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。     

石家庄地区2005年秋季污染气溶胶飞机观测资料分析

利用河北省2005年10月份的3次气溶胶飞机观测资料和宏观天气资料,综合分析石家庄地区不同天气条件下气溶胶的垂直分布和尺度谱分布特征。分析结果表明:气溶胶浓度的分布与大气环境情况密切相关。气溶胶数浓度最大值的变化范围是103~104cm-3,平均数浓度为103cm-3,粒子平均直径为0.120~0.150μm;21日近地面有霾,相对湿度为58%,近地面气溶胶浓度较17和29日略低,但粒子平均直径(0.165μm)比其余两次要大,可见相对湿度较大,大气中水汽含量较多,有利于小粒子凝结水汽,使粒子直径增大;逆温层结下,粒子在逆温层下累积,无逆温时数浓度最大值出现在近地面附近。气溶胶粒子谱呈单峰分布。     

华北地区典型污染天大气气溶胶飞机探测个例分析

利用2005年10月17日华北地区一次典型污染天气条件下的飞机探测资料,对石家庄和邯郸气溶胶的微物理特征进行了对比分析,初步讨论了该天气条件下大气气溶胶污染的微观特征和可能原因。结果表明,观测当天石家庄和邯郸地区的气溶胶粒子浓度很高,边界层内气溶胶平均数浓度为103cm-3量级,最高值出现在近地面附近,达到104cm-3量级;边界层以上的数浓度基本都在103cm-3量级,属于空气污染比较严重的一次过程。造成污染的原因是该日晴天风小,大气湍流较弱,不利于污染物扩散和稀释。基于美国国家海洋和大气局(NOAA)后向轨迹模式(HYSPLIT4)对颗粒物进行溯源和追踪分析,发现造成气溶胶浓度较高的气块传输路径主要为西北和偏西路径,境外源主要来自蒙古国,境内源主要来自我国西部,途经甘肃、宁夏、陕西及山西后进入河北。     

一次霾条件下石家庄上空气溶胶的观测研究

利用2010年9月1日石家庄市区一次飞机探测的气溶胶资料,分析了石家庄市区上空大气气溶胶的数浓度与直径的垂直、水平分布特征及粒子谱分布。结果表明:600—3000 m高度范围内,气溶胶粒子平均数浓度为1443.1个/cm~3,粒子平均直径为0.194μm。3000—6900 m高度范围,气溶胶粒子平均数浓度为95.3个/cm3,粒子平均直径为0.192μm。气溶胶数浓度随着高度增加而迅速减少,受逆温层与云区分布的影响,数浓度曲线呈现一定程度的波动。由于探测当天高空风的影响,粒子数浓度明显比其他霾天气条件下的研究结果要低。云中,气溶胶数浓度与粒子平均直径数呈负相关性。云层对气溶胶的垂直分布影响较大。气溶胶粒子谱覆盖了0.10~1.05μm的尺度范围,粒子主要集中在0.1~0.3μm的范围内。600 m、1200 m、1800 m和3000 m的气溶胶粒子谱呈双峰分布,粒子谱谱型较为相似,4500 m和6900 m粒子谱呈单峰分布。气溶胶粒子尺度谱峰值随高度增加而减少,谱变窄。气溶胶粒子浓度水平变化幅度远小于垂直方向上的变化幅度,受天气条件及下垫面、云区等局地影响因子的影响较大。     

云降水物理与人工影响天气研究进展

<正>1云雾物理观测与数值模拟研究1.1环北京春季大气气溶胶分布、来源及其与CCN转化关系的飞机探测利用2009年春季开展的"环北京云观测试验"观测的气溶胶和云凝结核（CCN）数据,研究了试验期间大气气溶胶的分布、来源特征及其与CCN的转化关系。结果表明,高浓度气溶胶基本分布在4500 m以下的区域,量级可以达到10³ cm^-3。4500m以上气溶胶呈显著下降趋势,量级仅为10 cm^-3;气溶胶平均直径在0.16⁰.19μm之间。4500m以下气溶胶平均粒子谱呈双（多）峰分布,而在4500m以上基     

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。     

一次阴雨条件下河北中南部气溶胶的参数特征分析

利用2009年9月8日华北中南部上空的飞机探测资料,分析了石家庄市和邯郸市区附近大气气溶胶的粒子数浓度、直径、尺度谱分布等时空变化特征。分析表明,降水天气条件下,气溶胶粒子平均数浓度约为137.6个/cm3,平均直径约为0.26μm。气溶胶主要集中于2 000 m以下的对流层低层,气溶胶浓度总体上随高度增加而降低;雨后阴天轻雾天气条件下,气溶胶粒子平均数浓度约为164.7个/cm3,平均直径约为0.16μm。气溶胶在逆温层下累积现象明显,云内气溶胶数浓度明显减少。气溶胶粒子浓度水平变化受下垫面、云区分布等局地因子影响较大。石家庄600 m和6 600 m气溶胶粒子谱呈单峰分布,3 000 m粒子谱呈双峰分布。邯郸6 400 m粒子谱宽较窄,呈单峰分布。     

一次秋季冷锋降水过程气溶胶与云粒子分布的飞机观测

利用机载PMS（Particle Measuring Systems）测量系统,对2008年10月4—5日石家庄地区一次冷锋降水云系的3次气溶胶和云粒子探测资料进行了分析。结果表明,冷锋过境降水前后,气溶胶粒子分布差异较大。降水发生前,气溶胶粒子平均数浓度约为103cm-3,平均直径为0.95μm;气溶胶主要集中于3000m高度以下的对流层低层,云内气溶胶数浓度明显减少。降水发生后,气溶胶粒子平均数浓度约为102cm-3,比降水前约小1个量级,平均直径为1.28μm;气溶胶主要集中于1200m以下的近地面层,其数浓度随高度增加而降低。气溶胶粒子浓度在低层云区内水平变化较小,而在无云区和云下近地层水平起伏较大。云粒子平均浓度比气溶胶小1～2个量级。气溶胶粒子平均谱主要呈双峰型,而云粒子谱主要为单峰型。     

山西夏季气溶胶散射特征的飞机观测研究

利用3个架次的积分浊度仪和PCASP-100X（Passive Cavity Aerosol Spectrometer Probe）机载观测资料,分析了2013年山西夏季空中有云、无云和少云3种不同条件下气溶胶散射系数的分布特征,讨论了气溶胶散射系数垂直变化与气溶胶数浓度、气象条件的关系,并结合HYSPLIT（Hybrid of Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory model）后向轨迹模型研究气溶胶的运动轨迹和可能的污染来源。结果表明:山西夏季空中气溶胶总散射系数变化范围为0～499 Mm-1,晴空气溶胶数浓度和总散射系数明显大于有云和少云时。气溶胶总散射系数一般随高度的增加而递减。造成气溶胶总散射系数、数浓度偏高的原因有下垫面污染源多、风速小、相对湿度高以及逆温层的存在。550 nm波段气溶胶后向散射比大于0.1,粒径0.1～0.5 μm的气溶胶粒子对散射影响最大,说明山西空中细粒子污染比较严重。气溶胶总散射系数与数浓度有一定的相关性。引起气溶胶总散射系数、数浓度较高的气团传输路径主要为西南路径,局地排放的气溶胶大于远距离传输的气溶胶对散射系数的贡献。     

华北中部夏季气溶胶和云分布特征

气溶胶与云的垂直分布特征是气溶胶间接气候效应关注的重点。基于2018年7—8月华北中部6架次飞机观测数据,研究气溶胶和云滴的垂直和水平分布特征。结果表明:华北中部780~5687 m高度内气溶胶数浓度( N_a )平均值为821.36 cm-3,最大量级可达到104 cm-3,云中气溶胶数浓度(N_acc)占总颗粒浓度的80%以上,表明细颗粒占大多数,气溶胶粒子算术平均直径( D_m )平均值为0.12~0.52 μm;大气层结对气溶胶垂直分布影响较大,逆温阻挡气溶胶垂直输送,高空(高度2000 m以上) D_m 的垂直分布受到相对湿度影响较大; N_a 和 D_m 在垂直方向波动较大,水平方向波动较小;低层云中云滴数浓度(N_c)较大、液态水含量(L)较小,而中层和高层云中N_c较小、L较大,N_c和云滴有效半径(R_e)的概率密度函数均为双峰型分布,L的概率密度函数为单峰型分布;气溶胶数浓度谱基本呈现多峰型分布,而云滴数浓度谱多呈现单峰型分布。     

对流层低层晴空大气气溶胶粒子的观测分布

根据1987年冬季人工增雪飞机(机上装有FSSP-100前向散射粒子谱仪)在新疆不同地区获得的大气气溶胶粒子(尺度0.5-8μm)资料,分析研究了对流层低层晴空大气气溶胶粒子的浓度,尺度谱及垂直分布特征.     

一次霾天气条件下石家庄上空大气气溶胶数浓度的飞行探测与特征分析

利用2010年8月30日河北省石家庄一次霾天气条件下的气溶胶飞行探测资料,分析了石家庄地区上空658—6933 m高度范围内大气气溶胶粒子平均数浓度、平均直径的垂直分布特征和9个水平飞行高度上的谱分布特征。结果表明:轻度霾天气条件下的气溶胶平均数浓度为325个/cm3,平均直径为0.169μm。在约1000 m高度以下,气溶胶平均数浓度随高度的增加呈线性减少趋势。粒径也随高度增加而减小,由0.187μm减小至0.164μm。1000 m高度以上,气溶胶平均数浓度随高度减少趋势变缓,粒子平均直径在0.167~0.171μm范围内波动。9个不同高度上的谱分布都呈单峰型,随着高度增加,谱宽变小,峰值向小尺度方向移动。后向轨迹计算分析表明:污染气团的远距离输送可能是导致大气1500 m高度层气溶胶数浓度突增的原因。     

黄山大气气溶胶微观特性的观测研究

根据2008年4—7月黄山大气气溶胶观测资料,研究了气溶胶粒子的数浓度、谱分布特征及其与气象因子的关系,探讨了雾天和非雾天气溶胶颗粒物时间和尺度分布特点。分析发现,黄山光明顶春、夏季大气气溶胶数浓度的平均值分别为3.14×103个/cm3和1.80×103个/cm3,其中超细粒子(粒径小于0.1μm的粒子)在春夏季分别约占总粒子数浓度的79%和68%;高数浓度值集中在粒径0.04～0.12μm;积聚模态气溶胶粒子(0.1～1.0μm)在体积浓度分布和表面积分布中占很大比例。结合气象资料比较了雾天与非雾天气溶胶分布的差异,发现细粒子浓度非雾天大于雾天,而气溶胶数浓度与温度呈正相关,与相对湿度成反相关。结果还发现,黄山在春季以西北风和偏南风为主,西北风时气溶胶数浓度较高,在夏季主要以偏南风,特别是西南风为主,但是气溶胶数浓度的高值多发生在偏东风的条件下。     

河北秋季气溶胶粒子垂直分布的飞机探测分析

根据2013年10月13、14日共4个架次机载气溶胶探测资料及宏观天气资料,分析了飞机爬升阶段河北地区气溶胶数浓度、平均直径在降水前后的垂直变化特征,研究了不同高度的粒子谱特征,并且尝试对一次典型层状云过程中云内、云底的气溶胶粒子谱进行了拟合。结果表明:1)降水前和降水过程中粒子平均浓度变化不大,降水结束后,粒子浓度显著减小。2)气溶胶粒子浓度、平均直径受云和逆温的影响十分明显。存在逆温时,逆温层附近气溶胶粒子浓度显著增大,粒子浓度曲线与逆温层温度曲线一致;无逆温层时,粒子数浓度随高度呈负指数递减。低空的气溶胶粒子大小受逆温层影响较小,高空的粒子大小变化幅度较大,且多呈单峰或多峰分布。3)对爬升阶段每500 m进行平均,得到不同高度的粒子谱基本呈单峰或双峰分布,单峰分布峰值在细粒子端,双峰分布则在粗、细粒子端各有一峰值。4)此次观测得到的层状云内气溶胶粒子数浓度曲线用负指数函数拟合效果更好,层状云云底和云中拟合谱中参数λ变化可以忽略,参数A值变化较大。     

河北地区秋季气溶胶飞机探测资料分析

利用河北省2005-2007年秋季不同天气(晴、有云、雾、降水)条件下气溶胶飞机观测资料和宏观天气资料,综合分析了河北地区不同天气、不同高度、不同城市大气气溶胶的分布特征.分析结果表明:2006- 2007年探测的气溶胶小粒子平均直径均在0.180μm以上,比2005年秋季的粒子尺度大0.05 μm左右.非降水天气下近...     

感应电机矢量控制系统的仿真研究

根据2008年4—7月黄山大气气溶胶观测资料,研究了气溶胶粒子的数浓度、谱分布特征及其与气象因子的关系,探讨了雾天和非雾天气溶胶颗粒物时间和尺度分布特点。分析发现,黄山光明顶春、夏季大气气溶胶数浓度的平均值分别为3.14×103个/cm3和1.80×103个/cm3,其中超细粒子（粒径小于0.1μm的粒子）在春夏季分别约占总粒子数浓度的79%和68%;高数浓度值集中在粒径0.04～0.12μm;积聚模态气溶胶粒子（0.1～1.0μm）在体积浓度分布和表面积分布中占很大比例。结合气象资料比较了雾天与非雾天气溶胶分布的差异,发现细粒子浓度非雾天大于雾天,而气溶胶数浓度与温度呈正相关,与相对湿度成反相关。结果还发现,黄山在春季以西北风和偏南风为主,西北风时气溶胶数浓度较高,在夏季主要以偏南风,特别是西南风为主,但是气溶胶数浓度的高值多发生在偏东风的条件下。     

复杂地形城市冬季边界层气溶胶扩散和分布模拟

着眼于城市冬季气溶胶扩散特征问题,针对地形复杂的兰州市及周边地区,开发了WRF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,以模拟城市冬季边界层气溶胶的扩散和分布规律。通过一个个例的模拟结果分析,揭示了兰州冬季气溶胶的扩散分布的如下特征;市区盆地内100 m以下存在东、西两个浓度高值中心,中心值为0.6~3.0 mg.m-3,往上浓度递减,1000 m高度处仅为0.02 mg.m-3。受排放源强、源高、气象场等因素的共同影响,白天盆地内气溶胶浓度随高度和时间的变化强烈,白天浓度随时间最大变化幅度为1.0 mg.m-3。气溶胶输送扩散高度可达到600~800 m,此高度以上浓度值很小。代表性测点上模拟的气溶胶浓度廓线表明,中午浓度达到最高,垂直扩散最强。这些结果与以往的烟雾层高度观测和气溶胶光学厚度观测结果吻合。夜间,盆地内气溶胶浓度随高度和时间的变化减弱,气溶胶输送扩散高度在400~500m,夜间浓度随时间变化平均幅度为0.05 mg.m-3。     

石家庄地区气溶胶和CCN垂直廓线的飞机观测分析

利用2010年春夏之交石家庄地区11架次的气溶胶和云凝结核(CCN)飞机同步观测资料,对比分析该地区云天和晴天气溶胶粒子的垂直廓线、不同高度气溶胶数谱特征,以及CCN的垂直分布、活化特性等。结果表明:云天气溶胶数浓度均值为1 553.28 cm~(-3),有效直径均值为0.52μm,比晴天数浓度(883.82 cm~(-3))大76%,有效直径(0.37μm)大41%。云天气溶胶数浓度呈指数型递减分布,有效半径在2 500 m以下随高度变化不明显,2 500 m以上随高度逐渐增大。晴天气溶胶数浓度在800～1 500 m内有累积,有效半径随高度没有明显的变化趋势。不同高度上气溶胶谱型基本一致,云天和晴天在气溶胶小尺度端(0.3μm)谱分布是连续的,在0.3μm处数谱均明显下降。云天和晴天CCN数浓度均随高度增大而减小,且各个高度层上云天CCN数浓度均大于晴天。云天CCN活化比率随高度变化不明显,晴天CCN活化比率随高度增大。气溶胶粒子尺度与CCN活化比率之间呈线性正相关。     

北京及周边地区2004年8、9月间大气气溶胶分布特征观测分析

对2004年的8、9月间机载PMS系统在北京及周边地区进行的不同天气状况下的8次气溶胶飞行观测资料进行了分析。结果表明,此观测期间,近地层以轻雾、霾为主。气溶胶浓度最大值的量级为102-104cm-3。阴天状况下气溶胶浓度最大,可达12 169 cm-3;晴空时最小,为783 cm-3。平均气溶胶浓度为102-103cm-3;直径最大值主要集中在0.28-0.47μm,平均值集中在0.21-0.31μm;风速较小的晴天和阴天都有可能使气溶胶浓度出现高值。大气有逆温层存在时,逆温层底有气溶胶粒子的明显累积。气溶胶粒子浓度谱为单峰分布。     

河南春季一次气溶胶分布特征的飞机探测研究

利用飞机微物理探测资料,对2018年3月26日河南中北部地区一次气溶胶分布特征进行综合分析,得出以下结论:郑州市区与郊区积聚模态气溶胶粒子浓度值均在近地面达到最大值,且市区近地面污染排放比郊区严重,污染粒子被大气上升运动输送到高层,两地区浓度均随高度升高而减小。市区浓度值在4500 m附近产生2个量级骤减,郊区在3200 m附近产生2个量级骤减。市区与郊区积聚模态气溶胶粒子有效直径均随高度升高而增大;市区气溶胶粒子有效直径大于郊区的,且尺度范围更广;本地近地面排放粒子有效直径主要集中在0.4μm附近。对比过饱和度值在0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%情况下CCN粒子浓度随高度变化,发现5种情况下粒子浓度均与气溶胶垂直分布一致,说明近地面的颗粒物排放导致近地面CCN浓度值偏高。整个探测过程中积聚模态气溶胶粒子对转化凝结核贡献较多,二者数浓度相关系数R~2为0.61,CCN活化率集中在0.4～0.6。