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大气气溶胶和气态污染物能够对人体健康、农业生产和气候系统带来重要的影响。喜马拉雅山脉和青藏高原(HTP)仍然是世界上受人类活动影响最小的地区。HTP拥有大量的冰川,这些冰川是下游数千万民众的水源,因此被称为“亚洲水塔”。但是由于来自喜马拉雅山麓南侧大气污染物的传输,尤其是来自印度-恒河平原地区的污染物,导致HTP地区的环境持续退化。为了理解这一问题,本研究基于喜马拉雅山脉南坡和北坡不同站点的地基观测与卫星遥感数据,分析了不同环境背景的五个站点的气溶胶光学厚度(AOD),大气颗粒物和臭氧变化,主要包括喜马拉雅中段南坡的蓝毗尼(印度-恒河平原站点),加德满都(城市站点),珠峰金字塔站(EvK2,偏远站点)以及喜马拉雅北坡的偏远站点珠穆拉玛峰(QOMS)和纳木错。主要结论如下: 喜马拉雅山中段五个站点2013-2014年的气溶胶光学厚度(AOD)、浑浊度系数(α或AE)、体积谱分布(VSD)、单次散射反照率(SSA)、非对称参数(AP)、折射指数的分析表明:气溶胶光学厚度均值为:0.64±0.41(蓝毗尼),0.45±0.30(加德满都),0.07±0.21(金字塔站),0.03±0.03(QOMS)和0.05±0.03(纳木错)。利用AOD和AE的相关关系区分了五个站点的气溶胶类型。混合气溶胶和城市、工业生产与生物质燃烧来源的气溶胶是蓝毗尼和加德满都的主要气溶胶类型,而偏远站点以背景气溶胶为主。在蓝毗尼和加德满都,气溶胶体积谱分布呈现明显的双峰模态。蓝毗尼地区细模态的最高体积浓度出现在季风后期,粗模态的最高体积浓度出现在季风前期,而加德满都地区粗模态和细模态的最高值都出现在季风前期。SSA的分析表明,蓝毗尼和加德满都的气溶胶主要来自于人类活动(城市-工业排放和生物质燃烧),而AP和RI也证实了这个推论。为了进一步阐明气溶胶的来源区域(类别),利用AERONET数据(Level2)分析了蓝毗尼和加德满都的气溶胶光学特性参数的线性关系,包括消光Angstrom指数(EAE)、吸收Angstrom指数(AAE)、SSA和折射指数实部(RRI)。结果表明,喜马拉雅南坡的气溶胶主要来自于生物质燃烧和城市-工业排放。对于印度-恒河平原站点(蓝毗尼),生物质燃烧经常出现在季风前期和季风后期,而加德满都地区,生物质燃烧主要出现在冬季和季风前期。通过从AERONET获得的吸收性气溶胶类型的信息分析,对于上述两个站点,“大部分黑碳”是主要的吸光性气溶胶。此外,CALIOP卫星垂直剖面的应用也进一步证明了地面观测仪器获得的结果,并且显示喜马拉雅山麓南坡的气溶胶能够扩散到5公里的高度,从而可能传输到清洁的喜马拉雅山高海拔和高原南部地区。 喜马拉雅山中段南坡的颗粒物浓度经常超出世界卫生组织(WHO)的指导标准,这些颗粒物会对当地居民的健康产生显著的影响。在蓝毗尼进行了为期53天的PM2.5和PM10的监测,分别约94%和85%超出了WHO颗粒物日均值浓度的指导标准,而在加德满都进行的为期41天的采样数据,有40天(98%)超出WHO的指导标准。对于粗模态气溶胶,蓝毗尼地区(约59%)高于加德满都地区(约47%),可能是由于蓝毗尼地区受到附近大量的水泥工厂影响。而蓝毗尼地区和加德满都地区的PM2.5/PM10比率远低于印度-恒河平原区域的其他站点,表明燃烧来源对这两个地区的影响小于印度-恒河平原其他地区。相对于PM10,蓝毗尼地区由于区域森林大火的影响,PM2.5与AOD呈现了更好的相关性。同时,2013-2014年期间的AERONETAOD与基于卫星的AOD呈现出非常高的相关性。相关性随着海拔高度的增加而减弱,在将来需要更深入的研究工作。 月变化显示偏远地区珠峰金字塔站和纳木错臭氧的最高浓度出现在季风前期。作为印度-恒河平原站点的代表站点,尽管蓝毗尼的观测时段较短,但其季风前期的臭氧与金字塔站具有显著的相关性,表明两个站点臭氧来源的一致性。臭氧的变化率和日变化(季风前期)清晰地表明蓝毗尼地区可以作为一个城市地区。此外,通过印度-恒河平原,喜马拉雅山脉和西藏三个地区短期的地面观测臭氧数据和长期(2004-2015)数据来认识不同地区的臭氧和微量气体(CO,CH4和NO2)总柱浓度的变化。本文基于EDGAR的臭氧前体物数据,南亚的火点数据和反向轨迹气团模型进行了进一步讨论了这些发现。研究表明,增加的臭氧的最小总柱浓度表明大气中的背景柱浓度值也在增加。臭氧柱浓度值显示了与这个地区进行的地面观测研究相似的季节变化规律。 总之,通过实地观测和卫星数据,本研究从多角度清晰地阐述了喜马拉雅中段山麓南坡高浓度的大气污染物。本研究的结果可以作为模式模拟工作的输入数据。同时指出,社会公众和政府等各方通过制定和实施相关的政策来控制人为污染物的排放极为重要。