大气气溶胶的粒度谱分布函数及其随高度的变化

本文对用光学粒子计数器在飞机上测量的大气气溶胶数密度-粒度谱分布进行了分析研究.根据对气溶胶谱形成过程的分析,指出大气气溶胶是四种气溶胶体系的混合物,需要用四个正态分布函数的和来描述大气气溶胶的体积-粒度谱分布.用非线性最小二乘法计算了谱分布函数的经验参数;研究了粒子浓度、体积、及粒度谱分布函数随高度的变化.观测资料表明,在大气温度和湿度水平均匀、层结稳定的情况下,气溶胶粒子浓度水平分布不均匀,而且垂直方向上也并不随高度单调递减.     

华北地区气溶胶混合状态对暖云微物理特征的影响

在UWyo单组分气溶胶的绝热气块分档云模式基础上,发展了多种化学组分气溶胶的绝热气块分档云模式。利用2006年春季华北地区地面气溶胶分级采样的离子成分分析数据和同时段高空气溶胶、云微物理飞机观测资料,研究了气溶胶混合状态对暖云微物理特征的影响。模拟结果表明,华北地区气溶胶内部混合比外部混合有利于增加云凝结核数浓度、降低气块水汽最大饱和比、增加云滴数浓度。气溶胶的混合状态不同,形成的云滴谱的特征差异较大,主要体现在云滴谱的平均尺度和峰值的突出程度;云滴谱相对离散度在0.3附近变化,且随着云滴数浓度的增加,云滴谱相对离散度呈现减小的趋势。气溶胶混合状态能够影响暖云微物理特征,从而影响大气辐射和降水过程,在天气和气候变化的研究中应予以关注。     

从反射太阳光谱反演大气气溶胶体积谱分布的理论研究

由大气顶射出太阳辐射的形式解出发,结合球形粒子的米散射理论,由反射太阳光谱推导获得了反演整层大气气溶胶粒子体积谱分布的权重函数。在权重函数特征分析的基础上,根据一个简单的线性反演算法,利用大气辐射传输计算模拟的大气顶反射太阳光谱,反演获得了不同气溶胶浓度和复折射率条件下的气溶胶粒子体积谱。结果表明,初步建立了一套自洽的大气气溶胶体积谱分布的反演方法。通过米散射计算获得的反演参数考虑了波长对粒子半径的权重特征,使气溶胶体积谱的反演具有了明确的物理依据;同目前常用的查算表方法相比,简化了反演方案中参数化的复杂程度。     

2004年北京地区秋季大气气溶胶粒子分布特征

2004年秋季在北京地区利用机载大气气溶胶粒子探头进行了大气气溶胶观测,获得了0～7 km气溶胶细粒子数浓度和尺度谱分布的垂直、水平变化特征.结果表明:北京地区上空气溶胶粒子数浓度在1 km左右高度以下的混合层内有均匀的分布,明显递减层的高度范围约在1～2 km之间,2 km以上随高度递减很小,高层气溶胶数浓度变化不大...     

石家庄秋季大气气溶胶物理特征分析

利用１９９０年秋季在石家庄地区不同天气条件下飞机观测对流层低层（距地面４０００ｍ以下高度）大气气溶胶的观测资料，分析了气溶胶粒子数密度、质量浓度水平和垂直分布特征及其日变化。结果表明，晴空下，石家庄地区气溶胶源于本地，地面质量浓度为０．１５×１０－９—０．８５×１０－９·ｃｍ－３，高度４０００ｍ以下谱分布特征值逆温层影响气溶胶粒子的向上输送，使其在送温层上下出现不连续分布；气溶胶的日变化表现为上午数密度大于下午，但下午粒子谱变宽；城市效应影响气溶胶粒子分布，城市上空气溶胶粒子数密度比郊区高１５％－３０％。     

山东地区秋季飞机观测气溶胶特征的初步分析

综合分析了2006年秋季在山东省进行的0.5—8.0μm范围内的大气气溶胶飞机观测的0—4500m气溶胶数浓度垂直分布,初步讨论了气溶胶与温度的关系,并分析了对气溶胶粒子谱的垂直分布情况。结果显示,气溶胶数浓度随高度呈递减趋势,在逆温层附近气溶胶有累计现象;受城市环境的影响,同一区域城市上空或者城市的下风方气溶胶粒子平均浓度都大于上风方;气溶胶粒子谱受不同天气背景的影响,出现不同类型的谱型,随高度的变化,谱型也有很大的变化。     

华东高海拔地区夏季气溶胶数浓度及谱分布特征

利用2014年7月黄山光明顶观测获得的气溶胶数浓度、气溶胶数谱数据,对黄山夏季气溶胶数浓度及谱分布特征进行分析,并在此基础上对气溶胶数谱进行了对数正态分布拟合。研究结果表明:黄山夏季气溶胶平均数浓度约为3 518.27 cm~(-3),主要集中在爱根核模态;气溶胶平均数浓度日变化呈双峰分布,峰值浓度的出现伴随着小粒子的增多。气溶胶数浓度与相对湿度和风速成负相关,高浓度的气溶胶多出现在较弱的东南风时;积聚模态气溶胶数浓度受风向影响显著。不同气团背景下气溶胶数谱差异集中在小于100 nm和500~1 000 nm粒径范围。爱根核模态气溶胶在高湿的西南气团影响下数浓度最低、谱较窄,而高温、低湿的东南气团对应的气溶胶数浓度最高、谱最宽,北方气团对应的气溶胶数浓度和谱宽居中;500~1 000 nm粒径范围气溶胶数谱分布特征与之相反。不同背景的气溶胶数谱和体积谱均可采用爱根模态、积聚模态1和积聚模态2三个模态进行对数正态分布拟合,但不同气团背景下的各模态谱型参数差异较大。     

2009年石家庄地区大气气溶胶的飞机探测研究

利用2009年石家庄地区不同季节的3次机载粒子探测系统PMS(Particle Measurement System)的探测资料,结合地面天气形势、风场和探空资料对石家庄地区,晴空背景下大气气溶胶的统计特征、数浓度、平均粒径的垂直分布特征以及谱分布特征进行了分析。结果表明:晴天条件下气溶胶的数浓度随高度递减,粒径随高度变化不大;在数值上,4月16日气溶胶数浓度和粒径最大,其次是10月15日,最小的是6月10日,3次粒径变化幅度都不大;逆温层底层气溶胶明显积累,气溶胶浓度在1.5 km以下大气边界层内明显高于其他层次,逆温层的高度和厚度影响气溶胶的分布;3次不同季节晴天背景下石家庄地区气溶胶谱型基本一致呈单峰分布,小于0.3μm的细粒子对气溶胶的数浓度贡献最大。     

2009年石家庄地区不同天气条件下大气气溶胶分布特征

利用2009年石家庄地区的4次机载PMS探测资料,对不同天气条件下大气气溶胶的数浓度、平均直径垂直分布和谱分布及一次晴天条件下的水平分布进行分析。结果表明：PCASP 探头探测的0.1-3.0 μm气溶胶粒子最大数浓度的量级为102-104 cm-3之间,平均值量级为102-103 cm-3之间,平均直径最大值介于0.225-0.717 μm,平均值介于0.148-0.167 μm。晴天条件下,气溶胶的数浓度随高度递减,直径随高度变化不大;逆温层底气溶胶明显积累,气溶胶浓度在大气边界层内明显高于其他层次;阴天轻雾情况下边界层内的气溶胶数浓度大于雨天和晴天,雨天气溶胶浓度最低;晴天气溶胶数浓度的水平分布不均匀;在云中气溶胶浓度明显下降,在云外气溶胶浓度较高。不同天气条件和晴天不同高度情况下,石家庄地区气溶胶谱型呈单峰分布,小于0.3 μm的细粒子对气溶胶的数浓度贡献最大,且随着高度的增加谱宽变窄。     

贺兰山地区沙尘暴若干问题的观测研究

利用贺兰山地区沙尘暴历史资料和综合观测资料 ,对大气背景、浮尘、扬沙和沙尘暴发生期间的大气气溶胶数浓度谱、质量谱、大气总悬浮颗粒 (TSP)及粒径分布、微气象、分光日射观测以及沙尘样品进行中子活化处理 ,分析了该地区浮尘、扬沙和沙尘暴形成规律 ,气候变化特征和贺兰山的影响。并综合研究了沙尘气溶胶尺度谱特征、光学厚度和化学组分等变化特征 ,提出了若干结果。     

青藏高原上空气溶胶含量的分布特征及其与臭氧的关系

采用1991年10月—2005年11月的HALOE资料,分析了青藏高原(27°~40°N,75°~105°E)上空气溶胶数密度、体积密度、面积密度的分布和变化特征,探讨了它们与臭氧的关系,并且与同纬度带中国东部地区(107°~122°E,27°~40°N)、北太平洋(170°E~170°W,27°~40°N)上空进行了对比。结果表明:高原上空气溶胶的体积密度、面积密度受Pinatubo火山喷发的影响主要发生在1991—1995年,然而气溶胶数密度受火山影响则不如前二者明显;高原上空气溶胶在对流层顶附近存在一个极大值区,在夏季该极大值区位于对流层顶下方(约120 hPa),而其他季节则位于对流层顶上方(约100hPa);青藏高原、中国东部地区、北太平洋三地上空气溶胶数密度的差异主要出现在60 hPa以下的气层,夏季差异最突出,高原上120 hPa附近的气溶胶数密度约为平原上的1.8倍,约为海洋上的5.5倍;在高原上空对流层顶附近以及平流层低层,气溶胶数密度与臭氧体积混合比呈很好的负相关关系,而在20 hPa以上则有明显的正相关关系;对比三地上空气溶胶与臭氧的关系,得到在对流层顶附近及平流层低层气溶胶在高原和平原上空与臭氧的变化呈很好的负相关,其中以高原上空的负相关关系更好,但是在海洋上空气溶胶和臭氧的相关不明显。而在20 hPa以上气层中,三地上空的气溶胶与臭氧的变化都具有很好的正相关关系。     

Cloud condensation nuclei spectra derived from size distributions and hygroscopic properties of the aerosol in coastal south-west Portugal during ACE-2

In this work we propose and test a method to calculate cloud condensation nuclei (CCN) spectra based on aerosol number size distributions and hygroscopic growth factors. Sensitivity studies show that this method can be used in a wide variety of conditions except when the aerosol consist mainly of organic compounds. One crucial step in the calculations, estimating soluble ions in an aerosol particle based on hygroscopic growth factors, is tested in an internal hygroscopic consistency study. The results show that during the second Aerosol Characterization Experiment (ACE-2) the number concentration of inorganic ions analyzed in impactor samples could be reproduced from measured growth factors within the measurement uncertainties at the measurement site in Sagres, Portugal.
CCN spectra were calculated based on data from the ACE-2 field experiment at the Sagres site. The calculations overestimate measured CCN spectra on average by approximately 30%, which is comparable to the uncertainties in measurements and calculations at supersaturations below 0.5%. The calculated CCN spectra were averaged over time periods when Sagres received clean air masses and air masses influenced by aged and recent pollution. Pollution outbreaks enhance the CCN concentrations at supersaturations near 0.2% by a factor of 3 (aged pollution) to 5 (recent pollution) compared to the clean marine background concentrations. In polluted air masses, the shape of the CCN spectra changes. The clean spectra can be approximated by a power function, whereas the polluted spectra are better approximated by an error function.     

一个准稳态的全球大气电路模式

本文用一个全球大气电导率模式和一个全球大气电路模式,计算了地形、大气气溶胶及太阳活动对大气电参量的影响,并估算了它们对地面电流密度和电场的分布影响。结果表明:地形的存在使电离层电势增加,雷暴分布的改变对大气电参量平均值无影响;气溶胶浓度与电离层电势及晴天电阻成正相关。宇宙射线与电离层电势及气—地电流成正相关;气溶胶浓度和宇宙射线的变化也会影响到晴天区电场以及雷暴区地面电流密度和电场;太阳质子流的注入使全球地面电场和电流密度增大,电离层电势不变。     

青藏高原大气气溶胶研究进展

文中综述了近30年来青藏高原大气气溶胶的研究现状,包括青藏高原大气气溶胶光学厚度、气溶胶面密度等的时空变化特征,大气气溶胶化学成分分析及气候效应的研究等。大多利用卫星、激光雷达及地面采样等资料分析研究气溶胶。青藏高原大气气溶胶研究已经取得了显著进展。文中主要综述了该领域的研究成果,并对其今后的研究进行了展望。      

Hygroscopic growth of aerosol particles and its influence on nucleation scavenging in cloud: Experimental results from Kleiner Feldberg

The hygroscopic growth of individual aerosol particles has been measured with a Tandem Differential Mobility Analyser. The hygroscopic growth spectra were analysed in terms of diameter change with increasing RH from 20% to 85%. The measurements were carried out during the GCE cloud experiment at Kleiner Feldberg, Taunus, Germany in October and November 1990.Two groups of particles with different hygroscopic growth were observed. The less-hygroscopic group had average growth factors of 1.11, 1.04 and 1.02 for particle diameters of 50, 150 and 300 nm, respectively. The more-hygroscopic group had average growth factors of 1.34, 1.34, and 1.37 for the same particle diameters. The average fraction of less-hygroscopic particles was about 50%. Estimates of the soluble fractions of the particles belonging to the two groups are reported.Hygroscopic growth spectra for total aerosol, interstitial aerosol and cloud drop residuals were measured. A comparison of these hygroscopic growths of individual aerosol particles provides clear evidence for the importance of hygroscopic growth in nucleation scavenging. The measured scavenged fraction of particles as a function of diameter can be explained by the hygroscopic growth spectra.     

On the influence of the physico-chemical properties of aerosols on the life cycle of radiation fogs

A one-dimensional model of radiation fog with detailed microphysics is presented. Aerosols and cloud droplets are treated in a joint two-dimensional size distribution. Radiative fluxes are calculated as functions of the radiative properties of the time-dependent particle spectra. The droplet growth equation is solved by considering radiative effects. Turbulence is treated by means of a higher order closure model. The interaction between the atmosphere and the earth's surface is explicitly simulated.Three numerical sensitivity studies are performed to investigate the impact of the different physico-chemical properties of urban, rural and maritime aerosols on fog formation. Numerical results elucidate that depending on the aerosol type used, the resulting fog events are completely different. This is particularly true for the times of fog formation and dissipation as well as for the liquid water content and supersaturations within the fogs. In the activated part of the particle spectra, the aerosol mass is very inhomogeneously distributed. The maxima of the curves do not coincide with the maxima of the corresponding liquid water distributions.     

气溶胶对雷暴云微物理过程和起电影响的数值模拟

将云滴冻结方案植入已有的二维雷暴云起、放电模式,结合一次山地雷暴个例,探讨了气溶胶浓度对雷暴云微物理过程、起电以及空间电荷结构的影响。结果表明:气溶胶浓度增加,云滴数目增多,尺度降低,雨滴含量减少;云滴冻结导致冰晶在低温区快速生长,冰晶数浓度增加,尺度减小,当气溶胶浓度高于1000 cm-3后小冰晶难以增长成大尺度的霰粒子,因此霰粒子数浓度先增加后急剧减少。此外,气溶胶浓度的大小不会影响雷暴云的电荷结构特征,但会对云内的起电强度产生明显的作用:当气溶胶浓度较低时,增加气溶胶浓度,更多的冰晶和霰粒子发生碰撞使得云内起电过程增强,空间电荷密度增加;当气溶胶浓度高于1000 cm-3后,少量的霰粒子和小冰晶的出现抑制了非感应起电过程,导致电荷密度降低。     

A method for spaceborne synthetic remote sensing of atmospheric aerosol optical depth and vegetation reflectance

ＡＭｅｔｈｏｄｆｏｒＳｐａｃｅｂｏｒｎｅＳｙｎｔｈｅｔｉｃＲｅｍｏｔｅＳｅｎｓｉｎｇｏｆＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＡｅｒｏｓｏｌＯｐｔｉｃａｌＤｅｐｔｈａｎｄＶｅｇｅｔａｔｉｏｎＲｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ①ＱｉｕＪｉｎｈｕａｎ（邱金桓）Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆ...     

DUAL-DIAL:A PAIR OF WAVELENGTHS FOR HIGH PRECISE MEASUREMENTS OF OZONE*

In this paper the effects of aerosol on tropospheric ozone measurements by three-wavelength (266-289-308nm) dual differential absorption lidar (DIAL) and two-wavelength (266-289 nm and 266-308 nm) DIAL are simulated.By using the two kinds of DIAL.vertical profiles of ozone density from 2 to 3.6 km altitude range are measured.Both simulation and observation results show that the three-wavelength dual-DIAL method is more effective to reduce the effects of aerosol than the two-wavelength DIAL method.Therefore,accurate ozone density distributions can be retrieved by the three wavelength dual DIAL method.     

DUAL-DIAL:A PAIR OF WAVELENGTHS FOR HIGH PRECISE MEASUREMENTS OF OZONE

In this paper the effects of aerosol on tropospheric ozone measurements by three-wavelength(266-289-308nm) dual differential absorption lidar (DIAL) and two-wavelength (266-289 nmand 266-308 nm) DIAL are simulated.By using the two kinds of DIAL.vertical profiles of ozonedensity from 2 to 3.6 km altitude range are measured.Both simulation and observation resultsshow that the three-wavelength dual-DIAL method is more effective to reduce the effects of aerosolthan the two-wavelength DIAL method.Therefore,accurate ozone density distributions can beretrieved by the three wavelength dual DIAL method.