黄山地区气溶胶吸湿增长特性数值模拟研究

应用多种化学组分气溶胶的绝热气块分档模式,对2008年春季黄山地区气溶胶吸湿增长特性进行了模拟分析.结果表明:黄山地区气溶胶吸湿增长因子f的大小与粒子半径、相对湿度、粒子化学组分、上升速度及上升高度密切相关,且小粒子吸湿增长比大粒子显著.吸湿增长因子与相对湿度呈正相关,相对湿度越接近粒子的临界饱和比,吸湿增长因子变化越显著.可溶性有机气溶胶,通过增加溶液中溶质的百分比来影响临界饱和比,使吸湿增长因子增大.若不考虑不可溶粒子的成核作用,会高估粒子的吸湿性.随着上升速度增大,吸湿增长因子降低,降低程度与粒子初始高度的相对湿度有关.上升高度通过改变气块相对湿度的变化来影响气溶胶吸湿增长因子.     

基于气象要素的气溶胶吸湿增长分析:以浙江省为例

气溶胶粒子的吸湿增长对区域环境、气象与辐射收支都有巨大影响,精确的气溶胶吸湿特性观测对描述气溶胶吸湿增长特性,以及研究气溶胶对气候环境影响,拓展卫星气溶胶产品的应用有非常重要的意义。本研究提出一种基于常规气象观测（能见度、相对湿度）和空气质量观测（PM2.5浓度,即空气动力学当量直径小于等于2.5 μm的颗粒物浓度）相结合的气溶胶吸湿增长估算方法,在此基础上对浙江地区气溶胶吸湿特性的时空变化影响因素进行了探讨。研究发现,沿海的温州瓯海站的吸湿增长能力最高,长三角典型城市环境的杭州和睦小学站的吸湿增长能力次之,而地处较为洁净内陆的衢州实验学校站的吸湿增长能力最低。在时间变化中,同一站点不同湿度条件的吸湿增长变化趋势相同,温州瓯海站的吸湿性变化最为剧烈,杭州和睦小学站的吸湿性变化次之,衢州实验学校站变化较为平缓。本研究表明,浙江地区的气溶胶吸湿增长特性存在较大的时空差异,基于本方法能够在较大的时空范围内描述气溶胶的吸湿增长特性,为有限的精密观测提供重要补充。     

大气气溶胶吸湿性质国内外研究进展

大气气溶胶的吸湿性质是联系气溶胶微物理、化学参数的桥梁和纽带之一,更是气溶胶基本光学性质的决定性参数之一,因此研究气溶胶吸湿性质在整个大气气溶胶科学研究中处于基础地位。对气溶胶吸湿性质的研究意义、研究方法与技术、主要研究结论做了系统回顾,并指出该研究领域存在的不足并对未来的研究方向做出展望。众多研究者从实验室分析、外场实验、数值模拟3个方面来研究颗粒物的吸湿性质,研究表明大气气溶胶的吸湿性质对研究大气能见度、大气辐射强迫具有重要影响。国内对大气气溶胶吸湿性质的研究数量偏少,研究方法单一,在国内广泛开展气溶胶吸湿性质的研究非常必要。     

大气气溶胶散射吸湿增长特性研究进展

大气气溶胶的散射吸湿增长特性反映了相对湿度对气溶胶散射能力的影响。研究气溶胶散射吸湿增长对于评估气溶胶辐射强迫、了解气溶胶对大气能见度的影响具有重要意义。文中对气溶胶散射吸湿增长特性的研究意义、监测方法、中外研究进展、参数化拟合和模型模拟等方面进行了系统回顾和总结,并对未来发展方向做出展望。中国在该领域开展的研究数量偏少,广泛开展气溶胶散射吸湿增长特性研究十分必要。     

大气气溶胶的酸化与相对湿度的关系及其对酸雨形成的贡献

从大气气溶胶的微物理结构出发,研究了气溶胶表层膜受大气相对湿度(Hr)的影响发生S(+4)氧化成为硫酸的过程,同时给出了不同湿度条件下污染大气中气溶胶粒子酸化作用的理论分析结果.研究分析表明,气溶胶颗粒表面的水份含量对于成功的氧化过程是一个必不可少的条件.由于周围环境大气相对湿度能够极大地改变气溶胶粒子的水份含量,因而,它也能对气溶胶粒子酸化作用的程度产生影响.研究发现,对于吸湿性气溶胶,在相同的条件下,Hr≤30%的干粒子和Hr≥70%的湿粒子都会经历不同程度的酸化.     

北京和邢台新粒子生成的差别及其对CCN活性的影响

基于2016年冬季和2017年夏季在北京、2016年夏季在邢台的三次气溶胶外场观测实验,选取三次观测期间典型的新粒子生成事件,分析其对气溶胶吸湿和云凝结核（CCN）活化特性的影响。两地分别位于华北平原北部超大城市区域和中南部工业化区域,两地不同季节新粒子形成机制不同,对应的凝结汇、生长速率以及气溶胶化学组分也不同。北京站点新粒子生成事件的发生以有机物的生成主导,而邢台站点新粒子生成事件的发生则以硫酸盐和有机物的生成共同主导。邢台站点新粒子生成过程中气溶胶吸湿性及云凝结核活化能力明显强于北京站点,此特点在核模态尺度粒子中表现尤为明显。以上结果表明,在估算新粒子生成对CCN数浓度的影响时,应充分考虑气溶胶吸湿和活化特性的差异。     

中国大气气溶胶研究综述

文中综合论述了近 2 0年来中国大气气溶胶研究状况 ,包括对大气气溶胶的直接采样分析 ,地面和卫星的遥感 ,大气气溶胶辐射特性及其气候效应的研究以及沙尘暴的形成、输送及气候效应的研究等。直接采样分析不仅研究了气溶胶的浓度和粒子谱分布等特性 ,而且也对其化学组分做了分析 ,高空气球采样得到了对流层和低平流层的气溶胶样品 ,并用X能谱电子显微镜进行了分析。地面遥感和多种卫星资料 ,包括AVHRR ,SVISSR ,TOMS ,POLDER等 ,被用来研究大气气溶胶的辐射特性 ,并提出了用消光和前向散射相结合和利用天空散射光分布反演粒子谱分布相函数等方法。开展了有关气溶胶气候效应的数值模拟研究 ,并对非球形粒子以及吸湿性粒子的作用做了专门的计算。对沙尘粒子的直接观测为研究其生成条件和输送特性提供了基础数据。文中对不同的研究方法进行了初步评述 ,并对气溶胶的研究提出几点建议。     

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。     

不同吸湿性的气溶胶对云和降水影响研究进展

气溶胶、云、降水相互关系是现今大气科学的前沿领域。本文总体概括了气溶胶作为云凝结核和冰核,对云宏微观物理特性及降水的影响原理研究的主要成果。并根据气溶胶自身化学性质的吸湿性,从吸湿性气溶胶和非吸湿性气溶胶两方面,重点探讨了模拟研究中,硫酸盐、海盐、沙尘、黑碳气溶胶对于云和降水的影响,以及各类气溶胶与其它类型气溶胶相比,作用于云降水的不同方式。提出之前研究工作的不足,以期为今后该方向的研究提供一些思路。      

气溶胶粒子对城市雾影响的模拟研究

在三维雾模式内增加气溶胶粒子的长波辐射效应,旨在运用模拟的方法研究夜间城市气溶胶粒子对雾的形成和发展的影响.运用重庆市的地形及有关资料,模拟了重庆市冬季雾的形成和发展过程,并与不考虑气溶胶粒子情况下雾的形成和发展过程进行了对比分析.结果表明:气溶胶粒子的存在,由于其温度效应,使地面雾形成时间推迟,低层雾含水量普遍减小;适量的气溶胶粒子有助于重庆雾向高处发展;当气溶胶粒子成倍增加后,对雾的形成和发展均有阻碍作用.     

基于能见度数据分析的气溶胶吸湿增长特征研究

基于相对湿度、能见度等气象数据,分析气溶胶吸湿增长特性,有助于了解气溶胶对大气环境和区域气候的影响.利用南京地区2016年1-12月、2017年2-12月、2018年1-8月和12月相对湿度和能见度等数据,通过非线性拟合研究气溶胶吸湿增长因子(f(RH))与相对湿度(RH)之间的关系.结果表明,吸湿增长因子在RH值较低...     

大气气溶胶尺度分布分形特征研究

气溶胶作为大气环境中的重要组成部分,具有复杂的尺度分布结构。为研究其尺度分布特征,采用分形理论首先论述了常用的气溶胶谱分布函数具有分形不变性,然后在分形理论的指导下分别建立了气溶胶粒子和体积分形统计模型,而且以AERONET相关数据验证了分形模型的有效性和实用性,并采用分段分形的方法改进了气溶胶体积分形模型。最后分析研究了分维数的实用意义和分布情况,讨论了气溶胶分维数变化和粒度分布的关系。结果表明：气溶胶粒子数和体积分维数之间存在线性关系,上半年的大气溶胶粒子数分维数的变化幅度明显小于下半年的变化幅度;研究区域大气气溶胶中细粒子分布比较密集,大粒子分布比较分散。分形理论为研究大气气溶胶的尺度分布特征提供了新的方法与手段,具有广阔的研究与应用前景。     

近红外波段凝结核性质对雨滴散射特性的影响

用M ie散射理论,在已知大气气溶胶粒子的折射率基础上,计算并讨论大气气溶胶以及在其上凝结形成的雨滴的散射相函数、散射效率因子等散射特性。结果表明,对流层中气溶胶粒子的散射能力依次为水滴,冰晶,海洋性粒子,沙尘性粒子,水溶性粒子,煤烟。对于在可溶性核上凝结形成的雨滴,海洋性核的散射能力强于水溶性核的散射能力。由不可溶性核凝结形成雨滴的散射能力依次为煤烟核、冰晶核和沙尘性核。纯水雨滴的散射能力介于沙尘性核和冰晶核之间,强于海洋性核。该结论可以为光学测雨仪器在不同地区条件下的参数设置提供依据。     

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。     

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。     

北京地区气溶胶PM2.5粒子浓度的相关因子及其估算模型

文中运用统计分析和气象统计预报的方法 ,使用北京白石桥小区的污染物观测资料和同期北京地区的气象观测资料 ,对影响大气污染的气象因子进行了综合分析 ,并分别建立了气溶胶PM 2 .5粒子浓度与气体污染物、气象要素场的两类统计相关拟合模型。发现气溶胶PM2 .5粒子浓度与气体污染物浓度存在不同程度的相关性 ,且与气象条件亦存在显著的相关关系 ,此类时空变化及其量化估算模型具有一定实际应用价值。通过确定气象要素场和气溶胶浓度的关系可进一步研究不同地区的污染物输送和污染源扩散影响的问题。     

直接观测大气气溶胶成核

大气核化是全球大气气溶胶粒子的主要来源,在气溶胶气候效应中扮演重要角色。大气核化过程的关键步骤发生在2 nm以下的尺寸范围,在如此小的范围直接对其大小隔离观察直到最近才得以进行。本文呈现了1nm流动性直径范围内的大气纳米颗粒和集群的详细观测结果,确定了三个独立的低于2nm直径的尺寸类型,建立了物理、化学、动力一致的大气成核框架,更具体地说,气溶胶通过中性的途径形成。研究结果强调了在大气气溶胶形成过程中有机化合物的重要作用,导致气溶胶增长、辐射强迫及生物排放量、云和气候之间的相关反馈。     

贺兰山地区沙尘气溶胶瞬时谱分析及拟合

利用APS-3310A型激光空气动力学粒子谱仪，1998年4、5月和1999年4月在贺兰山附近的巴音浩特、盐池、银川等地采集了具有代表性的背景大气、浮尘、扬沙、沙尘暴天气条件下沙尘粒子谱分布资料。对粒子瞬时谱的统计分析发现：不同的沙尘天气过程中，气溶胶的瞬时浓度存在很大差别。扬沙、沙尘暴天气过程中，气溶胶浓度变化较大；浮尘天气过程中，气溶胶浓度变化较小。沙尘现象越强，粗粒子（d〉2．5μm）越多，各粒径段浓度变化越明显。不同过程，粗细粒子对粒子表面积浓度贡献程度不一。沙尘气溶胶粒子谱型为单峰结构，对粒子的瞬时谱进行了谱型拟合，其具有对数正态分布函数的特征。     

南京北郊冬季大气气溶胶及其湿清除特征研究

利用WPS(宽范围颗粒粒径谱仪)、雨滴潜仪和雾滴谱仪测量了2007～2008年冬季南京北郊大气气溶胶数浓度谱分布和降水强度,分析了气溶胶粒子的分布特征以及气溶胶粒径与湿清除系数的关系.结果表明:气溶胶粒子具有明显的双峰型R变化特征,数浓度主要集中在0.02～O.2μm粒径范围内,受汽车尾气排放、混合层高度变化以及颗粒物水平输送的影响较大.降雨、降雪和雾过程都对气溶胶粒子有不同程度的清除,降雨和浓雾对核模态和粗模态的气溶胶粒子的清除能力显著,降雪对粒径小于0.03μm的气溶胶粒子的清除能力较强.     

影响气体和粒子干沉积的敏感因子分析

建立了一个模拟气体和气溶胶粒子在各种不同条件下干沉积的数学模式，用以研究了影响气体和粒子干沉积的敏感因子，从而进一步揭示物质干沉积和特征和规律，结果表明：下垫面的性质，气体本身与沉积表面的溶混性和表面的潮温程度是影响气体干沉积的重要因子；对粒子干沉积起主导作用的有粒子直径，平均风速、大气稳定状况和沉积表面的粗糙度。