a n a l y s i s t h e c h a r a c te r i s t i c s o f a e r o s o l p a r ti c u l a t e n u m b e r d i s t r i b u t i o n i n e a r l y s u m m e r i n 2 0 0 5 b y g r i m m s ( 1 . 1 0 9 # ) , o n w h i c h a r e s o l p h y s i c a l f e a t u r e i s o b t a i n e d . b y n e p h e l o m e t e r m9 0 0 3 m o n i t o r i n g w o r k , t h e s c a tt e r i n g c o e f fi c i e n t v a r i a t i o n a n d m a i n e x t i n c t i o n f a c t o r o f t i a n j i n i s a n a l y s i e d . t o b e t t e r k n o w h a z e a e r o s o l a e r o s o l o p t i c a l c h a r a c t e r i z a t i o n , a p m 2 s m a s s con c e n t r a t io n r e c o n s t r u c t i o n a n d f u r t h e r a n a l y s i s i s a l s o m a d e t h r o u g h i t s c h e m n i c a l c o m p o n e n t s . t h e r e s u l t s a r e p r e s e n t e d a s f o ll o w : ( 1 ) v i s ib i l i t y i n t i a n j i n i s n o t g o o d i n t h e p a s t d e c a d e s n o r w i t h m u c h d e c r e a s e ; f o r s e a s o n a l v a r i a b i l i t y s t a t i s t i c r e s u l t s h o w s t h a t v i s i b i li ty i n i s t h e b e s t w h i l e i n w in t e r i s t h e p o o r e s t ; t h e r e a r e d i s t r i c t v a r ia t i o n s b e t w e e n t h r e e t i p ic a l d i s t r i c ts o f t i 咧i n : v i s i b i l i t y i n t a n g g u d i s t r i c t i s t h e b e s t o f t h e t h r e e , j i x i a n t a k e 阮 s e c o n d p l a c e , t i 咧i n ( c e n t r e o f t h e c i t y ) i s t h e l a s t o n e ; a c c o r d i n g t o o u r s t a t i s t i c s v i s i b i l i t y a t 8 : 0 0 a m i s t h e p o o r e s t i n t h r e e d i s t r i c t s . ( 2 ) s in c e 1 9 8 0 s , v i s i b i li ty i n t i a n j i n h a s p r e s e n t e d d iv e r s e d e gr e e o f d e c r e a s e , w i t h a d e c r e a s i n g r a t e o f 0 .0 7 8 k m / y e a r i n t h e c e n t e r o f t i a n j i n c i ty . h a z e d a y s i n c r e a s e d r a p i d l y a f t e r 1 9 9 0 s , w h i c h r e a c h e s 1 4 2 i n 2 0 0 3 . i t a l s o i n d i c a t e s t h a t li g h t e x t i n c t i o n i n t i a n j in i s i n c r e a s i n g a t a r a t e o f a lm o s t 0 .0 0 2 k m 71 / y e a r ,to s o m e e x t e n t , t h is r a t e is a g g r a n d i z 吨 a s t i m e g o e s b y . ( 3 ) t h e p a rt i c u l a t e n u m b e r d i s t r i b u t i o n o f t i a n j i n i s o f a s i n g l e - n a r r o w p e a k e d t y p e , a n d t h e a e r o s o l a r e a d i s t r i b u t i o n i s o f a t h r e e p e e k t y p e a s t h a t i n m a n y c i t y s o f c h i n a . a e r o s o l v o l u m e d i s t r i b u t i o n i s n o t o b v i o u s i n t i a n j i n ,w i t h 2 2 . 1 % i n a c c u m u la t io n m o d e . 7 7 .9 % i n c o a r s e p a rt i c l e m o d e . () a e r o s o l d i s t r i b u t i o n s i n e a r l y s u m m e r o f t i a n j i n a r e f i tt e d w i t h p i e c e w i s e i i i a 山别 扭d t e c h n i c u s i n g j u n g e a n d d e i r m e n d j i a n d i e t r i b u t i o n s . i t f i t s l u n g e + d e i r m e n d j i a n + d e i r m e n d j i a n a t t h r e e p a r ts o f a e r o s o l r a d i u s r 0 . 2 u m, 0 .2 r h ( 0 . 6 8 3 ) n o , ( 0 .6 7 7 ) n o z ( 0 .6 6 1 ) 0 3 ( 0 .6 2 2 ) . t h e c o n c e n t r a t i o n o f p m 2 3 i s c o r r e l a t iv e t o t h e t o t a l li g h t e x t i n c t i o n ( r = 0 . 9 5 ) , a n d t h e e x t i n c t i o n c o e f f f i c e n t o f p m 2 s c a lc u la t e d i n th is s t u d y is 3 .0 1 in 2 / g . k e y w o r d s . a e r o s o l h a z e e x t i n ct i o n c o e ffic i e n t p m2 3 s i ze d i s t r i b u t i o n i v 南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解南开大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容:按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本;学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、 缩印、 扫描、 数字化或其它手段保存论文; 学校有权提供目 录检索以 及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务; 学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电 子版; 在不以赢利为目 的的前 提下，学校可以 适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学 位 论 文 作 者 签 名 : 为t ) -; q 0 7 年 1月引日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在 本授权书。 年解密后适用 指导教师签名: 9- , 1- 4 学位论文作者签名: 为切 色 解密时间: 年月日 各密级的最长保密年限及书写格式规定如下: 内部 5 年 ( 最长5 年，可少于5 年) 秘密1 0 年 机密 2 0 年 ( 最长 1 0年， ( 最长 2 0年， 可少于1 0 年) 可少于 2 0年) 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明: 所呈交的学 位论文， 是本人在导师指导下， 进行 研究工作所取得的成果。 除文中已 经注明引用的内 容外， 本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、 已 公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体， 均己 在文中以明确方式标明。 本学位论文原创性声明的法律责任 由 本人承担。 学 位 论 文 作 者 签 名 : 为 o 0 7 年 9月 ; i 日 第一章引言 第一章引言 第一节研究意义 大气气溶胶是指大气与悬浮在气中的固体和液体微粒共同组成的多相体 系。通常是指悬浮在大气中直径小于l o u m 的微粒，根据其粒径范围可分为三种 模态: 爱根核模态( d p o . l u m ) ， 积聚模态( o . l u m 粒子数 浓度采样间隔为1 分钟。 2 0 0 6 年1 0 月1 0 日 至2 1 日 ，为考察颗粒物消光特征， 进行m 9 0 0 3 浊度仪 加密观测， 并对p m 2 s , p m i o 和t s p 做半小时切割头转换， 同期记录s 0 2 , n o x , 03浓度值，时间间隔均为 1 分钟，该数据由 天津天津市气象科学研究所大气边 界层梯度观测站提供。 。 分别于2 0 0 6 年8 月、1 0 月、1 2 月三个月进行滤膜样品采集。 采集时间为 1 2 或2 4 小时连续采样 ( 视污染情况而定) 。 使用仪器为南开大学颗粒物重点实 验室自 行开发研制的n k - 1 型双通道采样器2 台， 单通道采样器两台， 四台采样 器采集流量均为 5 1 / m i n ，同时采集 p mi o . p m 2 s 有机无机滤膜样品，采样器使 用滤膜为两种，分别为直径 4 7 m m聚丙烯滤膜和石英膜。同时配合使用的观测 仪器有澳大利亚e c o t e c h公司的m9 0 0 3 浊度仪进行颗粒物散射系数观测。 第二章 第二节 外场实验及仪器简介 灰理的观测仪器 2 .2 . 1 能见度测量仪器回顾 能 见度测量仪器从原理上看， 一般分为 透射型、 散射型和衰减型7 4 。 理论 基础是1 8 7 6 年a ll a r d 提出的 大气灯光 照度传输公式 及1 9 2 4 年k o s c h m i e d e r p s 提 出 的白 天目 标物视程理论125 1 。国内以目 测为主， 也有很多 研究尝 试利用 颗粒物 质量浓度的 观测数据来推算大气能见度 ( 1 7 1 。当 前测量 颗粒物质量浓度的主要仪 器是颗粒物质量检测器。 有人尝试利用光学粒子计数器( o p c ) 测量大气气溶胶 粒子数密度， 来计算 大气颗粒物浓度和能 见 度取 得了 较好的效果【2 6 1 . l a n e .和 c a n利用化学组分分析对颗粒物的散射消光系数进行了 计算， 发现理论值和观测 值可以 很好 地 吻 合17n . b a ik 等 人 采 用 类 似 方 法 ， 发 现 细小 的 颗 粒 物污染 可以 导 致 烟 雾日 发 生 125 1 . 也 有 应 用l a n d s e t t m ( t h e m a t ic m a p p e r ) 和s p o t h r v ( h ig h r e s o l u t i o n vis i b l e ) 进行大尺度的履的观测25 2 . 2 . 2 m9 0 0 3 积分浊度仪简介 2 .2 .2 . 1仪器概述 浊度仪作为一种气溶胶散射系数的监测仪器，能很好的对大气气溶胶的散 射系数进行实时监测。 早在5 0 年代就已 经发明了第一台积分是浊度仪。积分散 射度仪除了可以直接测量大气的散射系数外， 还具有以下优点:一是可以连续 自 动的观测，一是仪器可以比较方便的定标，而且，如果控制进入散射体积中 空气样品的温度和湿度，可以研究不同湿度条件下的气溶胶的散射系数。 m 9 0 0 3 不透明度/ 浊度计是e c o t e c h公司生产的适用于一般环境监测的精密 仪 器。 m 9 0 0 3型是 用 标 准积分的 几 何原 理来 检 测光散 射衰 减系 数( b y ) 的 浊 度 / 能 见度 测定仪本仪器为 绿光标准型5 2 0 n m . m 9 0 0 3 浊度仪可测到的 ( 粒子 ) 范围 很 广 ， 从 不 足1 0 % 的 大 气 瑞 利 ( b , e 0 4 1 尹 tie 6 尹 ti ti尹 ti ti尹 ti tie ti 6 ti 0 e e 合 广 、 ，/ 、 厂 六 。i i 丫 一 / 口乙/v 丫 勺 万 图3 . 7 1 9 8 0 2 0 0 4 灰挂日 数变化统计 3 . 4 .5 结论 本节对天津地区能见度现状分析得出以下结论: ( 1 ) 从8 0 年代开始，天津市区能见度整体呈下降趋势，自1 9 9 0 年起，年 均能见度降至l o k m 以下，但总体下降趋势较缓，年均下降速率为一 0 . 0 7 8 k m / 年; 塘沽区站能见度较好，但下降趋势远大于天津市区站，年均下降速率为 - 0 . 2 4 8 k m / 年。 ( 2 )就季节变化看，不同于上世纪 5 0 - 7 0年代夏季能见度最好，冬季最 差，8 0年代后，天津市区能见度呈现冬季 ( 1 1 , 1 2 , 1月份) 最差，夏季能见 度次之;春秋季风沙较大，不宜灰握发生，平均能见度较好，但两季较短，故 全年大多数时间能见度较差。 ( 3 ) 天津市区雾与轻雾在长期以 来， 均呈现了 不同 程度的增加，自 然雾 的生成变化不大，且呈现一定的周期性规律;雾日 变化不大，轻雾的日数呈现 明显的增长趋势。 ( 4 )以相对湿度和能见度界定灰履，统计发现，8 0 年代天津市灰握日数基 第三章 天津市能见度统计及预测分析 本维持在1 0 0 天以内， 9 0 年代后，尤其近年来，灰拔日 数大量攀升，2 0 0 3 年创2 0 余年来最高水平，达1 4 2 天。 第五节消光趋势预侧 3 . 5 . 1 握的衰减预测模式 握是大气中最常见的自 然现象。 如果己知其浓度、尺度分布和复折射指数 等特征， 它的 衰减系数 就可