大气气溶胶对气候变化可以产生重要的影响,在地气系统中起着非常关键的作用。不同区域和地区的气溶胶类型和分布有很大的差异,导致局地气候不同的辐射强迫。目前气溶胶的研究中还存在很多不确定性,是当前研究的一个热点问题。大气气溶胶的一种重要来源是人类的农业生产活动,尤其是在强风和农耕生产条件下,另一重要来源是戈壁沙漠地区的沙尘气溶胶,沙尘气溶胶在传输过程中与人为污染气溶胶混合,使得气溶胶的气候效应就更加复杂和不确定。为了更好研究混合状态下气溶胶的特性,首先必须了解沙尘源区气溶胶的基本特性。目前为止对气溶胶特性的研究已开展了大量的工作,包括数值模拟、地基观测、卫星遥感等,其中地基观测资料可以用来订正卫星反演,可以结合卫星遥感结果去改进气候模式。地基观测订正卫星反演最好的方法就是在各种下垫面代表区域建立观测站,但这样会耗费大量的财力和物力,这时就需要有可移动的地面气溶胶集成观测系统,按照要求在所需地区开展加强期地基观测试验。本文首次对集装箱的设计方案和改装思路进行了探索性研究,研制可用于地面气溶胶野外观测试验需要的集装箱。在集装箱的侧面上设计侧门和出线孔,顶部设计采样管孔和雷达观测孔等,强化箱壁的隔热保温和防火功效,电路和照明设施具有防爆防腐功效,提高集装箱安全性能,使其适用于恶劣的野外环境。在箱体内设计仪器设备架,优化合理的利用集装箱内部空间,固定仪器设备和辅助备件在集装箱内,减少仪器等的拆卸装箱和安装工作,确保运输和搬运期间仪器设备的安全。气溶胶观测仪器集成安装在箱内的机柜上,有效合理的利用空间。气体从采样管进入集装箱后进行分流,切割头安装在每个气路上,可分离不同粒径范围气溶胶。每个气路流量按照要求控制,保证切割头和仪器的正常运行。仪器按照串联或并联的思路有序集成,增强对比和相互验证。为了保证得到高质量的观测数据,我们对整个系统的检测和校准问题进行探讨研究。检测主要包括整个系统的流量和漏气检测,检测周期为3个月,或者在每次试验前,如果流量超出5%误差就要检查管路和排气泵,漏气检测主要包括采样管路、排气管路、切割头和仪器内部管路。深入探讨了浊度仪的零气和标准气体检测及校准,零气检测周期为2天,3个波段散射系数的变化范围为±3Mm-1,平均值范围为±1.5Mm-1,超出这些范围就需要零点设定。标准气体检测周期为2周,用实测值和理论计算值进行比较,误差超出±5%就需要进行全校准。为了检测和校准方便,我们对浊度仪进行了部分改装,简化了全校准的方法。为了检验和改进新研发地面气溶胶移动集成观测系统,同时分析研究西北农业地区耕种季节的气溶胶基本特性和戈壁沙漠地区气溶胶基本特性,2014年4-5月利用新研发系统在甘肃河西走廊农业和戈壁地区开展观测试验。黄羊镇、临泽农场和敦煌戈壁地区PM2.5气溶胶的散射系数分别为98.20±38.29、170.33±407.29 和 52.71±43.02Mm-1;PM1.0气溶胶的散射系数分别为 74.63±29.07、116.72±259.89和24.25±16.80Mm-1,临泽农场沙尘期间 PM2.5 和PM1.0的散射系数分别为981.69±944.79和649.82±586.46Mm-1。三个观测点PM2.5气溶胶的吸收系数分别为8.81±6.28、5.72±4.93和2.11±1.02Mm-1 PM2.5质量浓度分别为 35.62±16.63、103.86±294.05 和 46.04±33.72μg/m3,临泽农场沙尘期间的吸收系数和质量浓度分别为8.57±7.23 Mm-1和684.72±721.54μg/m3。三个观测点的散射、吸收系数以及质量浓度都小于中东部城市地区。单次散射反照率分别为0.899±0.031、0.929±0.041和0.949±0.022,临泽不考虑强沙尘天气的值为0.922±0.038,强沙尘期间的值为0.988±0.004;质量散射效率分别为2.709±0.674、2.111±0.828和1.491±0.878m2/g。三个观测点的单次散射反照率都大于城镇地区,而质量散射效率小于城镇地区。PM2.5的Angstrom指数分别为1.310±0.293、0.777±0.535 和 0.527±0.331,PM10 的 Angstrom 指数分别为 2.098±0.237、1.048±0.671和0.867±0.448。临泽在发生沙尘暴时Angstrom指数迅速减小,PM2.5和PM1.0的Angstrom指数分别为-0.039±0.020和-0.147±0.060,不考虑强沙尘影响,PM2.5 和 PM1.0 的 Angstrom 指数分别为 0.869±0.486 和 1.182±0.567。黄羊镇和临泽农场的气溶胶粒径分布主要在2.5μm以下,敦煌戈壁主要在5μm以下。黄羊镇农场1μm以下气溶胶浓度高于其他两个点,敦煌戈壁地区浓度最小,粒子浓度在0.6μm和1.5μm分别有峰值出现。黄羊镇农场气溶胶的吸收性最大,气溶胶受到人类活动等影响大于其他两个观测点。敦煌戈壁地区沙尘气溶胶的含量比例较大,人为污染性的气溶胶所占比例较小。黄羊镇、临泽农场和敦煌戈壁气溶胶的散射、吸收和质量浓度在早晚都会有峰值出现,峰值区的出现主要与人类生产活动有关,早晨人类活动增加,大气层比较稳定,不利于污染气溶胶扩散,晚上大气垂直运动减弱,有利于气溶胶在近地面积累。黄羊镇和临泽农场在夜间和下午有谷值出现,谷值区的出现是因为前半夜近地面气溶胶积累,后半夜气溶胶慢慢扩散,浓度逐渐降低;白天对流活动有利于气溶胶的扩散,在下午达到最小值。黄羊镇和临泽农场单次散射反照率和质量散射效率在散射系数出现波峰的时间段则出现波谷,敦煌戈壁单次散射反照率和Angstrom指数日变化比较平缓,波动较小,说明气溶胶类型比较简单。用后向轨迹模式分析气溶胶的主要来源,黄羊镇农场从东南方向的来气团占主导地位,36h和48h分别占到55%和52%,其次是局地气团,分别占到25%和32%,还有部分来自腾格里沙漠方向。临泽农场非沙尘期间从巴丹吉林沙漠方向的来气团占主导地位,36h和48h分别占到64%和58%,其次是西北方向气团和东南方向。临泽农场沙尘暴主要来自塔克拉玛干沙漠和西北戈壁地区,沙尘暴过后的浮尘天气从东南方向来的气团占主导地位,36h和48h分别占到71%和58%。敦煌戈壁500m和1000m的36h气团后向轨迹聚类分析结果是本地局地气团占主导地位,局地扬沙是气溶胶的主要来源,其次是来自库木塔格沙漠方向的,500m的气团还有部分来自天山地区和外蒙古的阿尔泰山脉地区;1000m的气团还有部分气团来自新疆古尔班通古特沙漠。48h气团后向轨迹聚类分析结果是北边大片戈壁方向来的气团占主导地位,分别占到40%和69%,500m的气团还有一重要来源是库木塔格沙漠,占到40%,还有少部分来自新疆古尔班通古特沙漠;1000m的气团还有部分来自青海的柴达木盆地和自新疆古尔班通古特沙漠。