珠江三角洲地区大气气溶胶特征的飞机观测分析

利用2010年11月6日在珠江三角洲的佛山、江门等地区上空进行的一次飞机探测数据,初步分析气溶胶粒子的垂直和水平分布特征。结果表明,气溶胶粒子在不同的高度有较大的差异,自下而上存在着累积层、递减层和增加层,在1 033 m以下的大气边界层存在气溶胶粒子的累积,气溶胶粒子最小浓度为1 151.15/cm3,高度1 033 m;最大浓度为7 307.38/cm3,高度627 m;平均浓度5 775.63/cm3,平均直径0.212 μm,最大直径0.219 μm,最小直径0.189 μm。在1 033 m以上,气溶胶粒子浓度随高度增加而递减,但在逆温层附近气溶胶粒子的浓度出现了随高度增加而增加的现象。在江门鹤山上空3 800 m的高度层平飞时段,气溶胶粒子数浓度平均为19.74/cm3,变化范围1.97～53.65/cm3。对不同高度粒子谱分析表明,其谱型为多峰型,且高度越高,谱宽越窄,大粒子基本集中在1 000 m高度以下。      

青海格尔木大气气溶胶地基激光雷达观测研究

本文利用中国科学院大气物理研究所自行研制的MARMOT(Middle Atmosphere Remote Mobile Observatory in Tibet)激光雷达系统,于2013年8月~2015年5月在青海省格尔木市(36.25°N,94.54°E)开展了准连续夜间气溶胶垂直分布的观测实验,初步获得了青藏高原北部地区上空气溶胶的消光系数反演结果。本文挑选晴朗无云观测时段进行典型个例分析,发现冬季测站上空空气污染程度比夏季和秋季严重。分析发现气溶胶的垂直消光廓线分布与背景天气系统和人类活动都有密切的关系,说明了人类活动对环境气溶胶浓度有非常大的影响。将激光雷达反演的气溶胶消光系数结果与CALIPSO卫星数据进行了对比,两者具有良好的一致性,验证了激光雷达所获数据的可靠性。     

青藏高原中东部气溶胶特征的飞机观测

利用2011年和2013年夏秋季在青藏高原中东部开展的11架次气溶胶特征飞机观测数据,分析气溶胶数浓度、数谱及核化相关特征。结果表明:受天气系统、地形和地表影响,观测区内气溶胶数浓度（Na）和体积直径（Dv）的垂直和水平分布差异较大,Na呈西北高、东南低,Dv低层大、高层小,局地中高层有沙尘。格尔木盛行东风时,云降水对低层气溶胶有清除作用,Na和Dv明显降低,6.2 km高度和7.2~7.4 km高度的中高空受高原大风或对流影响形成沙尘;盛行西风时,低层Dv以0.5~0.8 μm为主,随高度升高和风速增大Na升高,Dv变幅较小,6.2 km高度也有沙尘;不同天气系统影响下6.5 km高度以上均输入亚微米颗粒,Na达5×103 cm-3,8.0 km高度盛行东风时比西风时Na更高,Dv更小,谱垂直分布也有以上特征,整层输入以偏北或偏西路径为主。不同过饱和度测量云凝结核数浓度（Nccn）表明,除格尔木6.0 km高度以下核化率（Nccn/Na）在21%~47%外,其他观测区平均核化率介于1%~16%,6.0~8.5 km高度的核化率总体偏低;当Na增加时核化率明显下降,且过饱和度1%~2%,-15~-5℃层或粒径1~3 μm时的核化率相对偏高。     

基于飞机和MODIS观测的华北地区气溶胶标高分析

为研究华北地区的气溶胶分布情况,利用2012—2014年飞机观测资料和MODIS卫星资料,对石家庄等地的气溶胶标高进行了分析。结果表明:(1)与飞机观测资料对比后认为可以利用MODIS光学厚度和常规能见度资料计算气溶胶标高;(2)华北地区春夏季气溶胶标高一般大于秋冬季;6个主要城市中,位于平原地区的城市气溶胶标高较低,西北山区城市标高较高;(3)在不进行飞行探测,仅使用地面资料和卫星资料,通过计算得到气溶胶垂直分布是可行的,尤其是在对流层中层的结果比底层更可信;(4)分别使用观测资料与拟合数据计算光学厚度,分析其误差后,确认在计算光学厚度的过程中可以使用气溶胶数密度指数递减假设。     

气溶胶垂直分布及活化特性的飞机观测个例研究

为了解气溶胶以及云凝结核(cloud condensation nuclei,CCN)活化谱的垂直分布特征,利用2014年7月30日在山西开展的机载和地面观测获得的气溶胶和CCN数据,分析研究了CCN活化谱函数(N=C·S~k)参数C和k的垂直分布规律和气溶胶的活化特征。结果表明:本次过程气溶胶的垂直分层明显,不同区域气溶胶的垂直分布存在差异,按照位温变化特征自下而上可分为四层,气溶胶数浓度、有效直径和粒子谱等垂直分布特征和层结特性关系密切,CCN活化谱参数k受气溶胶的化学组分及粒子谱共同影响,四层的k值差异较大,其中第一层k值随着高度增大,最大值为1,第二层的k先减小后增大,在1700～2000 m处最低,为0.3,第三层的k变化不大,在0.8左右,第四层稳定到0.6。观测区域气团后向轨迹模拟结果显示:不同高度层气溶胶来源差异较大,1000和2000 m高度的气团分别来源于山西东南方向的华北平原和西侧的黄土高原,3 000 m以上的高空气团来源于西北方的蒙古国。各层C、k结果与相应来源地的地面CCN活化谱的观测结果有较好的对应关系,气溶胶的性质与相应来源地的地面气溶胶性质较为一致。不同高度气溶胶来源差异是导致气溶胶分布以及CCN活化谱存在明显分层的原因。     

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。     

济南及周边地区大气气溶胶空间分布特征

利用北京人工影响天气办公室新引进的PMS粒子测量系统探测的气溶胶资料,分析了济南及周边地区的气溶胶空间分布特征,探讨了气溶胶与逆温层和大气温湿度的关系。结果表明,气溶胶粒子数浓度垂直分布存在较大的差异,逆温层的存在和相对湿度峰值对气溶胶的分布影响很大。逆温层附近和相对湿度峰值区会产生较高的气溶胶数浓度,造成气溶胶粒子的...     

基于层积云飞机观测资料评估气溶胶间接效应

利用2009年4、5月美国浅薄低云观测项目(RACORO)的层积云飞机观测资料,使用两种方法对气溶胶间接效应进行了估算:根据云滴数浓度定义的值(AIE_n)和根据有效半径定义的值(AIE_s)。AIE_n几乎都比AIE_s大,尤其在中等含水量条件下。理论推导表明,AIE_n与AIE_s的偏差应与气溶胶对云滴谱离散度的影响有关,即离散度效应。当AIE_n加上离散度效应后,数值与AIE_s十分接近,证实了理论预期。离散度效应对气溶胶间接效应的贡献主要为抵消作用,这种抵消作用在中等含水量时最大,当含水量为0.24 g/m~3时达到37%左右。该研究成果增强了对气溶胶-云相互作用的理论认识,将有助于增强对模式和观测中气溶胶间接效应的准确评估。     

春末中国西北沙漠地区沙尘气溶胶物理特性的飞机观测

将APS-3310型激光空气动力学气溶胶粒子谱仪安装在飞机上,于1999年春末对中国西北沙漠地区上空气溶胶进行探测。结果表明:沙漠地区上空沙尘气溶胶粒子数浓度一般为1~10个.cm-3,平均直径为1.6~4.6μm,最大直径为13.0~28.0μm;TSP质量浓度为0.01~0.08mg.m-3,PM2.5和PM10分别占TSP的3.6%~13.8%和50.3%~88.1%。高空沙尘气溶胶数浓度与下垫面状况密切相关,沙漠地表上空的粒子数浓度高于植被覆盖较好的地区;当在沙漠地区上空飞行轨迹为上升、平飞、下降时,沙尘气溶胶粒子谱呈现出由单峰偏态、双峰、正态到单峰偏态等形式的演变。     

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。     

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。     

2009年石家庄地区大气气溶胶的飞机探测研究

利用2009年石家庄地区不同季节的3次机载粒子探测系统PMS(Particle Measurement System)的探测资料,结合地面天气形势、风场和探空资料对石家庄地区,晴空背景下大气气溶胶的统计特征、数浓度、平均粒径的垂直分布特征以及谱分布特征进行了分析。结果表明:晴天条件下气溶胶的数浓度随高度递减,粒径随高度变化不大;在数值上,4月16日气溶胶数浓度和粒径最大,其次是10月15日,最小的是6月10日,3次粒径变化幅度都不大;逆温层底层气溶胶明显积累,气溶胶浓度在1.5 km以下大气边界层内明显高于其他层次,逆温层的高度和厚度影响气溶胶的分布;3次不同季节晴天背景下石家庄地区气溶胶谱型基本一致呈单峰分布,小于0.3μm的细粒子对气溶胶的数浓度贡献最大。     

中国西部大气清洁地区黑碳气溶胶的观测研究

黑碳气溶胶是大气气溶胶中的重要成分,对可见光和红外光都具有强烈吸收作用,对气溶胶的局地及全球的气候效应有重要的贡献。本文给出了1994年7月到1995年底在瓦里关本底台进行的黑碳气溶胶观测结果,结合气象观测资料以及在我国东部地区的部分观测结果对该地区大气中的黑碳气溶胶浓度及其变化特点进行了讨论分析。瓦里关山地区的大气黑碳气溶胶月平均浓度为130～300 ng/m3,大大低于我国东部地区;该地区大气中黑碳气溶胶浓度的变化明显地与来自工业及人口集中地区的污染气团的影响有关,不同风向时的黑碳气溶胶浓度水平有明显的差异;由最大出现频数统计分析得出该地区大气黑碳气溶胶的本底浓度范围为50～120 ng/m3;冬季该地区大气黑碳气溶胶的平均浓度和本底浓度都较低,而春季较高。     

北京地区沙尘天气气溶胶飞机观测特征

利用3次沙尘天气期间的气溶胶飞机观测资料,分析了北京地区在3种沙尘天气下气溶胶垂直分布特征。结果显示:逆温层的存在对扬沙个例的垂直分布有影响。数密度谱的分布基本呈单调递减,但边界层内扬沙、浮尘和沙尘暴个例都在0.13~0.3μm间存在峰值,而扬沙个例在0.8μm,浮尘个例在6.5μm以及沙尘暴个例在2.8和6.5μm处出现次峰值。沙尘中细粒子的有效直径是人为源气溶胶粒子的4到10倍。浮尘天气整个粒子谱宽从近地面层开始随高度先增大后减小,到3000m达到最大,这与高空输送有关;扬沙个例沙尘粒子谱分布显示近地面层大于50μm段粒子谱无论数浓度还是谱宽都明显高于浮尘和沙尘暴个例,这与扬沙是局地大风扬尘引起有关;沙尘暴个例谱宽在接近云底达到最大,说明大粒子已经被携带到一定高度,与蒙古气旋云系的上升运动有关。     

山东地区秋季飞机观测气溶胶特征的初步分析

综合分析了2006年秋季在山东省进行的0.5—8.0μm范围内的大气气溶胶飞机观测的0—4500m气溶胶数浓度垂直分布,初步讨论了气溶胶与温度的关系,并分析了对气溶胶粒子谱的垂直分布情况。结果显示,气溶胶数浓度随高度呈递减趋势,在逆温层附近气溶胶有累计现象;受城市环境的影响,同一区域城市上空或者城市的下风方气溶胶粒子平均浓度都大于上风方;气溶胶粒子谱受不同天气背景的影响,出现不同类型的谱型,随高度的变化,谱型也有很大的变化。     

华北地区一次气溶胶与浅积云微物理特性的飞机观测研究

2014年8月15日,山西省人工降雨防雹办公室在山西忻州开展了气溶胶和浅积云的飞机观测,本文利用机载云物理资料,详细分析了华北地区气溶胶、云凝结核(CCN)和浅积云微物理特性及其相互影响.主要结论有:(1)此次过程的边界层高度约为3600 m,不同层结情况下,0.1～3μm尺度范围内的气溶胶粒子浓度Na、有效直径Da和...     

2009年石家庄地区不同天气条件下大气气溶胶分布特征

利用2009年石家庄地区的4次机载PMS探测资料,对不同天气条件下大气气溶胶的数浓度、平均直径垂直分布和谱分布及一次晴天条件下的水平分布进行分析。结果表明：PCASP 探头探测的0.1-3.0 μm气溶胶粒子最大数浓度的量级为102-104 cm-3之间,平均值量级为102-103 cm-3之间,平均直径最大值介于0.225-0.717 μm,平均值介于0.148-0.167 μm。晴天条件下,气溶胶的数浓度随高度递减,直径随高度变化不大;逆温层底气溶胶明显积累,气溶胶浓度在大气边界层内明显高于其他层次;阴天轻雾情况下边界层内的气溶胶数浓度大于雨天和晴天,雨天气溶胶浓度最低;晴天气溶胶数浓度的水平分布不均匀;在云中气溶胶浓度明显下降,在云外气溶胶浓度较高。不同天气条件和晴天不同高度情况下,石家庄地区气溶胶谱型呈单峰分布,小于0.3 μm的细粒子对气溶胶的数浓度贡献最大,且随着高度的增加谱宽变窄。     

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。     

华北中部夏季气溶胶垂直分布及其与云凝结核和云滴转化关系的飞机观测研究

气溶胶的时空分布及其核化成云的转化过程是云降水物理研究的重点,也是气候变化中气溶胶间接效应关注的热点问题。利用2013～2014年期间在华北中部山西地区开展的9架次夏季晴天和积云天气情况下的气溶胶、云凝结核（CCN）及云滴数浓度观测资料,分析研究了气溶胶的垂直分布、谱分布、来源特征及其与云凝结核、云滴数浓度的转化关系。研究结果表明,大气边界层逆温层结对气溶胶、CCN垂直分布有重要影响,不同天气条件下气溶胶谱型在低层差异较大而高层基本一致;垂直方向上CCN数浓度与气溶胶数浓度有较好的相关性,过饱和度0.3%条件下CCN比率（云凝结核/凝结核）与气溶胶有效直径呈线性关系;积云云下气溶胶与云滴的线性拟合方程为y=1.3x?616.3,拟合相关系数为0.96,气溶胶转化为云滴的比率可达到47%。在过饱和度0.3%条件下,云下CCN与云滴的线性拟合方程为y=1.6x?473.8,拟合相关系数也为0.96,CCN转化为云滴的比率可达到69%。     

衡水湖湿地气溶胶分布的飞机观测

利用机载粒子探测系统PMS（particle measurement system）对华北衡水湖湿地进行了一次晴空气溶胶飞机探测,研究结果表明：衡水湖上空气溶胶粒子比城市、城镇上空气溶胶粒子小。在低层,衡水湖上空气溶胶数密度比衡水市、枣强镇大;在高层,城市、城镇气溶胶数密度比衡水湖大许多。衡水湖地区气溶胶粒子直径绝大多数为0．1-0．25μm,直径为0．25—3．0μm的气溶胶粒子非常少。衡水湖上空与城市、城镇上空气溶胶特征和垂直分布不同。