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。     

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.     

基于航测的珠三角气溶胶垂直分布及活化特性

2017年9月14—27日在珠江三角洲地区开展了6个架次飞机观测试验。利用飞行获取的气溶胶、云凝结核、云滴及常规气象探头观测资料,结合天气形势、气象条件及气团后向轨迹分析,研究了珠江三角洲地区深圳气溶胶数浓度及其谱的垂直分布特征,配合不同过饱和度条件下云凝结核浓度观测,分析了气溶胶活化特性。结果表明:在不同天气条件下,深圳低层气溶胶数浓度变化范围为500~9000 cm-3;边界层内气溶胶分布相对均匀,谱型随高度变化与气象条件相关。将6个架次气溶胶观测资料根据数浓度及谱型分为3种类型:类型Ⅰ为海洋型气溶胶,数浓度小,粒子尺度大,谱型呈双峰分布;类型Ⅲ为大陆型气溶胶,数浓度高,粒子尺度小,谱宽较宽且呈三峰分布;类型Ⅱ为海洋大陆影响型气溶胶,即受海洋和大陆共同影响,数浓度低于类型Ⅲ高于类型Ⅰ,谱型为双峰分布。拟合了包含海洋型及大陆型气溶胶的3个架次近地面云凝结核活化谱,计算了气溶胶在不同过饱和度条件下的活化效率。     

青海格尔木地区大气气溶胶分布的飞机观测

利用2011年和2013年青海格尔木地区机载DMT仪器观测的气溶胶资料,对气溶胶粒子数浓度及气溶胶数谱分布特征进行分析。结果表明,格尔木低层主要为局地气溶胶,高层为输入型气溶胶;气溶胶数浓度随高度升高呈减小趋势,且各高度层气溶胶数浓度均小于500 cm~(-3);气溶胶粒子有效粒径随高度升高先增大后减小,3500～5000 m气溶胶有效粒径最大;气溶胶数谱呈多峰分布。对格尔木第1模态(0.1～0.2μm)、第2模态(0.2～1μm)和第3模态(1～3μm)的气溶胶数谱进行对数正态拟合,发现气溶胶数谱谱宽第2模态第1模态第3模态,其与北京、天津拟合的谱宽分布特征存在差异;对比格尔木与北京和天津地区相同模态的气溶胶数谱发现,气溶胶第1模态数谱谱宽天津最宽、北京最窄,第2模态格尔木最宽、北京最窄,气溶胶粒子平均粒径在第1模态和第2模态北京均最大,格尔木均最小。     

基于离子配对法的黄山地区云凝结核闭合研究

为了对黄山地区云凝结核（Cloud Condensation Nuclei,CCN）进行闭合研究,2014年6月30日至7月28日在黄山光明顶对大气气溶胶理化性质和CCN数浓度进行观测,分析了气溶胶化学组分、谱分布以及CCN数浓度随时间变化的特征,通过κ-Köhler理论并使用离子配对法计算得到CCN数浓度与观测得到的CCN数浓度进行对比。结果表明：计算与观测的CCN闭合结果较好,低过饱和度CCN闭合结果好于高过饱和度,过饱和度较低时低估了CCN数浓度,而过饱和度较高时则高估了CCN数浓度,由此说明气溶胶的化学组分数据对预测CCN数浓度至关重要,同时说明该方法可以实现CCN的闭合。考虑到40%水溶性有机碳（Water Soluble Organic Carbon,WSOC）对气溶胶粒子吸湿性影响,在较低过饱和度CCN闭合结果较好,但影响效果并不显著,尤其是在拟合结果相对较差的高过饱和度下基本没有影响。因此,气溶胶粒子中水溶性无机组分对CCN活化有重要影响,而含量较多、化学组分复杂并且吸湿性不确定的WSOC对CCN活化影响较为有限,这与一些研究得出无机组分对于气溶胶吸湿性的影响比具有复杂特征的有机组分更重要的结论相符合。     

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％。     

重庆冬季大气气溶胶的物理、化学特征

利用2001—2002年重庆冬季大气气溶胶粒子观测资料，分析了气溶胶粒子的数浓度、质量浓度、谱分布、化学元素组成及其与气象因子的关系。结果表明，重庆冬季大气气溶胶数浓度与我国其他大城市处于同一水平，大于0．3μm气溶胶粒子的平均数浓度为225．3个／cm^3（最大337．8个／cm^3）；冷空气入侵和降水是局地气溶胶的主要清除机制，雾的存在可以显著地改变气溶胶数浓度的一般日变化规律；PM10占TSP（Total Suspended Particles，总悬浮颗粒物）质量浓度的60％～80％；人为污染元素S、zn、As、Ph等在细粒子中富集较高。     

北京等地对流层低层晴天气溶胶微物理特征

1982年4—7月对北京等地对流层低层晴天气溶胶数浓度、尺度谱分布进行了飞机观测。结果表明:来自西、西北和北部气团的气溶胶数浓度相当低（平均为10-1—100 /厘米3）。尺度谱分布用dn/dD=C/DA拟合，相关显著水平α≤0.01，幂指数A值多小于3（占总数73%以上），比Junge给出的A=4值小些。鉴于直径D=0.5—2微米粒子在大气中的重要性，也按dn/dD=C′/DB进行拟合，多数测值α≤0.01，少数α≤0.05。幂指数A、B和D=0.5—1微米粒子相对数浓度f1在水平、垂直方向上是相当均匀稳定的。受城市影响时，混合层内气溶胶数浓度明显增大，尺度谱分布斜率变陡（A、B增大），特别是和“气-粒”转化有关的D=1微米左右粒子数浓度增加非常显著，比不受城市影响时，增加了1—2个量级，最大可增加3个量级。可见，城市影响是造成混合层气溶胶数浓度增大、尺度谱分布变陡、局地大气污染加重、低层能见度变坏的重要原因。     

基于飞机观测的四川盆地初夏云下气溶胶特征

利用2009年6月23日夏延飞机搭载的云粒子测量系统(PMS)对四川盆地上空云和气溶胶的2次观测试验资料和MODIS光学厚度产品及云和辐射资料(CERES SYN1deg-3Hour Ed3A),结合HYSPLIT模式模拟的气团后向轨迹和前向轨迹,分析四川盆地云下气溶胶数浓度垂直分布、谱分布和来源特征。结果表明:飞机观测的四川盆地大气气溶胶数浓度量级为108~109m~(-3),与河北省、北京及周边城市飞机观测的气溶胶数浓度量级相同,污染较重。远距离输送对四川盆地气溶胶贡献小,说明气溶胶主要受盆地区域内污染物影响,同时气溶胶生成后主要在盆地区域内聚集,使得区域内空气污染居高不下。初夏阴天天气条件下,四川盆地的大气气溶胶主要分布在2 800 m以下,气溶胶粒子数浓度越靠近地面越大,且云下气溶胶粒子较多是积聚模态,粒子Angstr9m波长指数介于1.2~1.4之间,城市-工业气溶胶的特征明显。     

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...     

北京地区气溶胶粒度谱分布初步研究

对北京地区气溶胶数浓度及其谱分布特征进行了初步研究,重点探讨了气溶胶数浓度分布与相对湿度的关系。研究结果表明,气溶胶浓度和谱分布存在明显的日变化和逐日变化,并在很大程度上受空气相对湿度和里查森数影响。     

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。     

基于航测数据的河北中南部雾霾天气气溶胶及云凝结核研究

2009年秋季利用夏延飞机观测平台对河北中南部雾霾天气条件下的气溶胶及云凝结核CCN进行观测,得到气溶胶、CCN数浓度及尺度的垂直廓线及粒子谱等特征,研究雾霾天大气气溶胶的分布、来源特征以及气溶胶与云凝结核的转化关系。研究发现:霾天气条件下边界层附近的气溶胶垂直分布特征有很大不同。边界层以上气溶胶浓度随高度递减,数浓度量级约101~102个·cm~(-3);边界层附近和近地面气溶胶浓度有峰值出现,近地面数浓度量级达103个·cm~(-3)。气溶胶粒子平均直径范围为0.16~0.18μm。600 m、1 000~2 000 m之间的气溶胶平均粒子谱大体呈单峰分布;3 000~4 000 m、6 000~6 900 m之间的粒子谱呈双峰分布。受气溶胶来源及特性差异的影响,在0.3%过饱和度下,3 000 m以下的气溶胶活化为CCN的比例不到20%,3 000 m以上活化比例高达50%。Hysplit后向轨迹模拟的气团移动轨迹显示,6 000 m以上的大气高层受我国西北地区远距离输送作用影响,沙尘粒子吸湿活化为CCN。低层气溶胶主要受下垫面及近地面污染排放影响,气溶胶尺度相对较小,气溶胶转化为CCN的比例低于高层。CCN浓度随过饱和度的增加呈增大趋势。利用多项式对气溶胶浓度和CCN浓度进行拟合,拟合结果与实测谱吻合较好。     

香河地区亚微米气溶胶粒子尺度谱分布特征

为了解香河地区气溶胶尺度谱的基本特征,自2012年5月起,利用扫描电迁移率粒径谱仪(SMPS)对河北香河地区的亚微米(13.8~723.4 nm)气溶胶尺度谱分布进行了近2 a的测量。基于该数据集,分析了气溶胶尺度谱的季节变化和日变化特征及气象要素对气溶胶浓度的影响。结果发现,观测期间埃根核模态(20.0~100.0 nm)、积聚模态(100.0~723.4 nm),以及总的气溶胶数浓度、表面积浓度和体积浓度均值分别为7.0×103cm~(-3)、7.5×103cm~(-3)、14.9×103cm~(-3)、1125μm2·cm~(-3)和50μm~3·cm~(-3)。香河地区积聚模态的粒子数浓度接近华北地区其他污染测站的结果,但高于发达国家的测值。冬季气溶胶的平均浓度最高(18.1×10~3cm~(-3)),而春季最低(12.3×10~3cm~(-3))。不同季节,气溶胶的数谱分布主要为单峰分布,平均峰值直径约为105 nm。气溶胶浓度的日变化受机动车排放的影响显著,存在早晚两个高值中心,分别出现在早上的06:00—09:00和晚上的19:00—21:00。风速、风向对气溶胶数浓度的影响较大,低风速(2 m/s)和南风条件,尤其是吹西南风时,气溶胶浓度的增加显著。     

基于航测的云底气溶胶活化率与过饱和度估算

2016年11月13日在北京地区上空存在持续稳定的层状云天气背景下,利用飞机开展气溶胶粒径谱、化学组成、云滴谱等参量的垂直观测,研究该个例云底气溶胶的活化能力。结果表明:探测期间北京地区为轻度污染天气,地面气溶胶浓度(0.11~3 μm)达到4600 cm-3。云层高度为800~1200 m,云底气溶胶数浓度相对于近地面大幅度降低,有效粒径显著增大(0.3~0.6 μm)。同时,近地面气溶胶中疏水性的一次有机气溶胶贡献显著,而云底气溶胶中一次有机气溶胶的贡献大幅降低,无机组分和二次有机气溶胶的贡献明显增大,造成吸湿性参数κ由0.25(地面)增大至0.32(云底)。云中气溶胶和云滴的谱分布衔接较好,且两者的数浓度之和与云底气溶胶浓度一致,可分别代表未活化和已活化的粒子。基于云底气溶胶粒径谱和吸湿性参数计算得到不同过饱和比下云凝结核的活化率,通过与云中观测结果对比,反推得到云底过饱和度约为0.048%。     

中国超大城市综合实验:京、沪、穗气溶胶理化和吸湿特性

气溶胶对环境、气象和人体健康都有较大影响,这些影响与气溶胶理化特性(粒子尺度谱、化学组分、混合状态等)密切相关。为了深入研究气溶胶的环境和气候效应,发展了一套气溶胶在线综合观测系统。本文介绍了利用该系统在北京、上海、广州三个超大城市开展的综合观测实验结果。通过对比分析发现,广州气溶胶数浓度最高,其粒子尺度谱分布特征与北京特征相似,均以核模态为主,上海气溶胶数浓度则整体较低。对比三个超大城市的新粒子生成(New Particle Formation,NPF)特征发现,北京NPF的发生频率低于广州,主要由于北京地区大气中大粒径气溶胶更多,较高的碰并汇抑制了NPF的发生和发展。研究发现,观测期间北京和上海站点气溶胶的吸湿性强于广州,人为一次性排放气溶胶吸湿性较弱。气溶胶吸湿性日变化特征与人为活动、气溶胶老化程度密切相关。此外,三个超大城市中气溶胶光吸收系数的日变化特征存在明显差别,北京站点的气溶胶吸收系数呈现白天高、夜间低的特点,而广州站点气溶胶的吸收系数呈现相反的日变化趋势,这可能是由观测站周边的环境差异及大气边界层的变化特征差异造成的。     

南京一次重霾天气纳米气溶胶观测研究

为加深对南京地区重霾天气过程纳米尺度气溶胶物理特征的了解,对2017年12月21—25日的一次重霾天气过程进行了综合探测,利用宽范围粒径谱仪观测了此次过程中10～1 000 nm颗粒物数浓度,并结合能见度等气象要素,对重霾期间纳米气溶胶谱分布进行了分析。结果表明:此次霾重污染过程出现在低温、高湿、气压上升期间;与非重污染时期相比,重污染期间N_(10-20)与N_(20-100)降低,N_(100-1000)升高;重污染期间气溶胶粒子平均数浓度为17 035个/cm~3,低于非重污染期间粒子数浓度,N_(100-1000)占总数浓度的55.05%;重霾发生期间纳米气溶胶数浓度谱为单峰结构,峰值在100 nm附近,随着污染加重,纳米气溶胶峰值粒径向大粒径偏移,粒子向大粒径段集中;不同温度对不同粒径粒子数浓度的影响不同,20～100 nm粒径段气溶胶与数浓度与温度呈反相关性,100～500 nm粒子数浓度与温度呈正相关性.     

沙尘气溶胶粒子表面变性对云滴形成过程的影响

利用1997年5月14日辽宁省气溶胶和云滴谱航测资料,讨论了沙尘气溶胶粒子表面变性产生的不溶性沙尘粒子外包可溶性硫酸铵层的混合气溶胶粒子作为凝结核的增长规律,计算了由混和核形成的云滴谱特征,并与纯硫酸铵盐核进行对比.结果表明:混和核上初期形成的云滴谱型比纯硫酸铵盐核上初期形成的云滴谱型要宽,更接近实际观测到的云滴谱分布.     

广州地区1994年6月洪涝期间降水的物理化学特征

受9403号强热带风暴登陆和锋面暴雨的影响,致使珠江下游出现百年一遇特大洪涝灾害,本文在此期间分析了在从化气象站密集观测的雨水成分与雨滴谱资料,结果表明:（1）雨滴谱型以多峰谱为主,极少出现无峰谱;（2） 雨水的pH值均比较低;（3）在雨水离子中以SO2-4和NH+4的浓度最高,雨水中被富集的主要是NO-3;（4）气溶胶水溶性离子成分中,SO2-4和Ca2+的浓度最高。     

华北中部夏季气溶胶垂直分布及其与云凝结核和云滴转化关系的飞机观测研究

气溶胶的时空分布及其核化成云的转化过程是云降水物理研究的重点,也是气候变化中气溶胶间接效应关注的热点问题。利用2013～2014年期间在华北中部山西地区开展的9架次夏季晴天和积云天气情况下的气溶胶、云凝结核（CCN）及云滴数浓度观测资料,分析研究了气溶胶的垂直分布、谱分布、来源特征及其与云凝结核、云滴数浓度的转化关系。研究结果表明,大气边界层逆温层结对气溶胶、CCN垂直分布有重要影响,不同天气条件下气溶胶谱型在低层差异较大而高层基本一致;垂直方向上CCN数浓度与气溶胶数浓度有较好的相关性,过饱和度0.3%条件下CCN比率（云凝结核/凝结核）与气溶胶有效直径呈线性关系;积云云下气溶胶与云滴的线性拟合方程为y=1.3x?616.3,拟合相关系数为0.96,气溶胶转化为云滴的比率可达到47%。在过饱和度0.3%条件下,云下CCN与云滴的线性拟合方程为y=1.6x?473.8,拟合相关系数也为0.96,CCN转化为云滴的比率可达到69%。