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基于Sentinel-5P的长三角大气NO_(2)污染特征及影响因子分析

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安全与环境学报 2024年第2期24卷 767-777页

作者：曹念文宋坤杰方文圣南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044

基于哨兵-5P(Sentinel-5 Precursor,Sentinel-5P)卫星反演的NO_(2)柱浓度数据,利用Google Earth Engine云平台,结合自然因子和人为社会因子数据,分析长三角地区大气NO_(2)柱浓度的污染特征及影响因素。结果显示:(1)Sentinel-5P卫星反演... 详细信息

基于哨兵-5P(Sentinel-5 Precursor,Sentinel-5P)卫星反演的NO_(2)柱浓度数据,利用Google Earth Engine云平台,结合自然因子和人为社会因子数据,分析长三角地区大气NO_(2)柱浓度的污染特征及影响因素。结果显示:(1)Sentinel-5P卫星反演的NO_(2)柱浓度数据与地面观测站NO_(2)质量浓度具有较好的相关性(r≥0.59,p<0.01),可较为准确地反映长三角地区大气NO_(2)污染状况;(2)长三角的大气NO_(2)柱浓度呈现季节性的周期波动,呈“冬高夏低”变化趋势;(3)大气NO_(2)柱浓度具有显著的空间异质性,整体上东北高,西南低,呈现出一条六安至台州,即“西北—东南”方向的NO_(2)柱浓度分界线,以及一个以环太湖城市群为中心的西南向“U形口”;(4)植被指数、高程、全社会用电量、第二产业产值、第三产业产值是长三角大气NO_(2)柱浓度空间分布的重要影响因子,区域大气NO_(2)柱浓度受因子交互作用显著,高程及植被指数与其他因子的交互作用q均在0.6以上。

关键词：环境学 NO_(2)污染长江三角洲 Google Earth Engine 地理探测器

京津冀地区一次PM_(2.5)与臭氧协同污染过程分析

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大气与环境光学学报 2024年第3期19卷 342-356页

作者：方文圣曹念文施欣池南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心江苏南京210044

2018年4月16—22日我国京津冀地区发生了一次PM_(2.5)与臭氧(O_(3))协同污染过程,为深入认识两者协同污染发生的成因及过程,利用多源数据,综合分析了本次协同污染过程的气象要素、地面形势、垂直特征等,并按两种污染物的小时质量浓度变... 详细信息

2018年4月16—22日我国京津冀地区发生了一次PM_(2.5)与臭氧(O_(3))协同污染过程,为深入认识两者协同污染发生的成因及过程,利用多源数据,综合分析了本次协同污染过程的气象要素、地面形势、垂直特征等,并按两种污染物的小时质量浓度变化将污染过程分为增长、高位、下降三个过程。结果表明:(1)本次污染过程中气温、气压、相对湿度与污染物质量浓度变化有较好对应关系,不同过程转换时风速变化明显,O_(3)污染在每天16:00出现最多。(2)蒙古低压靠近京津冀且京津冀处于高压外围时的静态天气下污染物易积累传输,冷锋过境后污染物质量浓度快速下降,东北高压控制下空气质量较高。(3)19日凌晨气溶胶垂直分布主要包括混合型、沙尘型气溶胶,污染物主要来自京津冀南部、西南部;19日中午气溶胶垂直分布主要包括混合型、污染型、沙尘型气溶胶,污染物主要来自京津冀北部。高空传输易带来沙尘型气溶胶,地面污染严重时地面气团传输以外来水平传输为主。(4)PM_(2.5)小时平均质量浓度与气温呈极显著正相关,与相对湿度呈显著正相关,与气压及风速呈极显著负相关;O_(3)小时平均质量浓度与气温、风速呈极显著正相关,与气压、相对湿度呈极显著负相关;两种污染物间呈显著正相关,两种污染物的小时质量浓度高值大多出现在风向为135°到225°的东南至西南风范围内。

关键词： PM_(2.5) 臭氧协同污染京津冀

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紫外多波长激光雷达的臭氧浓度反演及分析

中国激光 2024年第14期 243-254页

作者：沈吉曹念文卢兴来陈昊王晗张东明王志诚汪章维浙江省大气探测技术保障中心南京信息工程大学大气物理学院气象灾害预报预警与评估协同创新中心

在双波长差分吸收算法基础上，396 nm探测数据在气溶胶波长指数为1.0与消光-后向散射比为50且均出现50%偏差的情况下，会导致287/299 nm波长对信号反演的对流层臭氧质量浓度分别出现30.11±2.12μg/m3与21.15±1.77μg/m3的差异值。为... 详细信息

在双波长差分吸收算法基础上，396 nm探测数据在气溶胶波长指数为1.0与消光-后向散射比为50且均出现50%偏差的情况下，会导致287/299 nm波长对信号反演的对流层臭氧质量浓度分别出现30.11±2.12μg/m3与21.15±1.77μg/m3的差异值。为反演得到较精确的臭氧质量浓度，利用全球自动观测网（AERONET）数据插值获得396 nm气溶胶的消光-后向散射比数据，将此数据结合紫外多波长激光雷达的396 nm通道数据来反演气溶胶光学参数，并根据不同气溶胶波长指数反演276/287、276/299、287/299 nm 3个波长对信号的臭氧质量浓度，通过查找最小臭氧质量浓度差值以获取较精确的气溶胶波长指数，所求的臭氧质量浓度是与气溶胶波长指数对应的两个臭氧质量浓度的平均值。以所求的气溶胶波长指数作为真值参照，发现当气溶胶波长指数假设值为1.0时会导致臭氧质量浓度的均方根误差为15.67μg/m3。该结果表明4波长紫外激光雷达联合AERONET数据可反演得到气溶胶区域内较精确的臭氧质量浓度。

关键词：激光雷达臭氧气溶胶差分吸收全球自动观测网

基于CALIPSO的长三角午间大气边界层高度时空分布研究

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环境科学与技术 2022年第11期45卷 70-80页

作者：方文圣曹念文宋坤杰南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心江苏南京210044

该文利用主动式遥感卫星云-气溶胶激光雷达和红外探测者卫星(CALIPSO)提供的激光雷达数据反演2015-2020年长三角地区大气边界层高度(ABLH)时空分布特征。结果表明:(1)长三角地区在CALIPSO午间过境时段的6年大气边界层平均高度为1.57km,... 详细信息

该文利用主动式遥感卫星云-气溶胶激光雷达和红外探测者卫星(CALIPSO)提供的激光雷达数据反演2015-2020年长三角地区大气边界层高度(ABLH)时空分布特征。结果表明:(1)长三角地区在CALIPSO午间过境时段的6年大气边界层平均高度为1.57km,年际波动较小,2020年最高,2016、2017年最低。季节上春夏季高于秋冬季,春季最高,冬季最低。(2)空间分布上,由沿海到内陆逐渐增高,西南部山区在多年和各季节上都是最高值。长三角西北部,中北部是造成年平均差异的主要区域。(3)大气边界层高度分布与海拔高度、归一化植被指数的分布具有较好的一致性,多年和各季节分布均呈极显著正相关关系(P<0.01)。(4)频率分布上,高度在1.2~1.5 km的大气边界层占比最高,5.4~5.7 km的大气边界层占比最低。大气边界层高度在0.6~2.1 km占比达到68.5%,超过4.2 km的超高边界层占比为1.12%。

关键词：大气边界层高度 CALIPSO 时空分布长三角

2018年中国长江三角洲地区气溶胶的垂直分布特征

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环境科学 2019年第11期40卷 4743-4754页

作者：沈吉曹念文南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心

利用主动式遥感卫星云-气溶胶激光雷达和红外探测者卫星观测(CALIPSO)提供的激光雷达资料,重点分析了2017-12~2018-11中国长江三角洲地区对流层大气中532 nm气溶胶消光系数,气溶胶退偏比,气溶胶色比以及各类型气溶胶的时空变化特征.对... 详细信息

利用主动式遥感卫星云-气溶胶激光雷达和红外探测者卫星观测(CALIPSO)提供的激光雷达资料,重点分析了2017-12~2018-11中国长江三角洲地区对流层大气中532 nm气溶胶消光系数,气溶胶退偏比,气溶胶色比以及各类型气溶胶的时空变化特征.对气溶胶的光学参数随高度变化的研究表明,与对流层高空相比,一般在对流层低空中气溶胶消光能力更强,气溶胶粒子更规则,气溶胶粒径更小.对气溶胶的光学参数随季节变化的研究表明,与冬春季相比,一般夏秋季在对流层高空中气溶胶消光能力更强,在2 km以下气溶胶粒子更规则,在对流层高空中气溶胶粒径的范围更大.长江三角洲地区全年中污染沙尘气溶胶出现的频率最高,为37.481 6%,夏秋季烟尘、污染大陆与洁净海洋气溶胶出现的频率比冬春季高,而夏秋季沙漠沙尘气溶胶出现的频率相对较低.

关键词：气溶胶垂直分布光学参数类型主动式遥感卫星云-气溶胶激光雷达和红外探测者卫星观测(CALIPSO)

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南京北郊硫酸盐气溶胶性质实验观测

中国环境科学 2017年第8期37卷 2813-2821页

作者：杨少波曹念文南京信息工程大学中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室江苏南京210044

通过南京北郊的微脉冲激光雷达(MPL)对气溶胶进行了连续观测,结合温度、湿度以及SO_2浓度等资料分析了气溶胶的变化规律,结果表明,近地面(300m)气溶胶的退偏振比在00:00~10:00出现较大值,最大值可达0.163,峰值出现在05:00左右;该高度处... 详细信息

通过南京北郊的微脉冲激光雷达(MPL)对气溶胶进行了连续观测,结合温度、湿度以及SO_2浓度等资料分析了气溶胶的变化规律,结果表明,近地面(300m)气溶胶的退偏振比在00:00~10:00出现较大值,最大值可达0.163,峰值出现在05:00左右;该高度处的退偏振比与温度存在负相关性,与相对湿度、SO_2浓度呈强的正相关性;在较低温度、较高的相对湿度以及较高SO_2浓度条件下,SO_2更容易被氧化生成非球形较明显的硫酸盐气溶胶颗粒,使得气溶胶退偏振比偏大.

关键词：激光雷达硫酸盐气溶胶退偏振比温度湿度 SO2浓度

近海海洋边界层大气污染综合立体探测技术研究进展

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环境工程 2024年第3期42卷 1-16页

作者：郑海涛刘建国罗涛程雪玲陶邦一刘诚黄侃宋小全邵士勇曹念文项衍张天舒陈兵刘娜娜靳翔龙文睿刘佳鑫李奇龙马钰斌吴琳靳江波许满满徐自强吴晓庆毕翠翠刘庆李骏旻韩承慧韩永秦福强张成歆谈伟汪冰冰王缅程寅李皓王光云龙中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所合肥230031 先进激光技术安徽省实验室合肥230037 中国科学院大气物理研究所北京100029 中国科学院大学北京100049 自然资源部第二海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室杭州310012 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系合肥230026 复旦大学环境科学与工程系上海200433 中国海洋大学信息科学与工程学部海洋技术学院山东青岛266100 崂山实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室山东青岛266237 南京信息工程大学南京210044 安徽大学物质科学与信息技术研究院合肥230601 中国科学技术大学合肥230026 中国科学院南海海洋研究所广州510301 中山大学大气科学学院广东珠海519000 西北工业大学计算机学院西安710129 厦门大学海洋与地球学院近海海洋环境科学国家重点实验室福建厦门361102 中国气象局气象探测中心北京100081 中国环境监测总站国家环境保护环境监测质量控制重点实验室北京100012 广东省深圳生态环境监测中心站广东深圳518049

近海海洋大气边界层是陆海气相互作用的特殊区域,发展近海海洋边界层大气污染立体探测技术、获取海洋大气边界层内主要污染成分及关键气象参数的高精度垂直探测信息,对于提高陆地、海洋和大气中的污染来源、化学机制和传输过程认识、提... 详细信息

近海海洋大气边界层是陆海气相互作用的特殊区域,发展近海海洋边界层大气污染立体探测技术、获取海洋大气边界层内主要污染成分及关键气象参数的高精度垂直探测信息,对于提高陆地、海洋和大气中的污染来源、化学机制和传输过程认识、提高沿海地区大气环境与气象预报的准确性具有重要意义。针对近海海洋边界层大气污染综合立体探测技术,总结了近年来在国家重点研发计划支持下我国在近海海洋大气探测设备研发、关键技术发展和近海大气污染形成机制研究等方面的进展。当前我国已发展了包括海洋大气廓线激光雷达、湍流交换测量、海气通量观测、海洋气溶胶探测设备等一系列近海海洋边界层探测技术,解决了沿海海洋地区恶劣环境条件造成的技术瓶颈,并基于这些探测设备与技术开展了大量近海海洋大气污染研究。技术与设备的发展完善了我国近海海洋地区边界层大气污染立体监测技术体系与能力,对我国东部沿海区域大气污染防治有积极支撑作用。

关键词：大气污染近海海洋大气探测环境设备

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夜间近地表臭氧观测

中国环境科学 2019年第11期39卷 4494-4501页

作者：杨少波曹念文范广强南京信息工程大学中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室江苏南京210044 中国科学院安徽光学精密机械研究所安徽合肥230031

2018年12月15~18日使用激光雷达在河北望都观测气溶胶与O3,利用气溶胶消光系数廓线判断边界层的变化,进而研究大气边界层对于近地表层(300m)O3浓度的影响.结果表明,边界层主要影响O3的干沉降以及高空O3的垂直输送,在受本地污染控制时,... 详细信息

2018年12月15~18日使用激光雷达在河北望都观测气溶胶与O3,利用气溶胶消光系数廓线判断边界层的变化,进而研究大气边界层对于近地表层(300m)O3浓度的影响.结果表明,边界层主要影响O3的干沉降以及高空O3的垂直输送,在受本地污染控制时,近地表O3浓度受干沉降控制明显,随着边界层高度的下降而减少;西北地区气团占主导时,O3浓度主要受水平传输以及高空垂直输送影响.

关键词：激光雷达 O3 近地面边界层干沉降

基于多源数据的夏威夷大气低层火山灾害影响分析

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自然灾害学报 2019年第5期28卷 160-171页

作者：戴晨曹念文杨少波南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室气候与环境变化国际合作联合实验室气象灾害预报预警与评估协同创新中心中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室

自2018年5月3日起,位于美国夏威夷大岛上的Kilauea火山(19.41°N,155.28°W)开始了为期数月的剧烈喷发活动。为了探讨此次火山灾害活动对局地大气所造成的影响,综合利用地面环境监测站数据、MODIS Level 1B数据、GDAS再分析资料以及CALI... 详细信息

自2018年5月3日起,位于美国夏威夷大岛上的Kilauea火山(19.41°N,155.28°W)开始了为期数月的剧烈喷发活动。为了探讨此次火山灾害活动对局地大气所造成的影响,综合利用地面环境监测站数据、MODIS Level 1B数据、GDAS再分析资料以及CALIPSO数据对此次火山活动期间的主要污染物浓度特征、火山灰气溶胶的水平分布特征及光学特性展开分析。结果表明,由于赤道东风带的存在,近地面火山口以西地区受喷发活动影响较大。在火山活动期间,西部沿海细粒子和SO 2浓度较3~4月明显上升,逐三小时SO 2浓度的中位数环比上升一个量级,PM 2.5浓度中位数则均达到前两个月数值水平3倍以上;利用MODIS和CALIPSO遥感数据分析得到,平均气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)的高值区总体上自夏威夷大岛往西呈现东北-西南向带状分布,西部沿海的部分区域平均AOD甚至超过1.6;此次火山活动过程中陆地部分的低层气溶胶类型以烟尘型为主,平均色比(Color Ratio,CR)达到1.2~1.5;平均粒子退偏振比(Particulate Depolarization Ratio,PDR)在2 km高度以上多分布在0~0.06范围内,以球形颗粒物居多,而在2 km以下区域则由非球形颗粒物占主导。研究显示,此次火山灾害事件中,夏威夷大岛以西地区在东风带输送下近地面污染物浓度剧烈上升,生成的颗粒物多为粒径较大且不规则的烟尘气溶胶。

关键词：火山灾害 PM2.5 SO2 气溶胶光学厚度气溶胶光学特性