科特迪瓦城乡环境中气溶胶物理性质的时空分析

《Atmospheric Pollution Research》：Spatio-temporal analysis of the physical properties of aerosols in urban and rural environments in C?te d'Ivoire.

　　

• •
  科特迪瓦三个站点气溶胶的对比研究。
• •
  地面观测（CALITOO、AERONET）与卫星（CALIOP）数据的融合。
• •
  气溶胶光学厚度（AOD）和?ngstr?m指数的季节性变化规律。
• •
  气溶胶光学厚度与地表PM10及PM2.5浓度的关联分析。
• •
  利用HYSPLIT后向轨迹追踪撒哈拉沙尘输送过程。

引言

气溶胶是悬浮于大气中的细颗粒物质。这些颗粒高度异质，可根据其粒径、在大气中的位置及其排放来源进行分类。气溶胶在地球辐射收支中发挥着关键作用，影响着云的生成、能见度和空气质量（Alizadeh-Choobari & Gharaylou, 2017；Gautam等, 2024）。气溶胶与云及降水系统之间的复杂相互作用涉及多种物理化学过程，仍是区域和全球气候系统中最大的不确定性之一（Chang等, 2021）。量化其变异性对于理解气候过程及其对公共健康的影响至关重要（Cohen等, 2017；Gautam等, 2022）。受快速城市化的推动，预计到2050年，非洲人口将占全球总人口的25%（联合国, 2024），这将进一步加剧人为排放和区域脆弱性。加速的城市化进程将伴随着人为污染的增加。根据Keita等人（2021）的研究，非洲燃烧相关颗粒物排放的主要来源包括家庭炉灶、道路交通、垃圾填埋场火灾、工业和火力发电厂，其中西非在大陆尺度上做出了显著贡献。人类活动的快速扩张预计将导致人为气溶胶排放大幅增加，若无减排措施，撒哈拉以南西非地区的人为气溶胶排放量可能达到当前水平的三倍（Liousse等, 2014）。

西非地区的气溶胶特性表征尤为重要，因为该地区既靠近世界上最大的沙尘来源——撒哈拉沙漠，又邻近非洲热带稀树草原，后者是全球范围内生物质燃烧排放（气溶胶和痕量气体）的主要来源之一（Ogunjobi等, 2008）。此外，我们还必须考虑该地区因城市活动产生的显著人为排放（Liousse等, 2014）。地面光度观测网络可提供关键光学特性的高精度测量数据，如气溶胶光学厚度（$$）和?ngstr?m指数（$$），这些参数对于参数化颗粒物的物理特性、微物理特性和辐射特性不可或缺（Masmoudi等, 2003；Reid等, 1999）。除了局地站点的表征外，覆盖不同波长和光谱配置的综合性垂直积分$$数据集对于约束气候模型以及评估区域和全球尺度的气溶胶辐射强迫同样至关重要（Gautam等, 2024；IPCC, 2023）。在西非地区，由于严重的空间异质性和复杂的垂直混合持续存在，精确的地面光学观测对于验证空间遥感数据、完善化学传输模型参数化至关重要，从而减少区域气候预测中持续存在的不确定性。然而，地面观测的空间覆盖不足是造成当前气溶胶气候学中诸多不确定性的原因之一。为弥补这些观测空白，我们提出一个假设：在西非自北向南的剖面（Korhogo、Lamto、Abidjan）上，长程输送路径（撒哈拉沙尘与生物质燃烧）之间的季节性相互作用与行星边界层动力学共同驱动了垂直积分$$与地表颗粒物浓度（$$ / $$）之间的结构性解耦。为验证该假设，本研究聚焦以下三个核心研究问题：

• 1.
  长程输送路径与行星边界层动力学的季节性相互作用如何主导垂直积分AOD与地表PM浓度之间的垂直解耦过程？
• 2.
  沿自北向南剖面，在差异显著的城市与农村环境中，气溶胶类型的时空变异性和垂直约束比（$$）有何特征？
• 3.
  本地人为排放与跨界长程输送对区域空气质量下降的相对贡献分别有多大？

因此，本研究的主要目标是阐明气溶胶类型及其时空变异性，并表征城市与农村环境中控制柱-地表关系的物理机制。为实现这一目标，我们整合了多平台光度观测数据（CALITOO、AERONET）、地面颗粒物测量数据（$$）以及卫星垂直廓线数据（CALIOP），以量化本地人为排放和跨界输送对区域空气质量的相对贡献。

章节摘要

研究站点介绍

Korhogo（北纬9°26′；西经5°37′；$$）位于科特迪瓦北部，距经济首都Abidjan 635公里。该地区属于苏丹型热带气候系统（炎热干燥）。根据Bassett（2017）的研究，Korhogo是棉花和腰果种植业的中心，其农业生产依赖化肥和农药。在城镇化与工业化方面，Korhogo远低于Abidjan的水平。该地气候以两个交替的季节为特征：长

气溶胶物理参数对比

CALITOO手持光度计的气溶胶观测在无云条件下进行。因此，数据的代表性与各观测站点的云量覆盖情况密切相关。云量较多的站点可能限制有效观测数据的数量。位于北部的Korhogo站和位于中部的Lamto站的云量覆盖均少于科特迪瓦南部Abidjan站。观测期的汇总（测量总数、

结论

本研究在将手持式CALITOO光度计与标准自动CIMEL太阳光度计进行基准比对时，展现了高度可靠性和一致性，能够有效地分辨细模态和粗模态颗粒物的特征。除基本的光学厚度测量外，CALITOO仪器还成功量化了关键气溶胶种类的大气贡献，包括生物质燃烧烟羽、沙漠沙尘和混合型气溶胶。此外，

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文所报告工作的利益冲突。

CRediT作者贡献声明

Adou F. Niamien：写作 – 审阅与编辑、写作 – 初稿、指导、软件、方法论、概念化。Véronique Yoboué；：写作 – 审阅与编辑、资源。Siélé Silué；：写作 – 审阅与编辑、写作 – 初稿、资源。Sylvain Gnamien：写作 – 审阅与编辑、资源。Marcellin Adon：写作 – 审阅与编辑、写作 – 初稿、方法论。Jean-Fran?ois Léon：写作 – 审阅与编辑、写作 – 初稿、指导，

未引用参考文献

García等, 2025a；IPCC等, 2023；Léon等, 2021a；Léon等, 2021b；Mona等, 2012。

生成式AI在写作过程中的声明

在撰写本文期间，作者使用了生成式AI工具（ChatGPT，OpenAI）协助改善语言清晰度和可读性。所有借助该工具生成的内容均经作者仔细审阅、编辑和核实，以确保准确性、相关性和科学严谨性。作者对最终内容承担全部责任，并确认其反映了作者本人的分析和解读。

资金

本研究未获得公共、商业或非营利部门资助机构的任何专项资助。

竞争性利益声明

? 作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能被认为影响了本文所报告的工作。

致谢

作者感谢所有首席研究员、联合首席研究员以及Lamto站的站点管理者，感谢他们建立和维护本研究使用的AERONET（气溶胶机器人网络）站点，并提供数据的公开访问。我们向CALIPSO/CALIOP团队表示最诚挚的感谢，感谢他们维护数据的免费共享。

Adou F. Niamien感谢科特迪瓦法国大使馆文化合作与行动服务处（SCAC）授予的

Adou F. Niamien | Marcellin Adon | Jean-Fran?ois Léon | Siélé Silué | Sylvain Gnamien | Sékou Keita | Julien Bahino | Corinne Galy-Lacaux | Véronique Yoboué