微量振荡天平法与激光散射单粒子法在气溶胶观测中的对比试验研究

观测气溶胶质量浓度的仪器基于多种不同的测量原理,为比对不同仪器观测结果的差异,使用两种仪器TEOM-1405s(微量振荡天平原理)和GRIMM180(激光散射单粒子原理),于2011年11月9日—2013年6月30日在广州番禺大气成分观测站开展PM10/PM2.5/PM1的同步比对观测试验。将观测结果配合同期气象要素进行分析,结果表明:GRIMM180的运行稳定性明显好于TEOM1405s,TEOM1405s的错误多由干燥器、夹管阀相关故障引起,出错百分比分别在33%和15%以上,其测值小于GRIMM180的数据占总观测量的53.5%。两种仪器观测气溶胶质量浓度存在一定差异,但两者随时间变化的趋势一致,测量的PM10/PM2.5/PM1的相关系数均高于0.60,两种仪器观测的PM1和PM2.5的统计拟合斜率接近于1,分别为0.99和1.04,而PM10为1.31。TEOM1405s统计的平均值、均方差和极大值等均偏大于GRIMM180,特别是PM10的结果明显偏高;而极小值均小于GRIMM180。综合认为PM2.5的一致性相对较好,但在高相对湿度情况下,两仪器观测的PM2.5差异(PMT-G)绝对值较大,主要集中在风速0~2 m/s的静小风期间。结合气象因子分析,推测两种仪器测值的差异成因,一方面可能与TEOM1405s考虑了半挥发性物质的补偿相关,另一方面可能与GRIMM180的除湿模块效果不佳以及气溶胶密度假设与实际差异较大,在高湿度、静小风等气象条件下两种仪器的响应与性能相关。      

基于GRAPES模式的广州地区大气输送扩散参数及其对PM2.5预报的应用

利用2010年11月—2011年11月广州地区PM2.5逐时监测资料以及GRAPES模式计算的四种大气输送扩散参数预报值,分析评估模式描述四种大气输送扩散参数的性能及其预报广州地区PM2.5浓度的可行性,结果表明:GRAPES模式不同时刻起报的地面通风系数、平均通风系数和湍流动能的预报稳定性与一致性较好,而垂直交换系数相对较差。垂直交换系数、地面通风系数、平均通风系数和湍流动能的量级分别为101、103、103和10-1～100。PM2.5浓度与大气输送扩散参数呈显著负相关,其中PM2.5与14时起报的垂直交换系数相关性最好。使用临界成功指数CSI对PM2.5浓度进行预报检验,得到垂直交换系数对PM2.5的预报稳定性较好,垂直交换系数能大概判别PM2.5为“污染”与“清洁”情况,临界成功指数部分可达70%。垂直交换系数与PM2.5浓度存在显著的超前滞后相关,预报PM2.5浓度是否为“污染”与“清洁”可同时参考原序列及滞后序列的预报效果。      

利用风廓线雷达资料对广州地区边界层日变化特征的分析研究

利用2010年11—12月亚运会期间设在广州五山站的车载式边界层风廓线雷达资料,对广州地区晴天条件下的边界层日变化特征进行分析。结论表明:（1） 折射率结构常数具有明显的日变化特征。夜间,受大气层结的抑制作用,湍流强度较弱,折射率结构常数的观测值约为10-17～10-18 m-2/3;白天,湍流在热力作用和动力作用的共同影响下,从底层大气向自由大气发展,观测值比夜间可增大两个量级,且在边界层顶部有较大阶跃。（2） 利用风廓线雷达谱宽资料可算出湍流耗散率,作为一种新的风廓线雷达二次产品,该参数对湍流的描述更为准确和细致。在晴天条件下,广州地区边界层顶从08时开始迅速上升,11时前后达到1 300 m左右,在日落前基本维持这个高度不变。      

华南冷锋云系的人工引晶催化数值试验

在对华南2004年3月31日~4月1日的冷锋降水天气过程进行正确模拟的基础上, 通过向云中引入人工冰晶研究了催化效应, 结果表明: 催化使地面雨量在催化后30 min开始增加, 80 min时达到峰值, 120 min时减小到最小值。被催化的云团随着自然雨带逐渐向东南方向移动, 并且催化云影响其周围的云团, 造成了催化的下风方域外效应, 使催化效果可以延长到催化后10个小时, 随着自然云的消散而结束。人工冰晶的引入, 使得大量过冷雨滴快速转变为霰粒, 霰粒通过淞附云水和碰并雨滴过程增长, 使降水提前发展, 之后霰粒的融化使地面雨量增加。大量冻结潜热的释放, 使云中温度增加, 上升速度增强, 说明 “静力催化作用” 和 “动力催化作用” 是相互关联不可割裂的。在云体发展早期冷云降水过程还没有启动之前引入人工冰晶的催化效果优于云体发展接近成熟时的催化效果, 而只由催化剂量的不同造成的增雨差异较小。     

兰州地区高云和气溶胶光学特性及其辐射效应

利用激光雷达探测分析了兰州上空的高云与气溶胶的光学参数,并用LOWTRAN7定量模拟出高云对气溶胶辐射特性的影响。结果表明,消光系数廓线与相对湿度廓线随高度的变化一致性较好,气溶胶层主要在2km以下,低层气溶胶和高云的消光系数和相对湿度较大。白天,高云的存在使云下气溶胶短波加热率减小。有云和无云时气溶胶加热率的差别在地表处最为明显,中午前后差别较大,最大为11:00的0.096K.h-1。夜间,高云的存在使云下气溶胶长波冷却率减小,在1000m以下有云和无云时气溶胶冷却率的差别小,在1000m以上差别大,最大差别出现在1500m处(02:00～04:00),为0.033K.h-1。     

MEASUREMENTS OF PARTICLE NUMBER SIZE DISTRIBUTIONS AND NEW PARTICLE FORMATION EVENTS DURING WINTER IN THE PEARL RIVER DELTA REGION, CHINA

Particle number size distribution(PNSD) between 10 nm and 20 μm were measured in the Pearl River Delta(PRD) region in winter 2011.The average particle number concentration of the nucleation mode(10-20 nm),Aitken mode(20-100 nm),accumulation mode(100 nm-1μm) and coarse mode(1-20 μm) particles were 1 552,7 470,4 012,and 19 cm-3,respectively.The volume concentration of accumulation mode particles with peak at 300 nm accounted for over 70% of the total volume concentration.Diurnal variations and dependencies on meteorological parameters of PNSD were investigated.The diurnal variation of nucleation mode particles was mainly influenced by new particle formation events,while the diurnal variation of Aitken mode particles correlated to the traffic emission and the growth process of nucleation mode particles.When the PRD region was controlled by a cold high pressure,conditions of low relative humidity,high wind speed and strong radiation are favorable for the occurrence of new particle formation(NPF) events.The frequency of occurrence of NPF events was 21.3% during the whole measurement period.Parameters describing NPF events,including growth rate(GR) and source rate of condensable vapor(Q),were slightly larger than those in previous literature.This suggests that intense photochemical and biological activities may be the source of condensable vapor for particle growth,even during winter in the PRD.     

华南区域大气成分业务数值预报GRACEs模式系统

总结了华南区域大气成分数值预报GRACEs模式系统的业务发展进程,系统介绍了GRACEs模式的计算域、气象驱动场、输入排放源、计算平台与产品应用,报告了GRACEs模式的业务预报性能。概述了国内外大气成分数值预报模式的发展现状与趋势,介绍了新版CMAQ模式Ver5.1的化学机理,及其在光化学、气溶胶化学、源排放、化学与气象双向反馈机制等方面的重要更新。GRACEs模式系统预期将在本地精细化气象模式、污染源本地化、化学机理以及初始场同化等方面进一步研究,深入开展华南区域"一体化"大气成分模式系统的研发与应用。     

南海季风建立前后珠江三角洲的陆气热量交换与热力边界层结构特征

根据动力与热力指标,2004和2005年南海季风建立前后可分成明显的4个阶段——季风建立前的雨期、非雨期;季风建立后的活跃期与非活跃期。对2004和2005年南海季风建立前后的广州番禺综合外场观测资料进行分析,得到了这4个阶段陆气热量交换与热力边界层的主要特征:净辐射与净短波辐射的变化趋势基本一致,净短波辐射与净长波辐射之比为3.49—4.81,净短波辐射是净辐射的主要贡献项,云量与降水是控制净短波辐射与净辐射的直接因素;季风活跃期间午间对流云系对太阳辐射衰减显著,造成了辐射各分量以及热通量的峰值区变窄,量值急剧变小;季风建立前后感热与潜热均是净辐射的主要消耗项,占净辐射的90%以上,潜热明显大于感热,2005年较2004年潜热的分配额有明显的增加,其原因可能与近地层的风速较大,总是维持向上的湿度梯度有关;季风建立前后除季风活跃期外边界层位温结构均具有明显的日变化特征,午间混合层可发展至1070m,而季风活跃期间午间混合层发展受到对流云释放潜热的抑制,导致季风活跃期混合层消失的现象,分析还发现季风建立前后各阶段夜间残余混合层均不明显。分析表明引起陆气能量过程及边界层热力结构差异的关键因素之一是云系与降水,加强边界层过程与降水宏微观过程相互作用的研究是深入认识陆气过程与边界层结构特征的关键。     

南岭山地一次锋面浓雾过程的边界层结构分析

利用2001年3月上旬在南岭山地进行的综合野外观测资料,分析了有雾和无雾时的天气型和边界层风、温、湿结构特征。分析表明,冷空气影响期间出现的地面雾是低空湿度饱和区向地面扩展,云底接地形成的雾,锋面雾消散过程实质上为雾层底逐渐抬升离开地面的过程。边界层结构受天气系统的影响,锋面逆温结构对雾的维持有重要作用,单层强逆温结构有利于雾的发展和维持,多层(双层)弱逆温结构容易导致雾消散;出现雾与前期低空南风强劲,高空盛行西南或西南西气流,充分回暖增湿,导致整层空气湿度大有密切关系;浓雾维持期间,出现小到中雨时,雨强峰值时间段都出现能见度短时好转的现象,否则则反之,表明云雾中的微物理过程与能见度有密切关系。     

热带沿海近地层大气的湍流结构和谱特征

利用１９９０年在海南省海口市天尾村的一次观测的资料，分析了速度分量谱、湍流强度等湍流特征量。这批资料多是有云影响情况下，稳定度参数（Ｌ）与热通量（ｗｔ）没有日变化规律，但湍能、平均温度仍具有日变化规律；湍谱的基本特征与晴天天气的谱基本相似，在惯性副区接近局地各向同性，速度谱符合相似理论的“－２／３”次方规律；根据Ｍ－Ｏ相似理论，探讨了各分量湍强δｉ／Ｕ＊（ｉ＝ｕ，ｖ，ｗ）与稳定度Ｚ／Ｌ的关系，表明各分量湍强与稳定度Ｚ／Ｌ仍具有“１／３”次方规律，但湍强和湍流能量比一般平坦地形下垫面的大