第一章绪论
1.1大气气溶胶简介
气溶胶是指悬浮在气体中的固体和(或)液体微粒与气体载体组成的多相体系。大气中悬浮着各种固体和液体粒子，例如尘埃、烟粒、微生物、植物的抱子和花粉，以及由水和冰组成的云雾滴、冰晶和雨雪等粒子。空气中这些粒子的浓度很低，它们的存在并不影响空气的动力学特性；同时，这些粒子又具有独立于空气的物理化学特性。"大气气溶胶"就是指大气中悬浮着的各种固体和液体粒子。
大气气溶胶的粒径大小通常在0.001-100-1111之间，能在大气中停留几个小时至几天。按照空气动力学直径(Da)划分，气溶胶颗粒物包括总悬浮颗粒物TSP (D<100m)和可吸入颗粒物PMiQ (D,<10am),其中PMio又可分为细粒子PM2.5 ( A<2.5am)和粗粒子PMc。arse (2.m<Z),<10nm)。大于lOfim的颗粒物由于重力沉降速度较快，在大气中停留时间短，数量较少。Hussein等根据实际观测的气溶胶颗粒物数谱分布情况，在whitbyPl的模态分布的基础上定义了四个模态：核模态（a《25mn)、爱根核模（20nm < 1 lOOnm )、积聚模（0.lam <D< lm )和粗粒子模（> lm )。不同粒径的颗粒物与其来源有关。大气气溶胶的来源非常复杂，有自然产生的(如风场尘、火山尘、宇宙尘等)，也有因人类活动产生的(如燃料燃烧、交通运输、工厂排放等活动)。
归结起来主要有下列三种形成机制：（1)由于风力或其他自然力或人为的机械力，使存在于地面的各种粒子进入大气；（2)由于侵蚀、分解、风化、破碎等作用，使一些碎末离开固体或液体表面而进入大气(如海水溅沫等)；(3)在饱和的蒸汽里，由于成核作用可由汽相直接产生固态或液态的微粒，称为再生粒子。前两种机制产生的称为原生粒子。
1.2大气气溶胶的辐射气候效应
大气气溶胶在影响和调节全球气候方面具有重要作用，被认为是影响气候变迁的重要因素之一。IPCC第四次评估报告指出，在众多气候影响因子中，大气气溶胶因其浓度低、生命期短、时空变化大、来源复杂等特点，在气候变化研究中成为最大的不确定性因素，亟待人们深入认识。
大气气溶胶的辐射强迫可以分为三个类型：（1)直接辐射强迫：气溶胶通过散射和吸收太阳辐射，直接造成大气吸收的太阳辐射能、到达地面的太阳辐射能以及大气顶返回外太空的太阳辐射能的变化。其中不涉及与任何其他过程的相互作用，所以被称为气溶胶的直接辐射强迫。（2)间接辖射强迫：气溶胶的存在，可以改变云的物理和微物理特征，进而改变云的辐射特征，影响太阳能在地气系统中的分配。由于这种效应涉及到气溶胶与大气其它辐射活性成分(例如云)的相互作用，所以叫做间接福射强迫。（3)半直接效应指的是当气溶胶增加太阳加热率，促进低云蒸发时，会造成云量和云反照率的减少，进而影响气候。
大气气溶胶除了通过直接、半直接与间接辐射效应，影响地气系统的辐射收支并进而影响地球气候外，还将引起大气加热率（冷却率）的变化，直接影响大气动力过程。这种影响可以归结于大气气溶胶的"间接气候效应"，它可能是非常重要的，但目前尚缺乏充分的研究。
第二章观测和数据
2.1观测站点
本文所用的数据资料来自兰州大学半干旱气候与环境观测站（Semi-AridClimate and Environment Observatory , Lanzhou University, SACOL)，地理位置见, 图2-1。 SACOL站(104.08°E, 35.57°N， 1965.8m ASL)位于我国西北半千旱地区，2005年建于兰州大学榆中校区翠英山顶（见图2-2)，观测场占地约100余亩，下垫面属于黄土高原典型的塬面梁峁地貌，地形复杂，地表土壤主要以第四纪黄土风蚀的灰钙土、黄土层为主，主要生长圆蕨叶草、碱蓬和艾蒿等低矮草地原生植被群。SACOL站选址在山顶，主要是处于长远的考虑，因为山顶的环境基本属于自然状态，受人为活动的干扰较小，观测站的气候状况可以代表方圆几百公里半干旱地区平均气候状况。
SACOL站是按国际标准建设的气候观测平台，拥有先进的气候和环境观测设备和仪器，并具有一支高素质的观测队伍，可进行各种大规模的气象观测实验，可以为大气科学、资源环境和区域生态等多个学科的研究提供丰富的实际观测资料，也可以为大型气象实验提供特别的观测项目和服务。目前全球共有32个此类观测点，分别位于不同国家和地区，兰州大学气候观测点是国内第一个建立在高校的气候观测点，在此之前我国共建成两个此类气候观测平台。该站是继中国科学院吉林通榆站之后，第二个由我国自主建设的长期观测站，目前已加入AERONET 、 CEOP和MPLNET等国际大气观测网。
SACOL站主要的观测项目有边界层气象参数观测、大气温湿廓线探测、大气成分及其质量检测、土壤温度和含水量检量、地面通量观测、地面辐射观测、气溶胶光学特性监测及天气状况观测等，这些观测资料可以用来验证和改进目前气候和天气预报模式中半干旱地区陆面过程、辐射过程的参数化方案，对研究区域水分和能量循环以及预测我国西北干旱化等自然灾害有重要作用；另外，这些观测资料也可用于研究水资源利用、土地利用、城市及工业污染对区域水分和能量循环的影响，进行西北干旱化趋势预测，为干旱化评估和对策研究提供第一手的科学观测依据，也为人类活动与干旱区生态效应的关联提供评估。
第三章 SACOL站大气气溶胶光学特性分析............................... 26-41
3.1 引言............................... 26
3.2 AOD随时间变化............................... 26-28
3.3 Angstrom参数的时间变化特点............................... 28-30
3.4 AOD与地面风的关系 ...............................30-33
3.5 AOD与相对湿度的关系............................... 33-34
3.6 AOD与PM_(10)质量浓度的相关性分析............................... 34-36
3.7 典型天气条件下气溶胶光学性质的特征............................... 36-39
3.8 小结............................... 39-41
第四章 SACOL站气溶胶数浓度及其谱分布的观测分析............................... 41-52
4.1 引言............................... 41
4.2 气溶胶数浓度的月平均和季节平均变化特点............................... 41-43
4.3 不同季节气溶胶数浓度及其谱分布日变化特点............................... 43-45
4.4 气溶胶数浓度谱分布的季节特征............................... 45
4.5 风向对气溶胶数浓度影响的统计分析............................... 45-46
4.6 典型天气对气溶胶数浓度及其谱分布的影响............................... 46-50
4.7 小结............................... 50-52
第五章 用APS-3321粒径谱仪资料拟合PM_(10)质量浓度............................... 52-60
5.1 引言............................... 52
5.2 两种仪器测量的PM_(10)质量浓度数据的对比............................... 52-54
5.3 用气溶胶粒子数浓度拟合PM_(10)质量浓度............................... 54-58
5.4 两种拟合方法的对比............................... 58-60
结论
(1) 本文对APS测量的气溶胶颗粒物按粒径分成PM2.5、 PMe。aKe和PM1C2。进行了分析，但是APS测量不出粒径小于0.5拜范围的气溶胶粒子，因此造成PM2.5、 PM1Q的数浓度和质量浓度都偏低。实际中粒径小于0.5lim的气溶胶质量浓度加起来很小，可以忽略不计，然而粒径小于0.5pm的气溶胶数浓度在总浓度中占了很大比例。
(2) 对气溶胶光学和物理特性与气象要素关系的分析并不全面，所以有必要继续分析气溶胶光学特性与其它气象要素（降水、能见度等）、气溶胶数浓度及其谱分布与其它气象要素（相对湿度、能见度等）之间的关系。
(3) 本文利用APS资料拟合PM1Q质量浓度的方法仅适用于春季沙尘天气和冬季污染天气条件，今后将继续探索拟合气溶胶质量浓度的方法，使其具有更广泛的适用性。
(4) 探究SACOL站大气气溶胶颗粒物的化学成分组成，及其对气溶胶光学特性的影响。