亚青会期间南京地区大气冰核的观测分析

2013年8月2—26日亚青会期间对南京地区进行了大气冰核的观测采样,同时结合气溶胶、气象要素等观测资料,研究了南京地区大气冰核浓度的分布特征,探究在污染管控措施下大气气溶胶的变化是否对冰核浓度产生影响。结果表明,大气气溶胶浓度在污染管控的措施下明显降低,冰核浓度在多种因素影响下没有明显降低的变化趋势,但有明显的日变化特征。燃放烟花的空气污染时刻,大气冰核浓度随污染物浓度的增加会明显增加。当活化湿度达到水面过饱和,温度范围为-12~-23℃时,南京夏季的冰核浓度范围为0.38~50.55 L~(-1)。将活化温度和冰面过饱和度同时加入到参数化公式中得到大气冰核浓度N(T,S_i)=0.003 1exp(-0.254 9T+0.161 6S_i)。进一步分析冰核浓度与PM_(2.5)、PM_(10)、PM_(10)-PM_(2.5)的关系,发现冰核浓度与PM_(10)-PM_(2.5)的相关性较高,相关系数为0.55,说明大粒径气溶胶粒子更容易充当冰核,大粒径气溶胶在冷云过程中起着更为重要的作用。     

南京地区冬季大气冰核特征及其与气溶胶关系的研究

2011年11月15日～12月2日期间对南京地区近地面大气气溶胶和冰核进行了同步观测,综合分析了 冰核浓度的特征及其与气溶胶粒子浓度的关系。结果表明:活化温度T_a为-20℃,水面过饱和度为1%时,南京地区冰核浓度N_IN为0.352 L-1,与0.01～10 μm气溶胶数浓度比值仅为4×10-8。冰核活化温度越低,湿度越大,冰核浓度越高。雾和降雨对冰核都有明显的清除作用。对比不同气团对南京地区冰核的影响发现,偏东方向的污染气团中冰核以及气溶胶的浓度最高,但是来自西北地区的气团中冰核占气溶胶的比例最高,这可能是由于冰相核化能力较强的沙尘气溶胶导致的。分析冰核与不同粒径段气溶胶的相关性发现,较大粒径气溶胶的表面积浓度与冰核相关性更高,本文也得到了由活化温度T_a和粒径大于0.5 μm气溶胶数浓度N_{0.5～10 μm}共同计算冰核浓度的经验公式。     

夏季新疆中天山北坡大气冰核的浓度观测分析

利用微孔滤膜法,于2001年6月12日~7月31日在新疆中天山北坡乌鲁木齐河上游山区的小渠子和牧试站分别进行了大气冰核观测。观测发现,这里的冰核浓度非常低,平均浓度仅为0.32个.L-1。分析结果表明,冰核浓度变化与气团活动、降水和风向有密切联系。     

2003年秋季青海省河南县地面大气冰核观测分析

利用Bigg型混合云室对2003年10月5—26日青海省河南县的地面大气冰核进行了观测, 并将结果同该地区前两年的结果以及其他高原地区的观测结果进行比较, 发现: ①该地区大气冰核的平均浓度高于往年, 冰核浓度随温度降低而增加、斜率小于该地区前两年的观测, 冰核平均浓度的分布更加趋于集中; ②由于霰和高原夜雨的经常出现, 降水对冰核浓度有不确定的影响; ③冰核平均浓度与气压和湿度分别呈现反相关与正相关趋势; ④风对冰核浓度有影响, 低温核随风向的变化比高温核大; ⑤人类活动对冰核浓度也有影响。     

福建石塔山冰核浓度的观测结果

本文主要介绍用微孔滤膜法观测冰核的仪器装置及活化冰核的方法。用1984年5月福建石塔山的观测结果初步分析了冰核浓度随活化温度变化的规律、石塔山冰核的平均浓度和冰核浓度随时间的演变,并与同时的Bigg云室观测结果及国内外资料作了比较,其平均冰核浓度量级相同,为5—9个/升。     

沈阳春夏季大气冰核浓度的观测研究

为了解沈阳地区大气冰核浓度的时空分布状况,2010年起开始对沈阳地区的大气冰核浓度分布进行观测和研究.地面采用Bigg型混合云室法和滤膜法进行冰核气溶胶的采样测量,高空利用辽宁省人工影响天气办公室租用的人工增雨飞机进行滤膜法采样.采样滤膜的处理都是统一在活化温度-15℃及冰面过饱和度20％、水面过饱和度3％的湿度条件下进行的.根据取得的部分观测资料,给出了沈阳春夏季大气冰核的浓度及冰核温度谱分布参数,分析了冰核浓度在3～6月各月以及在不同天气状况下的分布特征,初步给出了大气冰核浓度的尺度谱分布及其随高度的变化.     

北京地区1963年春季冰核浓度变化特点的观测分析

1963年3月18日至4月30日在北京利用混合型云室进行了-15℃至-30℃温度范围内冰核浓度的测定。得到了在4个温度下(-15°,-20°,-25°,-30℃)的平均冰核浓度和冰核浓度的逐日变化的观测结果。 当能见度变低和测点处于市区的下风方向时,观测到的冰核浓度显然较高,这表示城市污染是造成北京地区冰核浓度逐日变动的一个重要原因。另外,在有风砂现象时也常观测到冰核浓度的相对增加,看来北京地区的土壤可能是冰核的另一个比较次要的来源。     

南京地区大气冰核浓度的测量及分析

2011年5～8月期间使用5L混合型云室以及静力扩散云室对南京不同成核机制的大气冰核进行了观测,进而分析了近地层冰核浓度特征。结果表明:活化温度为－20°C时,5L混合型云室观测的总冰核浓度为20.11个/L,静力扩散云室模拟高水汽(计算的云室内水面过饱和度为5%)和低水汽(计算的云室内冰面过饱和度为5%)条件下冰核浓度分别为0.93个/L以及0.29个/L。晴好条件下冰核浓度具有明显的日变化特征,白天冰核浓度高于夜间;在下午时段冰核浓度达到全天最高值,这说明大气冰核可能与大气湍流强度、人类活动以及工业污染有关。降水对冰核的清除作用明显,台风系统过程中冰核浓度明显增加。南京地区冰核浓度随温度降低和湿度增加而增加。后向轨迹模式分析表明东北海洋气团冰核浓度最高,不同气团中冰核浓度的差异随着活化温度的降低而减小。个例分析秸秆燃烧生成的PM₁(大气中直径小于或者等于1 μm的颗粒物)与冰核关系发现燃烧产物对冰核有一定的贡献。     

用5L混合云室观测抚顺市大气冰核浓度

利用改进的Bigg型混合云室于2011年5-11月在辽宁省气象局抚顺大气成分站对近地层大气冰核浓度进行了测量。根据测量结果,分析冰核浓度日际变化和季节变化特征,讨论了风、气压、气温和湿度以及天气状况等气象要素对大气冰核浓度的影响。结果表明：观测期间,抚顺市大气冰核浓度平均为30个·L_-1（-20 ℃时）;冰核浓度随活化温度的降低呈指数式增加;气象因子对冰核浓度有一定的影响,不同季节影响的程度不同。     

冰核观测中两种滤膜采样方法的比较

大气冰核观测是研究自然冷云降水和人工影响天气的一项基础性工作,滤膜—扩散云室法是观测冰核浓度的主要方法之一。为检测分析两种滤膜采集方法对冰核观测结果的影响,2011—2015年用自制的大气颗粒物采样器和FA-3型撞击式9级采样器开展了平行采样试验,采集的滤膜样本均在同一静力扩散云室中进行冰核活化显现分析。结果表明：自制采样器较9级采样器观测的冰核浓度高数倍甚至数十倍,但两者随季节和不同气象条件的变化表现出一致的起伏特征。自制采样器适用于对大气中总的冰核浓度分布及理化特征研究;9级采样器适用于对PM₁₀中不同粒径段大气冰核浓度和尺度分布以及理化特征的研究。滤膜法对冰核数量的低估与采样体积成正比,改变采样器气泵的抽气流量和控制采样体积对改进“体积效应”影响均有明显效果。     

我国不同背景地区大气冰核浓度特征及参数化

为深入了解我国不同背景地区大气冰核浓度特征,本文通过在我国不同地区进行大气冰核及气溶胶的采样观测。研究发现：观测期间,黄山光明顶的冰核浓度数值均值为2.208 L^-1;南京地区的冰核浓度数值均值为7.16 L^-1;泰山山顶的冰核浓度数值均值为3.455 L^-1;泰山山底的冰核浓度数值均值为4.818 L^-1;新疆地区无沙尘天气冰核浓度数值均值为11.27 L^-1;新疆有沙尘天气冰核浓度数值均值为51.812 5 L^-1。研究给出了不同背景地区的大气冰核浓度的温度谱和湿度谱的分布。同时,研究发现,冰核数浓度与粒径大于0.5μm的气溶胶粒子数浓度的相关性较高,也就是气溶胶粒子中大颗粒所占比例越高,冰核数浓度越高。此外,还建立了基于活化温度、过饱和度以及大于0.5μm气溶胶粒子数浓度的冰核参数化方案,它们可以分别适用于沙漠地表,相对清洁的背景区域和人为污染较多的城市背景。     

黄河上游地区大气冰核浓度的观测研究

2000年8月在甘肃省玛曲县，利用Bigg型混合云室进行了四个温度下的大气冰核浓度的测量，分析了冰核浓度日变化的特点，以及随天气状况、气压等要素变化的关系。通过与北京、兰州、西宁等一些地区的观测结果的比较，可以看出在人为活动较少的玛曲，自然冰核和我国北方其他地区相比，接近于西宁、西安、北京（1963）和大连等地的浓度值，而比甸子山及北京90年代的观测值要少。     

白城地区春季的大气冰核

1964年4月30日到5月25日,在吉林省的白城地区进行大气冰核观测。结果发现,这里的冰核浓度随温度递减增加很快,某些时候,大气中也存在有-10℃很活跃的冰核。 来自我国西北干燥区域的河套倒槽和内蒙气旋所含冰核浓度最大,来自苏联半干燥区域的贝加尔湖气旋所含冰核浓度次之,北方冷高压中所含冰核浓度最小。同时,冰核浓度还随能见度的好坏相应减增。这说明,冰核浓度与气团源地、天气系统是密切相关的。风沙中的土壤粒子可能就是大气中起主要作用的冰核。     

黄土高原尘沙作为大气冰核的实验研究

将黄土粒子直接撒入云室进行成核率检测，在–15℃时成核率可高达4×106/g。这些结果可解释在沙尘暴期间观测到的大气冰核的高浓度。从中国黄土高原扬起的沙尘粒子为下游地区提供了丰富的冰核。     

辽沈地区不同高度大气冰核数浓度的飞机观测

为进一步认识不同高度大气冰核数浓度分布及变化特征,对2011年和2012年4—9月在沈阳及周边地区开展的大气冰核飞机观测进行分析。结果表明:在-15℃和-20℃温度条件下,沈阳近地面大气冰核数浓度范围为101—102L-1;云中不同高度层(1.5—4.5 km)云中的背景浓度分别小于2.0 L-1和10.0 L-1;辽沈地区地面和云中的大气冰核分布均具有较大的时空变异性,其最大与最小数浓度之差可达1—2个量级;在4.5 km以下,不同高度大气冰核数浓度自地面向上随高度的增加逐渐减少;其中未受人工催化影响的自然冰核数浓度的垂直分布与幂函数有较好的对应关系;在海拔高度3.1 km的云中观测到人工催化剂对冰核浓度的影响,人工播撒碘化银后冰核数浓度至少增加了一个数量级。以上冰核数浓度检测对应水面过饱和度为-1.0%～5.0%,成冰过程包括了凝华与凝结—冻结核化机制。     

WRF-WSM3微物理方案在青藏高原地区暴雪模拟中的改进及试验

通过青藏高原一次暴雪过程的模拟试验,对WRF模式中的WSM3微物理方案中的降水模拟偏差原因进行了分析,并根据观测试验结果,提出了改进WSM3微物理方案中冰核浓度的2种计算方案。通过调整温度和冰核浓度之间的关系,检验了冰核浓度Pigen过程对降水的影响。结果显示,WSM3方案对青藏高原地区的冰核浓度估计过高;当考虑了冰面过饱和度随温度区间的变化后,计算的冰核浓度可以改进降水的模拟效果;但通过温度的变化和冰面过饱和度二者的调整,降水模拟的效果并不明显。冰核浓度对温度变化的敏感存在着一个范围,冰面过饱和度和温度区间的大小存在一定关系。通过另外2个个例和敏感性试验的研究结果表明,对于温度较高的固态降水,冰核浓度的变化对降水模拟的改进不显著。     

WRF-WSM3微物理方案在青藏高原地区暴雪模拟中的改进及试验

通过青藏高原一次暴雪过程的模拟试验,对WRF模式中的WSM3微物理方案中的降水模拟偏差原因进行了分析,并根据观测试验结果,提出了改进WSM3微物理方案中冰核浓度的2种计算方案。通过调整温度和冰核浓度之间的关系,检验了冰核浓度Pigen过程对降水的影响。结果显示,WSM3方案对青藏高原地区的冰核浓度估计过高;当考虑了冰面过饱和度随温度区间的变化后,计算的冰核浓度可以改进降水的模拟效果;但通过温度的变化和冰面过饱和度二者的调整,降水模拟的效果并不明显。冰核浓度对温度变化的敏感存在着一个范围,冰面过饱和度和温度区间的大小存在一定关系。通过另外2个个例和敏感性试验的研究结果表明,对于温度较高的固态降水,冰核浓度的变化对降水模拟的改进不显著。     

1995和1996年春季北京地区大气冰核浓度的观测与研究

利用毕格型混合云室于1995和1996-春季在北京西郊观测了4种温度条件下的大气冰核浓度.分析了冰核浓度逐日变化特点,与1963-的观测(方法相同)结果进行了对比分析.发现30 a来,冰核浓度平均约增加了15倍.根据严重污染天气条件下能见度与冰核浓度的相关分析,推测人类活动作为冰核源的权重,冰核浓度增加.分析发现大气中高活性冰核在大气中的滞留时间明显小于低活性冰核.结合冰核活性与粒子尺度的相关,分析推测了大气冰核浓度随高度递减的特点,推测高活性冰核随高度递减更快.分析中参考了世界各地的观测结果,并对不同观测方法观测的结果进行了分析对比,对其中一些地区差异和特点进行了探讨.冰晶浓度与云中气溶胶粒子浓度的相关分析表明,两者有较好的正相关关系.高冰晶浓度常对应有较窄的粒子谱和较小的浓度峰值直径.利用飞机观测的云中雪粒子浓度与冰粒子浓度资料分析结果表明两者有正相关;初步分析表明,大气冰核浓度除对冰云微结构和云中降水过程有重要影响外;还可能对云的辐射特征产生影响,从而影响大气气候过?＃     

福建古田人工增雨试验区大气冰核观测研究

为了解福建省古田人工增雨试验区大气冰核特征,2017年5-6月利用5 L便携式混合云室在古田站、石塔山站开展大气冰核观测,对大气冰核在不同海拔的分布特征、差异、来源及其与气象条件的相关性进行分析。结果表明:(1)当降水强度>5 mm·h^-1时大气冰核受雨水冲刷影响明显;(2)不同活化温度下,各站下午观测的大气冰核浓度基本上大于上午;(3)古田站大气冰核浓度与温度正相关,与气压负相关,其余相关性不大;(4)西南来源的大气冰核浓度高于东面台湾海峡来源,相同来源下低海拔大气冰核浓度略高于高海拔;(5)相比我国其他城市,古田试验区测到的大气冰核浓度在活化温度为-20^-10℃时偏高,-30^-25℃时偏低;(6)当活化温度为-10℃时冰核浓度极低,古田试验区宜开展冷云催化人工增雨试验。     

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。