沙尘气溶胶对大气冰相过程发展的敏感性试验

利用分档云动力学模式,研究了沙尘气溶胶输送过程中在不同大气背景环境条件下对云内冰相粒子形成、发展和降水过程的影响.通过敏感性试验发现:在背景气溶胶浓度不断增加的情况下,冰相降水率以及冰相降水在总降水量中的比例逐渐减小;只有在大陆性云和污染严重的地区,含有一定比例可溶性物质的沙尘粒子提高了大气中的巨核浓度,使云中冰相降水质粒提前出现,有利于降水的形成.另一方面,当把不可溶矿物气溶胶粒子作为有效的大气冰核参与云降水形成的物理过程时,由矿物气溶胶引起的大气冰核浓度增加在一定程度上抑制云中冰相降水质粒的发展,部分抵消巨核对降水的促进作用.     

北京及周边地区2003年夏秋季气溶胶和云滴分布特征

对2003年夏秋季利用机载PMS在北京及周边地区进行的不同天气状况下6次气溶胶粒子探测资料进行了分析.结果表明,北京及周边地区气溶胶粒子的分布,在不同天气背景时有较大差别.粒子平均浓度的最大值为3.46×102cm-3,最大粒子浓度为5.26×103cm-3,相差一个量级;粒子平均最大直径为1.392μm,最大直径为2.75μm.粒子平均浓度的最小值为25.7cm-3.在有雾的天气条件下,气溶胶粒子浓度在近地层基本随高度的增加而减小,粒子尺度变化较为复杂.在阴雨天气情况下,气溶胶粒子浓度和尺度都有增加的现象.另外,逆温层底存在明显的气溶胶粒子累积.0℃层以下气溶胶粒子呈单峰分布,0℃层以上气溶胶出现双峰结构.小云粒子一直是多峰结构,峰值直径分别在3.5μm、12.5μm、23.5μm处.     

沙尘气溶胶对云和降水影响的模拟研究

采用二维分档云模式,对比背景大气气溶胶分布,讨论了扬沙和沙尘暴天气条件下矿物气溶胶对云微物理结构、光学特性以及降水形成的影响.结果表明:扬沙和沙尘暴天气增加大气中大核和巨核的浓度,促进云中水汽的活化,使降水提前出现,暖云和冷云降水量均大幅增加,但可忽略巨核增加对云光学厚度和反照率的作用;当矿物沙尘粒子同时作为有效的云凝结核和冰核参与云的发展时,冰核浓度增加使水成物有效半径减小,抑制了暖云和冷云降水,云内存留的大量冰晶增强云的光学厚度和反照率.     

一次沙尘暴过程中沙尘气溶胶对云物理量和辐射强迫的影响

利用MOD IS Aqua卫星反演和装载在Aqua上的CERES仪器观测资料,讨论了我国北方地区2004年3月26~28日沙尘暴过程中沙尘气溶胶对云物理特性和辐射强迫的影响。初步结果表明,沙尘气溶胶明显改变了云的物理特性,使云滴变小,含水量及光学厚度减少,减弱了云的净辐射强迫,云的冷却效应受到了抑制,相当于大气层顶沙尘气溶胶的增温作用。     

Simulation of the Direct Radiative Effect of Mineral Dust and Sea Salt Aerosols in a Doubled Carbon Dioxide Climate

The authors examine the equilibrium climatic response to the direct radiative effect(DRE)of mineral dust and sea salt aerosols in a doubled-CO2climate with two-way coupling of aerosol-climate interactions.In response to the drier and windier conditions,dust emissions increase by 26%in the Sahara Desert and by 18%on the global scale relative to present day.Sea salt emissions increase in high latitudes(60°)but decrease in middle latitudes(30°–60°)of both hemispheres due to the poleward shift of westerlies,leading to a 3%decrease in global emissions.The burdens of dust and sea salt increase by 31%and 7%respectively,because reductions in rainfall over the tropical oceans increase the lifetime of particles in the warmer climate.The higher aerosol loading in the doubled-CO2climate reinforces aerosol DRE by0.2 W m 2,leading to an additional cooling of 0.1°C at the surface compared with the climatic effects of aerosols in present day.The additional cooling from changes in natural aerosols compensates for up to 15%of the regional warming induced by doubled CO2.     

云模式中气溶胶物理过程参数化方案研究概述

介绍了大气气溶胶的浓度、气溶胶的谱形等物理性质对云的微物理过程造成的影响以及目前云模式中常用到的一些气溶胶物理过程的体积水、分档等参数化方案,并评述了这些参数化方案各自的特点。提出了在设计气溶胶物理过程参数化方案时需要注意和有待解决的几个问题,建议在设计气溶胶-云相互作用的模式时,要根据不同的研究目的选择合适的参数化方案。     

矿物气溶胶远程传输过程中的吸收增温效应对云和降水的影响

通过对吸收性矿物气溶胶在远程传输过程中引起的大气增温效应以及大气中云凝结核(CCN)和冰核(IN)浓度增加的数值模拟,发现传输过程中沙尘最大浓度出现于云底和3 km高度处(T>-5℃)时,沙尘传输导致的大核和巨核(GCCN)浓度的增加,促进冷暖云降水,并在降水效率增加和增温产生的蒸发效应的共同作用下,云的光学厚度和反照率降低;当沙尘传输层位于温度低于-5℃的层结时,沙尘作为有效的大气冰核影响云和降水的发展,在这种情况下,冰核增多导致降水减少,并使云的光学厚度和反照率增加。总的来说,沙尘传输层中吸收性矿物气溶胶越多,高度越低、厚度越大,蒸发效应越强,云的形成和发展受到的抑制作用也越强。     

Airborne Observations of Cloud Condensation Nuclei Spectra and Aerosols over East Inner Mongolia

A set of vertical profiles of aerosol number concentrations, size distributions and cloud condensation nuclei(CCN)spectra was observed using a passive cloud and aerosol spectrometer(PCASP) and cloud condensation nuclei counter, over the Tongliao area, East Inner Mongolia, China. The results showed that the average aerosol number concentration in this region was much lower than that in heavily polluted areas. Monthly average aerosol number concentrations within the boundary layer reached a maximum in May and a minimum in September, and the variations in CCN number concentrations at different supersaturations showed the same trend. The parameters c and k of the empirical function N = c S~kwere 539 and1.477 under clean conditions, and their counterparts under polluted conditions were 1615 and 1.42. Measurements from the airborne probe mounted on a Yun-12(Y12) aircraft, together with Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory model backward trajectories indicated that the air mass from the south of Tongliao contained a high concentration of aerosol particles(1000–2500 cm~(-3)) in the middle and lower parts of the troposphere. Moreover, detailed intercomparison of data obtained on two days in 2010 indicated that the activation efficiency in terms of the ratio of NCCNto N_a(aerosols measured from PCASP) was 0.74(0.4 supersaturations) when the air mass mainly came from south of Tongliao, and this value increased to 0.83 on the relatively cleaner day. Thus, long-range transport of anthropogenic pollutants from heavily polluted mega cities,such as Beijing and Tianjin, may result in slightly decreasing activation efficiencies.     

积云对二氧化硫和硫酸盐气溶胶作用的研究

利用一个冰雹云模式与云化学模式耦合而成的二维积云化学模式,研究对流云的输送、微物理转化、云内化学过程、湿清除对SO2及硫酸盐气溶胶的作用。云化学模式的结果表明,由于SO2在向上输送的过程中可溶解于云水和雨水中,从而阻止了SO2向上部的转移,因此对气相SO2来说,云的输送是一个相当无效的过程,而液相清除起主要作用。硫酸盐气溶胶的收支分析表明,降水清除了1.67 mol的SO2-4,占气溶胶总量的64%,其中液态降水清除了0.72 mol,固态降水清除了0.95 mol,说明了冰相过程在硫沉降中的重要性。     

用STEM—Ⅱ模式研究东亚地区春季沙尘气溶胶对硫化物输送和沉降的影响

利用ＳＴＥＭ－ＩＩ三维区域尺度大气化学模式,研究了１９９４年３月１日至１４日东亚地区春季沙尘气溶胶对硫化物输送和沉降的影响。结果表明,ＳＯ２和ＳＯ２４的大值区主要出现在我国东部地区。在模拟时段,日本地区火山源的排放对该地区大气中Ｓ分布的贡献达１０％～３０％。并与当时飞机的观测结果相吻合。模拟区域内ＳＯ２和ＳＯ２４的收支的分析研究表明,在硫的总排放量中,从东边界面流出去的输送通量最大,并出现在３０～４００Ｎ带的２～６ｋｍ高度上,这是与该地区最大的人为排放源所在地相一致的。最后,给出了模拟时段整个对流层大气ＳＯ２－４气溶胶含量的分布,还仨算了ＳＯ２－４气溶胶对地气系统的直接辐射强迫和温度变化的影响。     

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。      

气溶胶核化清除的化学效应 II:动力学参数对云滴化学非均匀性的影响

运用已建立的气溶胶核化清除的物理化学模式，研究了云的动力学因子（如:气块上升速度、夹卷作用）对云滴化学非均匀性的影响。计算结果表明:较强烈的云发展（较大的气块上升速度）可加强由于气溶胶核化和云滴凝结增长造成的云滴化学的非均匀程度。夹卷作用抑制了云的发展，因而减弱了这种非均匀程度。夹卷作用同时也造成总体液态水中S(VI)、Ｈ+等浓度的增加，在Ｓｍａｘ附近可达１个量级。如果考虑气溶胶粒子的夹卷，则可使气块内云滴污染物浓度随云滴大小的变化更加复杂化，如:不仅云滴污染物浓度随云滴大小而变化，即使对于相同大小的云滴之间，其污染物浓度也可相差很大。     

气溶胶核化清除的化学效应 I：云滴化学非均匀性的研究

本文将水汽在云滴上凝结增长的物理过程与气溶胶、气体的化学过程相结合，对气溶胶核化清除的化学效应进行了研究。 计算结果表明:气溶胶的核化清除造成了云滴化学成分随云滴大小分布的非均匀性，这种非均匀性又对云滴内发生的气体吸收、液相氧化产生影响。 本文还比较了不同污染状况下，不同大小的云滴内气溶胶核化清除与液相氧化对云滴化学的相对贡献的差异。 因此，这种云滴化学的非均匀性(云微化学)的研究对于云化学的野外观测及数值模拟都是重要的。     

Chemical Characteristics of Carbonaceous Aerosols During Dust Storms over Xi'an in China

Characterization of carbonaceous aerosols including CC （carbonate carbon）, OC （organic carbon）, and EC （elemental carbon） were investigated at Xi＇an, China, near Asian dust source regions in spring 2002. OC varied between 8.2 and 63.7μgm^- 3, while EC ranged between 2.4 and 17.2 μ m^-3 during the observation period. OC variations followed a similar pattern to EC and the correlation coefficient between OC and EC is 0.89 （n=31）. The average percentage of total carbon （TC, sum of CC, OC, and EC） in PM2.5 during dust storm （DS） events was 13.6%, which is lower than that during non-dust storm （NDS） periods （22.7%）. CC, OC, and EC accounted for 12.9%, 70.7%, and 16.4% of TC during DS events, respectively. The average ratio of OC/EC was 5.0 in DS events and 3.3 in NDS periods. The OC-EC correlation （R^2=0.76, n=6） was good in DS events, while it was stronger （R^2=0.90, n=25） in NDS periods. The percentage of watersoluble OC （WSOC） in TC accounted for 15.7%, and varied between 13.3% and 22.3% during DS events. The distribution of eight carbon fractions indicated that local emissions such as motor vehicle exhaust were the dominant contributors to carbonaceous particles. During DS events, soil dust dominated the chemical composition, contributing 69% to the PM2.5 mass, followed by organic matter （12.8%）, sulfate （4%）, EC （2.2%）, and chloride （1.6%）. Consequently, CC was mainly entrained by Asian dust. However, even in the atmosphere near Asian dust source regions, OC and EC in atmospheric dust were controlled by local emission rather titan the transport of Asian dust.