Page 239 - 《高原气象》2025年第6期

6 期 李春燕等：基于观测与模拟的北京光解速率长期变化特征研究 1647
收器所收集的各方向下行光化辐射传递至双单色 在无云条件下， AOD 数据在 λ>440 nm 时的总体不
仪的入口狭缝， 经仪器计算机的信号转换， 依据已 确定度为±0. 01， 在较短波长处为±0. 02（Dubovik
知的吸收截面（σ）和量子产率（q）计算反应物种的 and King， 2000）。NO 的光化学反应主要发生在
2
光解速率（Hofzumahaus et al， 1999）。该仪器安装 315~420 nm 波段， 本研究选择 380 nm 波长的 AOD
在上述地点相对高度为 8 m 的和畅楼屋顶， 四周视 进行分析， 更能代表 J（NO）。380 nm 气溶胶光学
2
野无遮挡。在观测开始之前， 通过调节光解光谱仪 厚度缺测的数据可以根据式（1）~（2）（肖鸿丹等，
的光缆连接口进行噪声校准（赵舒曼， 2021）。与国 2024）通过其他波长的 AE 和气溶胶光学厚度来
外类似仪器（如德国 Meteorologie Consult GmbH 的 推导。
440nm
J-Value Radiometer）相比， PFS-100 在光解速率的实 ( ) -AE 675nm
380nm
AOD 380nm = AOD 440nm × （1）
时测量和多物质同时监测方面具有显著优势。其 440nm
675nm
采样频率可达 1 Hz， 且能够在复杂气象条件下保持 ( )( )
440nm
AE 675nm = -log （2）
稳定的测量性能。该仪器已广泛应用于中国环境 440nm 440nm
675nm
监测总站、 中国科学院大气物理研究所等多个科研 利用 J（NO）衰减率分析气溶胶光学厚度对 J
2
单位， 主要用于大气光化学污染分析。 （NO）的影响（严晓瑜等， 2022）， 其计算公式为
2
紫外辐射观测使用了由 Kipp & Zonen 公司制 ê ê é J ( NO 2 ) clean - J ( NO 2 ) sensitive ù ú ú ú ú × 100% （3）
ê ê
造的辐射表传感器 CUV3， 该辐射表传感器在 290~ ë J ( NO 2 ) clean û
400 nm 太阳光谱范围内提供平坦的光谱响应。辐 式中： J（NO） 为无云、 无气溶胶晴天条件下控制
2 clean
射计被安装在上述地点相对高度为 8 m 的和畅楼屋 试验的 TUV 模拟的 J（NO）； J（NO） 为敏感性
2
2 sensitive
顶， 具有开阔的视野， 能够全面覆盖各个方向的观 试验的TUV模拟J（NO）。
2
测。测量的紫外辐射数据为小时值， 单位为W·m ， 2. 3 辐射传输模式（TUV）
-2
其精度为 5%。通过这些小时值， 计算得出了日均 使用由 Sasha Madronich 提供的对流层紫外线
值、 月均值和年均值。紫外辐射计用标准灯进行光 和可见光辐射传输模型 TUV（Tropospheric Ultravio‐
谱辐照度和紫外可见光谱校正。 let and Visible Radiation Model）5. 3 版（Madronich，
UV 数据的质量控制基于三个主要原则。首 1993）。TUV 采用 4 流离散坐标法（DIS-ORT）求解
先， 考虑余弦响应， 在太阳天顶角大于 80°时， 将辐 辐射传输方程， 并以 1 nm 步长和分辨率计算 280~
射数据剔除（Zhao et al， 2021）。其次是观测到的每 420 nm 波长范围内的光化通量光谱。将气溶胶光
小时紫外辐射值（UV）不得超过同一地理位置的大 学厚度（AOD）、 单次散射反照率（SSA）和波长指数
气顶部每小时地外紫外辐射值（UV）（杜超杰等， （AE）等关键气溶胶光学特性输入到模型中， 以量
0
2020）。最后， 紫外辐射与总辐射的比值应限制在 化气溶胶对光解频率的影响。
0. 02~0. 08 之间（胡波等， 2007）。光解速率与紫外 3 结果与讨论
辐射同步观测， 为确保数据一致性， 在处理光解速
率数据时， 也将太阳天顶角大于80°的数据剔除。 3. 1 J（NO）的变化规律
2
气溶胶的光学性质由 CIMEL 太阳光度计测量 3. 1. 1 日变化
（AERONET 3 级 数 据 ； http： //aeronet. gsfc. nasa. 北京地区 J（NO）的春、 夏、 秋、 冬季平均日变
2
gov/， 最后访问时间为 2024年 3月）， 测量站点为北 化曲线如图 1 所示， 观测期间， J（NO）的季节日变
2
京 站（中 国 科 学 院 大 气 物 理 研 究 所 ， 40. 0° N， 化呈单峰型分布。早晨时段 J（NO）较低， 随着太
2
116. 4°E， 海拔为 60 m）。CIMEL 太阳光度计是一 阳天顶角的减小， J（NO）逐渐增大， 并在 12:00（地
2
种使用选定光谱通道的自动太阳-天空扫描辐射 方时， 下同）达到最大值， 之后随着太阳天顶角的
计。仪器在可见和近红外波段设有 8 个光谱通道 增大， J（NO）逐渐减小。这种变化主要由地球自转
2
（340， 380， 440， 500， 670， 870， 940 和 1020 nm）， 引起的， 太阳天顶角变化规律造成 J（NO）的日变
2
其中 940 nm 通道用于获取大气柱中的水蒸气总 化规律。不同季节的日变化规律相似， 但日均值和
量， 其余波长则用于获取气溶胶光学厚度（AOD） 极值存在差异。从 08:00 -16:00， 任意时间段的
（Smirnov et al， 2004）。该仪器、 数据采集、 检索算 J（NO）都满足夏季>春季>秋季>冬季的规律， 其中
2
法 和 校 准 程 序 符 合 全 球 气 溶 胶 机 器 人 网 络 春季和夏季的日变化曲线非常接近。具体而言， 春
（AERONET）标准， 详细描述见 Fotiadi et al（2006）。 季、 夏季、 秋季和冬季 J（NO）的极大值依次为
2