CAJ | 학술논문

2003年8月10～26日在中国科学院大气物理研究所气象铁塔3个不同高度(8,100和320 m)得到了1 min平均的PM2.5和PM10连续质量浓度资料,配合其它观测资料,其中包括4个不同高度(8,100,200和320 m)PM2.5和PM10日平均质量浓度,CO和NO2连续观测,并结合气象铁塔同期的气象场观测,揭示了北京城区PM2.5和PM10垂直结构及其动力特征.北京325 m铁塔所观测到的气溶胶垂直分布大致分为两种类型: 渐缓递减型和快速递减型.静稳天气以及污染日气溶胶垂直分布属于渐缓递减型,而弱冷空气过境及清洁日气溶胶垂直分布属快速递减型,气溶胶垂直分布特征是和边界层大气动力、热力结构及湍流特点密切相关.清洁日低层(100 m) PM2.5和PM10浓度较接近于8 m,高层(320 m)浓度下降较快,其浓度和8 m相比几乎下降了-半,其中PM2.5下降的略偏多些.清洁日150 m以下存在较强的湍流强度,气溶胶能够很好地混合,但受上层较强的逆温层阻档又不能向高层输送,同时,清洁日各层水平风速较大,尤其高层增加更加明显,结果高层气溶胶浓度迅速降低,因此造成气溶胶垂直分布上下浓度的明显差异.污染日低、中(200 m)、高层PM2.5和PM10浓度与8 m比较平均逐层下降10%左右.污染日伴随着边界层低风速出现,同时边界层有两重浅薄递温层结构,但气溶胶仍可在逆温层下进行-定的混合,因此污染日PM2.5和PM10浓度随高度降低比较缓慢; 观测结果还发现320 m高度在西南和东南风向条件下PM2.5和PM10均明显出现高浓度值,而其它高度PM2.5和PM10浓度和风向没有关系.足痕分析计算结果表明这是由于来自污染相对较重的河北省保定、石家庄以及天津、山东等北京偏南地区对该高度的贡献,而低层仅受北京局地源的影响.所计算的功率谱和周期初步反映了静稳天气条件下铁塔各高度PM10的周期仅以分钟量级计,而风速较大情况下PM10和PM2.5在320 m除存在分钟量级的短周期外,尚有小时级的较长周期出现; 和作者以往观测所发现的在北京不同测点、不同高度,各空气污染物种有同位相变化特点一样,基于试验同样观测到铁塔不同高度PM2.5和PM10日变化及平均日变化也有同位相的特点,其充分展示了北京城市冠层中存在空气污染物同位相的时空分布特征; PM10和PM2.5平均日变化呈较平缓的双峰特征.其密切地联系到北京城市冠层中不同高度存在明显的湍流动量通量、感热通量和湍流动能的相似日变化的特点; 此外,静稳天气PM2.5和PM10浓度随高度增加降低较慢,低层降低为8 m的90%左右,中层略低于低层,高层约为8 m的80%.弱冷空气过境天气条件下PM2.5和PM10浓度随高度增加明显降低,低层可降到8 m的70%,中层以上降到20%～30%,其中PM2.5降低的更多-些. 2003年8月10～26日在中國科學院大氣物理研究所氣象鐵塔3箇不同高度(8,100和320 m)得到瞭1 min平均的PM2.5和PM10連續質量濃度資料,配閤其它觀測資料,其中包括4箇不同高度(8,100,200和320 m)PM2.5和PM10日平均質量濃度,CO和NO2連續觀測,併結閤氣象鐵塔同期的氣象場觀測,揭示瞭北京城區PM2.5和PM10垂直結構及其動力特徵.北京325 m鐵塔所觀測到的氣溶膠垂直分佈大緻分為兩種類型: 漸緩遞減型和快速遞減型.靜穩天氣以及汙染日氣溶膠垂直分佈屬于漸緩遞減型,而弱冷空氣過境及清潔日氣溶膠垂直分佈屬快速遞減型,氣溶膠垂直分佈特徵是和邊界層大氣動力、熱力結構及湍流特點密切相關.清潔日低層(100 m) PM2.5和PM10濃度較接近于8 m,高層(320 m)濃度下降較快,其濃度和8 m相比幾乎下降瞭-半,其中PM2.5下降的略偏多些.清潔日150 m以下存在較彊的湍流彊度,氣溶膠能夠很好地混閤,但受上層較彊的逆溫層阻檔又不能嚮高層輸送,同時,清潔日各層水平風速較大,尤其高層增加更加明顯,結果高層氣溶膠濃度迅速降低,因此造成氣溶膠垂直分佈上下濃度的明顯差異.汙染日低、中(200 m)、高層PM2.5和PM10濃度與8 m比較平均逐層下降10%左右.汙染日伴隨著邊界層低風速齣現,同時邊界層有兩重淺薄遞溫層結構,但氣溶膠仍可在逆溫層下進行-定的混閤,因此汙染日PM2.5和PM10濃度隨高度降低比較緩慢; 觀測結果還髮現320 m高度在西南和東南風嚮條件下PM2.5和PM10均明顯齣現高濃度值,而其它高度PM2.5和PM10濃度和風嚮沒有關繫.足痕分析計算結果錶明這是由于來自汙染相對較重的河北省保定、石傢莊以及天津、山東等北京偏南地區對該高度的貢獻,而低層僅受北京跼地源的影響.所計算的功率譜和週期初步反映瞭靜穩天氣條件下鐵塔各高度PM10的週期僅以分鐘量級計,而風速較大情況下PM10和PM2.5在320 m除存在分鐘量級的短週期外,尚有小時級的較長週期齣現; 和作者以往觀測所髮現的在北京不同測點、不同高度,各空氣汙染物種有同位相變化特點一樣,基于試驗同樣觀測到鐵塔不同高度PM2.5和PM10日變化及平均日變化也有同位相的特點,其充分展示瞭北京城市冠層中存在空氣汙染物同位相的時空分佈特徵; PM10和PM2.5平均日變化呈較平緩的雙峰特徵.其密切地聯繫到北京城市冠層中不同高度存在明顯的湍流動量通量、感熱通量和湍流動能的相似日變化的特點; 此外,靜穩天氣PM2.5和PM10濃度隨高度增加降低較慢,低層降低為8 m的90%左右,中層略低于低層,高層約為8 m的80%.弱冷空氣過境天氣條件下PM2.5和PM10濃度隨高度增加明顯降低,低層可降到8 m的70%,中層以上降到20%～30%,其中PM2.5降低的更多-些.
2003년8월10～26일재중국과학원대기물리연구소기상철탑3개불동고도(8,100화320 m)득도료1 min평균적PM2.5화PM10련속질량농도자료,배합기타관측자료,기중포괄4개불동고도(8,100,200화320 m)PM2.5화PM10일평균질량농도,CO화NO2련속관측,병결합기상철탑동기적기상장관측,게시료북경성구PM2.5화PM10수직결구급기동력특정.북경325 m철탑소관측도적기용효수직분포대치분위량충류형: 점완체감형화쾌속체감형.정은천기이급오염일기용효수직분포속우점완체감형,이약랭공기과경급청길일기용효수직분포속쾌속체감형,기용효수직분포특정시화변계층대기동력、열력결구급단류특점밀절상관.청길일저층(100 m) PM2.5화PM10농도교접근우8 m,고층(320 m)농도하강교쾌,기농도화8 m상비궤호하강료-반,기중PM2.5하강적략편다사.청길일150 m이하존재교강적단류강도,기용효능구흔호지혼합,단수상층교강적역온층조당우불능향고층수송,동시,청길일각층수평풍속교대,우기고층증가경가명현,결과고층기용효농도신속강저,인차조성기용효수직분포상하농도적명현차이.오염일저、중(200 m)、고층PM2.5화PM10농도여8 m비교평균축층하강10%좌우.오염일반수착변계층저풍속출현,동시변계층유량중천박체온층결구,단기용효잉가재역온층하진행-정적혼합,인차오염일PM2.5화PM10농도수고도강저비교완만; 관측결과환발현320 m고도재서남화동남풍향조건하PM2.5화PM10균명현출현고농도치,이기타고도PM2.5화PM10농도화풍향몰유관계.족흔분석계산결과표명저시유우래자오염상대교중적하북성보정、석가장이급천진、산동등북경편남지구대해고도적공헌,이저층부수북경국지원적영향.소계산적공솔보화주기초보반영료정은천기조건하철탑각고도PM10적주기부이분종량급계,이풍속교대정황하PM10화PM2.5재320 m제존재분종량급적단주기외,상유소시급적교장주기출현; 화작자이왕관측소발현적재북경불동측점、불동고도,각공기오염물충유동위상변화특점일양,기우시험동양관측도철탑불동고도PM2.5화PM10일변화급평균일변화야유동위상적특점,기충분전시료북경성시관층중존재공기오염물동위상적시공분포특정; PM10화PM2.5평균일변화정교평완적쌍봉특정.기밀절지련계도북경성시관층중불동고도존재명현적단류동량통량、감열통량화단류동능적상사일변화적특점; 차외,정은천기PM2.5화PM10농도수고도증가강저교만,저층강저위8 m적90%좌우,중층략저우저층,고층약위8 m적80%.약랭공기과경천기조건하PM2.5화PM10농도수고도증가명현강저,저층가강도8 m적70%,중층이상강도20%～30%,기중PM2.5강저적경다-사.