考虑湿度影响的城市气溶胶液晚温度效应

本文利用一维非定常模式，研究了城市上空干、湿气溶胶粒子对夜间边界层温度的影响。结果表明，湿气溶胶粒子对低层大气有明显的升温作用，而对中上层大气则起降温作用，同时改变了贴逆逆温层结构和边界层稳定度。     

南京冬季大气气溶胶的物理特征

根据１９９３年１１月１５日－１２月－１０日南京北部的大气气溶胶粒子的连续观测资料，分析了大气气溶胶粒子的浓度，日变化，日际变化，谱分布以及降水对大气气溶胶粒子的湿沉降清除。     

相对湿度对大气气溶胶粒子短波辐射特性的影响

利用Mie散射原理和重庆实测气溶胶资料,详细计算了边界层内单个气溶胶粒子的光学特性参量,气溶胶粒子群体的散射、吸收、消光系数及不对称因子、散射比、光学厚度;进而采用二流近似和累加法计算了边界层内太阳短波辐射增温率。目的在于研究相对湿度对以上各特性参量的影响。结果表明,相对湿度在65%～95%之间变化时,对气溶胶粒子群体光学特性参数和太阳增温率的影响在量级上可与气溶胶粒子浓度成倍变化的影响相比拟。     

夜间城市大气边界层和气溶胶的相互作用

本文利用能量闭合的二维非线性、非定常模式，结合地面热量平衡方程，研究了夜间城市边界层和气溶胶的相互作用问题。结果表明:气溶胶在夜间对大气低层起保温作用，对大气上层起冷却作用；使大气低层稳定度减小，上层稳定度增加；此外，气溶胶还能够削弱贴地逆温强度。在正常城市气溶胶污染情况下，气溶胶对城市热岛强度影响不大，但可使城市热岛环流稍有增加。夜间城市边界层对气溶胶的反馈作用使大气下层气溶胶浓度减小，上层气溶胶浓度增加。上述部分结论得到了在天津取得的城市热岛观测资料的直接验证。     

考虑湿度影响的城市气溶胶粒子白天温度效应

利用一维晴空大气边界层模式，在详细计算气溶胶短波辐射增温率的 基础上，研究了环境相对湿度和气溶胶粒子浓度对边界层气溶胶白天温度效应的影响。 结果表明，相对湿度的增加与气溶胶粒子浓度的增加在边界层中具有一致的温度效应， 均使边界层中上层增温，近地层降温，从而稳定度增大。     

中国地区边界层大气气溶胶辐射吸收特性

采用粒子采样法对中国２３个地区边界层气溶胶的吸收系数作了测量,研究了其分布特征。结果表明：中国地区边界层气溶胶的吸收系数在１０＾－６－１０＾－３ｍ＾－１之间,明显呈北高南低的趋势,四川盆地和贵州有一相对较高的中心,吸收系数与粒子含量之间的相关系数为０．７４,吸收系数与粒子含量的分布一致性较好。小颗粒的吸收性能好于大颗粒。     

气溶胶粒子对城市夜间边界层温度影响的模式研究

用一维非定常模式模拟大气气溶胶粒子对城市夜间边界层大气温度场的影响。结果表明：气溶胶粒子对近地层大气地增温作用，对１５０ｍ以上大气起降温作用，并削弱近地逆温层的强度。     

污染大气边界层的长波冷却率模式

考虑大气气溶胶在长波窗区的散射和吸收作用以及水汽的连续吸收作用，建立了一个适用于污染大气边界层的长波冷却率模式。计算结果表明：当单位面积气柱中气溶胶含量为７８５．９ｍｇ／ｍ２时，气溶胶的作用可使到达地面的长波向下辐射增大３９Ｗ／ｍ２。在大气窗区，大气气溶胶和水汽的连续吸收对长波冷却率的影响是同等重要的。在水汽含量和气溶胶浓度较大的大气边界层内，水汽连续吸收的冷却率最大时可达１．３Ｋ／ｄ，气溶胶的冷却率最大时可达到１．６６Ｋ／ｄ，二者对长波冷却率的贡献均不容忽视     

合肥市郊低层大气的激光雷达探测研究

利用L300米散射激光雷达对合肥市郊大气边界层进行长期系统观测.分析讨论了大气边界层气溶胶消光系数与温度、湿度的关系, 大气边界层气溶胶消光系数垂直分布和时间变化的主要特征, 给出了激光雷达探测的大气边界层高度的统计特征及其与无线电气象探空仪探测大气边界层高度的比较结果.     

珠江三角洲地区大气气溶胶特征的飞机观测分析

利用2010年11月6日在珠江三角洲的佛山、江门等地区上空进行的一次飞机探测数据,初步分析气溶胶粒子的垂直和水平分布特征。结果表明,气溶胶粒子在不同的高度有较大的差异,自下而上存在着累积层、递减层和增加层,在1 033 m以下的大气边界层存在气溶胶粒子的累积,气溶胶粒子最小浓度为1 151.15/cm3,高度1 033 m;最大浓度为7 307.38/cm3,高度627 m;平均浓度5 775.63/cm3,平均直径0.212 μm,最大直径0.219 μm,最小直径0.189 μm。在1 033 m以上,气溶胶粒子浓度随高度增加而递减,但在逆温层附近气溶胶粒子的浓度出现了随高度增加而增加的现象。在江门鹤山上空3 800 m的高度层平飞时段,气溶胶粒子数浓度平均为19.74/cm3,变化范围1.97～53.65/cm3。对不同高度粒子谱分析表明,其谱型为多峰型,且高度越高,谱宽越窄,大粒子基本集中在1 000 m高度以下。      

Effects of air masses and synoptic weather on aerosol formation in the continental boundary layer

Nucleation of near nm sized aerosol particles and subsequent growth to ∼100 nm in 1–2 days has in recent years been frequently observed in the continental boundary layer at several European locations. In 1998–99, this was the focus of the BIOFOR experiment in Hyytiälä in the boreal Finnish forest. Nucleation occurred in arctic and to some extent in polar air masses, with a preference for maritime air in transition to continental air masses, and never in sub‐tropical air. The air masses originated north of the BIOFOR experiment by paths from the southwest to northeast sector. The nucleation was also associated with cold air advection behind cold fronts, never warm air advection. This may relate to low pre‐existing aerosol concentration, low cloudiness and large diurnal amplitudes in the continental boundary layer associated with cold air advection and clear skies. Arctic and polar air together with cold air advection did not always lead to nucleation. The most important limiting meteorological factors were cold front passages and high cloudiness, probably through reduced photochemistry and wet scavenging of precursor gases and new aerosol particles. The preference for nucleation to occur in arctic air masses, which seldom form in the summer, suggests a meteorological explanation for the annual cycle of nucleation, which has a minimum in summer. The connection to cold‐air outbreaks suggests that the maximum in nucleation events during spring and autumn may be explained by the larger latitudinal temperature gradients and higher cyclone activity at that time of the year. Nucleation was observed on the same days over large parts (1000‐km distance) of the same air mass. This suggests that the aerosol nucleation spans from the microphysical scale to the synoptic scale, perhaps connected through boundary layer and mesoscale processes.     

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。     

复杂地形城市冬季边界层对气溶胶辐射效应的响应

作者着眼于城市气溶胶辐射效应与大气边界层的相互作用问题,针对地形复杂的兰州市及周边地区,开发应用了WRF(Weather Research and Forecasting,天气研究和预报)模式,使之与包含了大气气溶胶辐射效应和气溶胶粒子扩散的综合大气边界层数值模式嵌套起来.通过个例分析,揭示了冬季气溶胶辐射效应对边界层结构的定量影响.主要特征为夜间气溶胶的长波辐射效应使地面附近的气温增高,增温幅度为0.1～0.3 K/h,使低空(25～300 m)大气层冷却,降温幅度为0.08～0.15 K/h,风速在150 m以下减小;白天气溶胶的短波辐射效应使地面层内明显增温,1 h内升温约0.5 K,增温最大值在混合层顶500～600 m高度.受增温影响,垂直风场和水平风场随之调整,风速在450 m以下增大约0.1 m/s左右,而在450 m以上风速减小0.1 m/s左右.     

广州地区旱季一次典型灰霾过程的特征及成因分析

通过研究2009年11月广州市气溶胶颗粒物质量浓度(PM10、PM2.5、PM1)、黑碳浓度、散射系数(Scatter)等大气成分要素,以及微波辐射计、激光雷达及风廓线雷达所探测的风、温、湿等边界层结构,统计分析广州旱季一次典型灰霾过程(2009年11月23—29日)中气溶胶颗粒物及其光学特性的时空变化特征,并配合天气形势背景、边界层结构对其形成原因进行详细分析。在典型灰霾过程中,黑碳浓度高达58.7μg/m3,散射系数高达1 902.7 Mm-1,PM10浓度高达423.5μg/m3,PM2.5浓度高达355.7μg/m3,PM1浓度高达286.5μg/m3。通过对同期的气象条件分析表明在广州地区旱季,区域性污染过程,特别是灰霾天气的形成具有以下三种气象条件:大气边界层高度较低;高压变性出海的天气形势与之密切相关;在偏东和偏南气流带来的高湿度环境下,气溶胶吸湿增长效应显著,导致出现严重灰霾天气。     

Field experiment on studying solar radiation passing through aerosol layers

Results of a field experiment on studying solar radiation passing in the visible wavelength range are described with the model aerosol media created in the surface atmosphere. High-efficiency thermocondensation generators were used for creating model aerosol media. The index of refraction and an average size of the aerosol particles formed are close to those characteristic of the natural stratospheric aerosol. The composition and technical characteristics of the equipment complex used in the experiments to control aerosol optical and microphysical parameters and meteorological conditions of the experiment are considered. The Gaussian model of impurity dispersion in the boundary layer is used for the analysis and interpretation of measurement results. It is found that with a number concentration of aerosol particles of ～10²–10³ cm^?3 (which corresponds to the aerosol density in the deposited layer of about 1–10 mg/m² with the layer thickness along the ray path of about 100 m) the solar radiation attenuation with artificial aerosol layers accounts for 1 to 10%. Model estimates are in satisfactory agreement with the measurement results.     

边界层温度廓线遥感反演的本地化改进研究

采用MODIS资料和美国发展的MODIS大气温、湿度廓线统计反演算法,估算大气温度、湿度廓线作为初始场,应用101层快速透过率模式(PFAAST)估算了大气透过率,并采用Newton非线性迭代算法反演中国西北荒漠戈壁地区大气温度廓线。结果表明:该方法对边界层高度及以上部分的大气温度反演得比较好,误差基本都在2 K范围内,边界层范围内的温度反演误差较大,反演误差与气溶胶光学厚度增量和地表温度估算误差呈显著正相关关系,与大气水汽混合比的关系较差。文中从敏感性试验和理论分析角度阐述了地表温度和气溶胶光学厚度估算误差对大气温度反演误差的影响,发现不同光谱波段的地表温度权重均随地表温度的增加有不同程度增加,地表温度反演误差增加将增加地表温度权重,提高地表温度估算误差有助于提高地表温度权重的精度;荒漠戈壁地区大气边界层中气溶胶浓度较高,光学厚度较大,使边界层大气透过率降低,进而降低卫星红外遥感波段的地表温度权重和空气温度权重。由于该模式没有很好地考虑边界层中沙尘气溶胶的影响,使卫星反演的大气透过率偏高,以至于高估地表温度权重和大气温度权重,使得反演的表面温度和空气温度偏低。该研究结合太阳光度计获得的光学厚度资料,采用统计方法对气溶胶效应引起的大气透过率误差和表面温度估算误差进行校正,并对物理算法进行本地化改进,实现了边界层温度廓线的反演。     

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...     

The natural aerosol over Northern Europe and its relation to anthropogenic emissions—implications of important climate feedbacks

We use a recently developed parametrization to estimate the regional particle field in the summer time troposphere over Scandinavia that would result if the forest were the only source of particles. The calculated field is compared with available observational data. It is concluded that the needle leaf forest above 58°N alone is capable of producing aerosol mass concentrations corresponding to 12–50% of today's values in the boundary layer over Scandinavia. We also demonstrate that the forest itself could produce up to 200 CCN per cubic centimetre on average over Scandinavia and further show that an increase in temperature by 5.8 °C compared to today's average temperature could increase this CCN population by 40%. The study shows that we are able to approximate the natural aerosol field resulting from biogenic emissions over the boreal forest in the northern hemispheric region. This information provide an important contribution in the evaluation of the climate effect caused by anthropogenic emissions of particles over the forest and also opens the possibility to better address the climate feedbacks believed to be associated with the boreal region.     

气溶胶影响混合相对流云降水的数值模拟研究

利用一种新的异质冰相核化参数化方案,研究了当气溶胶同时作为云凝结核和冰核时,在不同高度输送对混合相对流云和降水的影响。结果发现,对于本文研究的理想混合相对流云,气溶胶在边界层的输送导致液滴数浓度明显增加,有效半径减小,霰粒的生长受到抑制,引起霰粒质量浓度降低;而气溶胶在对流层中层4～6km输送时,导致冰晶和霰粒数浓度明显增加。由于较多的冰晶引起更加快速的贝吉隆过程,使霰粒的质量浓度增加;气溶胶在对流层中层2～4km高度输送时冰相形成作用相对较弱,并引起霰粒的数浓度略微增加,由于霰粒的有效半径减小导致其质量浓度下降。气溶胶在不同高度的输送都导致液态和固态降水率降低,随着背景气溶胶数浓度的增加,气溶胶在0～2km、2～4km以及4～6km的输送分别导致累积降水量减少28％～64％、4％～44％和3％～46％,并且对降水的抑制效应及所在高度不同引起的降水差异随着背景气溶胶数浓度的增加而减小。