2014年在北京的APEC期间的气溶胶粒度分布和垂直反向散射特征外文翻译资料

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2014年在北京的APEC期间的气溶胶粒度分布和垂直反向散射特征

理论：

在2014年亚太经合组织会议期间，北京及周边省份的空气质素

由于北京实施了一系列严格的排污控制措施，大大改善了。但是，11月4日5日发生中度雾霾。为了评估排放控制措施，研究雾霾的形成机理，从25级开始，基于超光和激光雷达网络进行综合现场观察。2014年10月至2015年1月20日。通过调查气溶胶数量浓度的变化，得知在APEC期间，以及它之前和之后的平均后向散射系数均为数累积模式，以及粗模粒子的浓度经历了最大的影响之后下降了47%和68％，平均后向散射系数低于1公里，在亚太经合组织时期下降了34％，被称为“快速积聚和快速分散”，中度雾霾会发生在亚太经合组织时期可能是由于向南方向转向的一个风向和增加到4米/秒的风速，同时二氧化硫也只涉及羽状成核而没有生长的大小的变化。在雾度期间同时观察到范围在100和300nm之间的颗粒的爆发这一插曲。二氧化硫浓度和颗粒数浓度的升高的幅度与南风相关，这表明了区域运输的贡献。观察激光雷达网络可发现，气溶胶后向散射系数在三个位置之间依次增加且沿西南路线，这表明气溶胶可能从西南运往北京东北，速度约为17公里/小时，与航空运动一致。这是由混合单粒子拉格朗日综合轨迹（HYSPLIT）建模的群体。双波长激光雷达（355和532 nm）观察表明，高层气氛（约2公里）种细颗粒的运输可能是阴霾的潜在来源。我们的结果表明区域性运输将有助于北京在这种气象条件下形成雾霾因此，为了维持“亚太经合组织蓝色”，要大力注意控制区域运输通过西南航道。

1. 介绍

随着经济快速发展和城市化进程，中国一直遭受严重的烟雾污染。大部分阴霾事件发生一些特别是在大容量集群的地域范围，如北京，天津，河北（BTH），珠江三角洲地区，三角洲和长三角（Parrish和Zhu，2009）。对于区域雾霾的形成机制，近年来已经进行了广泛的调查研究（Sun et al。，2014; Zhaoet al。，2013; Zheng et al。，2015）。但是，区域阴霾的来源，如地方来源与区域运输，以及初级排放量与二次生产这些方面仍然很不确定。

北京是中国最大的城市之一，多年来一直受到严重的阴霾污染。政府已经采取一些严厉措施如削减钢厂，燃煤电厂等重工业企业数量，限制减少污染物排放的机动车数量等，从本地来源来控制污染。然而，尽管大力减少空气污染物排放量，阴霾天数却仍在增加（Cao等，2014）。这样情况的一个重要原因是，雾霾形成是区域周边工业区域到北京的区域性污染物运输形成

的特殊气象。北京位于华北平原腹地（NCP），三面环山。这个城市遭受南方地区运输带来的污染物;由于气候条件恶劣和半流域地形，使这些污染物留在北京，造成区域性阴霾（Zhu等，2011）。 Wang等（2013a），使用嵌套空气质量预测建模系统，发现区域性相邻来源的颗粒物运输对北京PM2.5的浓度有很大贡献。 Pu等（2015年）调查了远程运输对气溶胶的影响，基于在NCP的背景网站上的一组6年PM2.5数据和轨迹聚类方法;他们得出结论：污染的日轨迹主要来自于NCP的南部和东南部的空气质量Wang等（2015），调查了北京PM2.5的运输和区域来源，通过潜在的来源贡献函数和轨迹部门分析，发现区域排放源的可能位置。排放源主要位于北京南部和西部。上述研究从建模的角度调查了区域运输（Pu et al。，2015; Wang et al。，2013a，2015; Wu et al。，2011）。

然而，很少有研究能从实地运动的角度探索区域交通，区域运输的特点仍然不明朗。在这项研究中，采用综合性的田野运动进行了各种技术的调查，研究了的区域运输及其潜力。

2014年5天长的APEC会议由中国北京主办。2014年11月11日，与亚太经合组织经济领袖会议（AELM）在雁栖湖举行。在此期间为了实现良好的空气质量，会议期间采取了一系列严格的排放控制措施，这些都在亚太经合组织会议期间和之前被采纳，包括减少流量和暂停污染工厂生产。同时，也使内蒙古，河北，山西，山东等省的许多邻近城市对车辆和工厂进行了积极的控制以减少排放。因此，北京的空气质素在亚太经合组织会议期间还可以。但是，尽管温和有效地实施了排放控制措施，但也发生了雾霾。为了评估排放控制措施的可行性，研究中度雾霾的形成机理，我们设立了一个在焉耆湖附近的激光雷达网络和西南边的一个通过途径。这个实地考察持续了将近三个月，从2014年10月25日至2015年1月20日。

2.方法论

2.1中国科学院大学的超级网站系统

在北京东北部的怀柔区的中国科学院大学（UCAS）的雁栖湖校区建立了一个超级网站系统，由一个蓝色的空洞圆图指示，如图1所示。该厂址位于雁栖湖以北，湖那边是举行AELM的新日出凯宾斯基酒店。雁栖湖位于燕山山脉的边缘，西北山风和南极气流占主导地位。西风山风相对干净;然而，来自南部城市地区的气流可能会由于人为因素带来排放。该网站主要受中国国道111号车辆排放和静止的来自高速公路的农村定居点的移动源的影响，。气体污染物浓度和气溶胶性质，包括质量浓度，粒度分布和光学性质等，都是用驻扎在UCAS教学顶层的一套精密仪器同时测量建立。通过使用一个扫描移动粒子分选仪（SMPS）和空气动力学粒度仪（APS）测量气溶胶数量尺寸分布。SMPS（Grimm Aerosol Technik Gmbh，德国）由Am-241中和剂（5.522型），长期维也纳型差速移动分析仪（L-DMA，型号55-

990）和凝结颗粒计数器（CPC，型号5.403）组成，测量从11.1到1083.3 nm的粒子迁移率

（Heim等人，2004），可以进行尺寸分布反演使用制造商提供的软件（GRIMM 5.477版本Rezerchl（1991）可以详细描述了这一点。 APS（型号3321; TSI Inc.，St.Paul，MN，USA）测量0.5至20mm的颗粒空气动力学尺寸（Peters和Leith，2003）。气溶胶仪器管理软件（AIM，TSI）进行空气动力学粒度分布的反演。最后为了结合两个测量结果，通过使用颗粒密度从空气动力学到斯托克斯直径大于500nm的颗粒为1.7g cm -3（Wehner等人，2008），使APS结果被转化。此外，由于布朗尼，采样线中的颗粒损失，以及考虑了扩散和引力沉降

通过使用扩散干燥器将环境气溶胶的RH干燥至lt;30％，然后通入分流器的分流器使其作为样品流入SMPS和APS。鞘流的RH使用另一种扩散干燥器将SMPS干燥至lt;20％，然后通过HEPA过滤器，然后发送到DMA。样品流动和护套流动的温度和湿度由数字湿度和温度传感器测量（SHT11; Sensirion中国有限公司）并记录每一分钟确保在干燥下测量气溶胶大小分布条件;因此，不考虑吸湿增长，通过使用锥形体连续监测PM2.5元件振荡微量天平（TEOM 1405; Thermo Scientific）。通过脉冲荧光（模型）测量二氧化硫（SO2）43i; Thermo Scientific），一氧化碳（CO）通过气体过滤器测量（型号48i; Thermo Scientific），臭氧（O3）（型号49i; Thermo Scientific）和氮氧化物（NO，NO 2，NOx）（型号42i; Thermo Scientific）通过紫外光度法

测量。这四种气体分析仪的精度值为1.0 ppb，0.1 ppm，0.5 ppb，和0.4 ppb。气象数据包括温度，相对湿度，大气压力，风向和风速，被MetPak自动气象站（GillInstruments Ltd，Lymington，UK）。除此之外还有一个多普勒风力激光雷达（Windcube 8，Leosphere，Orsay，France）也部署在同一个地方，它从40到320米的空间获得风廓线的位置，分辨率为20米，时间分辨率为10分钟。

2.2激光雷达网沿西南路

以前的模型研究表明，，由于地形和气象条件的影响（Wu et al。，2011; Zhu et al。，2011），

西南地区是一个大气颗粒从南部地区运输到北京的一个重要道路，为了研究沿着区域运输的潜力粒子的特点，我们建立了由三个激光雷达组成的激光雷达网络，监测站设在西南的六里河，研究所中心在大气物理（IAP）和东北的UCAS，分别如图1中的蓝点所示。 1。在地面建立激光雷达系统测量气溶胶的空间和时间变化的运动和后向散射系数（Chen et al。，2014），气溶胶弹性反向散射同轴激光雷达使用脉冲发射短脉冲的Nd：YAG激光器355 nm（脉冲能量76.5 mJ）和532 nm（脉冲能量50 mJ），重复频率为20 Hz。脉冲持续时间顺序为6e9 ns。光束被扩大了4倍，接收激光雷达系统的望远镜是基于卡塞格伦设计的。主反射镜的直径为400mm，二次反射镜为9毫米。反向散射信号是收集并集中在望远镜的焦点。不同应用适合于每个波长的干涉滤波器进行选择。激光雷达波长也会大气背景白天和夜间操作时的辐射干扰。激光雷达信号在355nm和532nm处由光电倍增管检测。一个Licel瞬态记录仪用于模拟和数据采集，光子计数第一次把模拟检测光电倍增管电流和单光子计数结合在一起

采购系统。强大的模拟数字（A / D）转换器（40位的12位）与250 MHz的快速组合使光子计数系统增加了采集信号的动态范围。以20 MHz采样率，空间分辨率可以达到7米。对瞬态记录仪的控制以及执行数据的初步和最终处理可以通过PC上的LabView程序来进行，我们可以使用Klett方法检索355 nm和532 nm处的粒子反向散射系数（Klett，1981）。另外，将两个波长处的气溶胶反向散射系数组合得到一个反向散射相关Aring;ngstrom指数，可以提供关于粒径的信息，由于激光束和接收机的视野之间的不完全重叠，错误可以被引入到低海拔的后向散射系数的反演中。描述激光束截面分数的因子的几何重叠可以作为由理论计算或实验确定的函数被包含在由接收机视野内。理论重叠因子的计算往往很难，因为可靠光学元件的知识，例如激光束截面中的实际光分布，光束发散波束方向，接收机单元的特性等一般不可用（Wandinger和Ansmann，2002）。重叠轮廓可以通过在晴朗的天空条件下使用激光雷达进行水平测量的实验确定（Sasano等，1979）。通过假设气氛是水平均匀的，我们已经能够发现当距离范围超过280米时，几何重叠因子接近统一。因此，300米以上的激光雷达测量以后可以在在这种分析中使用。

2.3太阳光度计

光照计测量气溶胶光学深度（AOD）是由Aerosol Robotic Network（AERONET）网站（http：//aeronet.gsfc.nasa.gov）用激光雷达测量来验证的。太阳光度计（型号CE318，CIMEL电子）

可以在340 nm到1640 nm之间的八个光谱带中直接测量太阳（Holben等，1998）。作为网络的一部分，北京网站（39.98*10的三次方厘米N，116.38*10的三次方厘米E）（Xia等，2006）在IAP中处于屋顶的位置。我们在这里提供的AERONET数据是北京网站的2.0级质量保证数据集。 AOD在波长为532nm处，与激光雷达的波长一致，也是AOD在440nm处使用的Aring;ngstrom指数的一部分（440euro;e675 nm）。

2.4返回轨迹模型

NOAA / ARL（国家海洋和大气管理局/空气资源实验室）混合单粒子拉格朗日综合轨迹（HYSPLIT）模型（Draxler等，2014）是用于计算空气质量的向后轨迹。 向后延伸到三个地点的72小时的空气质量在阴霾发作期间的西南路径可以计算出来来研究空气质量运动与地区运输之间的关系。起始位置分别为UCAS（40.41*10的三次方厘米N，116.68*10的三次方厘米E），IAP（39.98*10的三次方厘米N，116.38*10的三次方厘米E）和Liulihe（39.61*10的三次方厘米N，116.03*10的三次方厘米E），。对于每个起始位置，有多个轨迹，通过设置12小时的时间间隔来获得更好的模拟以洞察空气质量轨迹的变化。轨迹越长，平均运输速度越高，这是因为空气质量在12小时内通过更长的距离。500米的高度被选为起始高度，这是因为它是具有代表性的远程运输，可能没有当地的由建筑物，树木和其他物体引起的风力（Park et al。，2007）。

3.结果与讨论

3.1亚太经合组织排放控制措施评估

3.1.1现场和激光雷达测量的验证

原位和激光雷达测量的验证为评估的准确信息提供了准确的信息，来制定排放控制措施。为了验证气溶胶的光学性质，通过激光雷达测量，进行与PM2.5和AOD的比较以验证近地表处的激光雷达测量并在垂直列上。在UCAS， PM2.5和后向散射系数的观测同时进行，由于激光雷达的全部重叠高度约为280米，选择300米高的后向散射系数与近地表测量的PM2.5进行比较，如图所示图。 2a。 300米高的气溶胶后向散射系数与PM2.5（R2 = 0.80）良好相关，表明其较低部分边界层混合均匀。为了进行柱比较，将日光光度计测量的从AERONET获得的AOD与Lidar衍生的AOD进行比较。激光雷达导出的AOD可以通过整合激光雷达来计算测量消光系数与高度。由于在气溶胶后向散射系数和消光系数（即激光雷达比）之间的关系无法从单单弹性反向散射信号中获得，我们选择了r由Xie等人（2010）计算的消光系数参考值48

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