重雾霾过程中气溶胶的辐射效应

论文总字数：15642字

目 录

摘要1

Abstract2

1 引言3

2 观测资料与方法3

2.1观测地点与时间 3

2.2观测数据来源4

2.3数据的处理 5

3.结果与讨论6

3.1重雾霾过程中日总辐射的变化趋势6

3.2重雾霾过程中直接辐射和散射辐射的变化趋势6

3.3重雾霾过程中的反射辐射和反射比的变化趋势 8

3.4重雾霾过程中净全辐射的变化趋势 9

3.5重雾霾过程的AOD的变化趋势 10

3.6各辐射量在重雾霾期间发生变化的原因 13

4.结果与展望 14

4.1主要结论14

4.2不足与展望 14

参考文献 15

致谢 16

重雾霾过程中气溶胶的辐射效应

高雅文

摘要：针对2016年12月份17日到21日北京的一段长时间的重雾霾过程，研究重雾霾过程中气溶胶辐射作用。采用控制变量法对2016年11月和12月的北京空气质量指数和太阳辐射数据进行定量分析。并将观测得到的日直接辐射量和散射辐射量，日总辐射量，反射辐射量，净辐射量分别与空气指数进行比较分析，然后将pm2.5和气溶胶光学厚度进行比较分析。结果表明，在排除了云雨的影响条件下，北京的重雾霾时期，辐射日总量和直接辐射量减小，散射辐射量先增大后减小，气溶胶光学厚度在各波长增大。

关键词：空气质量指数；重雾霾；太阳辐射量；气溶胶光学厚度

Aerosol radiation effects during heavy haze

Yawen gao

atmosphere physics，NUIST，Nanjing 211044，China

Abstract: In view of the prolonged heavy haze process in Beijing from December 17 to December 21, 2016, the effects of aerosol radiation during heavy haze were studied. A quantitative analysis of the Beijing Air Quality Index and solar radiation data for November and December 2016 was conducted using the control variable method. The amount of daily direct radiation, scattered radiation, total daily radiation, reflected radiation, and net radiation obtained from the observation were compared with the air index. The relationship between aerosol optical thickness and pm2.5 was also analyzed. The results show that, excluding the influence of cloud and rain, in Beijing's heavy fog and haze period, the total amount of radiation and the amount of direct radiation decrease, and the amount of scattered radiation first increases and then decreases, and aerosol optical thickness increases at each wavelength.

Key words: Air Quality Index; Heavy haze; Solar radiation; aerosol optical thickness

1. 引言

降水和云量对太阳辐射有着很大的影响。经纬度等地理气候，大气中的气溶胶等对太阳辐射有着很大的影响。在文献中我们可以得知，云量对太阳辐射有着很大的影响^[1]。在已知的太阳辐射量计算中，针对不同的气候和云层变化可以建立不一样的模型。由大量的辐射数据可以得到的经验参量，能够较为精确的得到各种辐射量。

雾和霾，是两种自然界的天气现象。虽然，有雾霾的说法，但是雾和霾相差比较大。首先，构成霾的是空气中的灰尘，硝酸，以及硫酸等颗粒物和微粒，属于气溶胶物质系统。这种系统会影响能见度，对人类的日常出行造成很大的影响。除此之外，霾已经被确定对人类的生命健康有一定的影响，所以研究霾早已经成为了一个热门话题。而雾是一种完全不同的系统，当相对湿度较大的时候，某些空气中的气溶胶微粒因为吸水性强的愿意会吸水长大，并且活化。这就会成为凝结核，会产生更多，和更小的云雾滴。这也会使得能见度降低。

能见度是一个衡量雾霾是否严重的标准之一，重雾霾对人类正常的生产生活会造成很大的影响。在没有阴云和降水的雾霾天气中，大气能见度十分的底下。显然，我们可以推测太阳辐射量必然会收到影响。

为了研究在晴天，雾霾天以及重雾霾天气下，辐射量的变化，研究重雾霾对太阳辐射具有重要的意义。本文以北京为例子，对晴天下，雾霾天下，重雾霾下的总辐射量，散射辐射量，反射辐射量，净全辐射量进行比较分析，研究它们的变化趋势。

我们选取的时间在2016年的11月末到12月下旬，这是2016年我国入冬以来持续时间最长，影响地区最广的雾霾时间。多个城市已达严重污染，北京、天津、河北、山西、山东、河南等11个省市在内的地区被雾霾笼罩。2016年12月16日，北京发布2016年首个重污染红色预警。16日北京南部地区能见度在2-3公里，同时，空气质量指数为79，从优降为良。能见度的降低，对于地表水平接收到的辐射量是有影响的，太阳对我们的人类生活有着密不可分的关系，太阳辐射在雾霾过程中的变化将切实的影响着我们生活。研究雾霾过程中气溶胶的辐射作用对我们有着实际作用。

1. 观测资料与处理

2.1观测地点与时间

观测选取地区为雾霾严重的北京地区，时间选取的是雾霾多发时间段的冬季两个月里。观测地点是位于北京的中国科学院大气物理研究所香河站（３９°４７′Ｎ，１１６°５７′Ｅ，海拔高度为 ９５ｍ）。中国科学院大气物理研究所在专门的气象观测场内设有辐射和气象观测点。辐射仪器支架的高度有12ｍ，并且在周围没有高大建筑物。观测时间从每天的早上8点到晚上18点。并且选用空气质量指数来表征雾霾的严重程度，空气质量指数是定量描述空气质量状况的无量纲量指数。它反映了空气的污染程度。空气质量指数为0-50，空气质量为优，2016年12月1号和12月9号和12月14号以及12月29号是空气优,还有11月23日。空气质量指数为51-100时，空气质量为良，在2016年北京12月份的时候，存在，12月6号，12月10号，以及12月15日，还有11月24日，11月27日，11月28日空气质量为良。空气质量指数为101-150的时候。空气质量属于中度污染。空气质量指数为151-200，空气质量属于重度污染，12月3-4号属于重度污染，12月12号，12月17号到12月18号，以及12月30号还有11月26日都属于重度污染。空气质量指数在200以上则属于严重污染，在12月21号以及12月31号都是属于严重污染。在我们观察的重雾霾过程中，即12月17号到12月21号中，有三天属于重度污染，两天属于严重污染，是2016年北京持续时间最长的雾霾过程。空气质量指数的数值越大，表示空气中细颗粒物、可吸入颗粒物、二氧化硫、臭氧和一氧化碳的浓度越高，此时的雾霾越严重。

2.2观测数据来源

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