南京不同天气和能见度下云凝结核的观测分析

利用美国DMT公司生产的云凝结核(Cloud Condensation Nuclei,CCN)计数器(DMTCCNC),对2013年4—12月南京地区CCN进行观测。对不同天气条件下CCN活化谱拟合,霾天C值最高,为13 085 cm-3,雨后C值降至8 054 cm-3,属于大陆性核谱。不同能见度条件下CCN活化谱特征有明显差异,南京地区不同程度霾天CCN数浓度均远高于轻雾天,浓雾时期CCN数浓度显著偏高。CCN数浓度受到气象要素和天气状况、气溶胶源排放等因素影响。南京地区气溶胶凝结核(Condensation Nuclei,CN)数浓度和CCN数浓度的拟合结果显示出较好的相关性。CCN数浓度值:冬季春季秋季夏季,春季CCN数浓度日变化有三峰趋势,夏季基本呈单峰型,秋季、冬季双峰特征突出。气溶胶源排放、环境气象条件和气溶胶理化特性均会影响CCN数浓度的季节变化。     

基于离子配对法的黄山地区云凝结核闭合研究

为了对黄山地区云凝结核(Cloud Condensation Nuclei,CCN)进行闭合研究,2014年6月30日至7月28日在黄山光明顶对大气气溶胶理化性质和CCN数浓度进行观测,分析了气溶胶化学组分、谱分布以及CCN数浓度随时间变化的特征,通过κ-K?hler理论并使用离子配对法计算得到CCN数浓度与观测得到的...     

天津武清地区云凝结核变化特征

利用2009年11—12月在天津武清气象局测量的云凝结核(CCN:Cloud Condensation Nuclei)浓度资料以及气溶胶数谱分布的观测资料,分析了武清地区在不同过饱和度(0.1%～1.0%)下云凝结核浓度及活化率的变化特征。结果表明:武清地区冬季CCN数浓度变化范围很大,过饱和度1%时,浓度变化范围为4000～32000cm-3,且浓度受风速影响明显,风速2级以下CCN数浓度很高,过饱和度1%时,其平均浓度可达16000cm-3,但对于4级风速以上CCN平均浓度为4000cm-3左右;在过饱和度0.1%～0.4%间CCN浓度变化较大,过饱和度每增加0.1%,CCN浓度增加值平均约为过饱和度0.4%～1.0%间浓度增量的5倍。低过饱和度(0.1%、0.2%)下,活化率受风速影响明显,1级风速下的CCN活化率约为4级风速下的3倍,但在过饱和度1%时活化率则相差不大。CCN浓度的日变化呈双峰型,峰值时刻为北京时间08:00和18:00左右,活化率的日变化则呈双谷型,这主要是受局地排放影响的结果。利用指数函数拟合各风速下CCN浓度过饱和度谱,表明该地谱型为典型的大陆型。     

加强新时期气象部门财务管理与监督的思考

利用连续气流纵向热梯度云凝结核仪对华北地区空中云凝结核（CCN）进行观测研究.2009年飞机观测结果表明,同一块云内CCN数浓度变化范围和平均数浓度随高度增加逐渐减小,云的低层CCN数浓度变化趋势与云滴变化呈负相关,中高空CCN数浓度的水平分布规律与CN并不完全相关;比较三类不同天气条件下不同高度层的CCN谱分布特征发现,阴天和晴天谱型变化较小且较雨天的谱宽,雨天谱分布不连续.     

华北部分地区云凝结核的观测分析

利用美国DMT公司生产的连续气流单过饱和度云凝结核计数器对华北部分地区地面和空中云凝结核（CCN）进行了观测研究。地面观测结果表明,太原由于污染严重CCN数浓度高于石家庄。CCN数浓度日最大值、日平均值均随过饱和度的增加而增大。CCN数浓度具有明显的日变化特征,与气象因子、人类活动有关。降水对地面CCN具有明显的冲刷作用。利用关系式N=CSk拟合太原地面CCN活化谱,C〉2200cm-3,k〈l,C、k值很高,属于典型的大陆型核谱。飞机观测资料显示,CCN主要来源于地面,数浓度随高度增加明显减少。高空风向发生变化时,长距离气团输送提供CCN二次源。云对CCN有消耗作用,云内CCN比云外明显减少。     

不同水汽环境条件下云凝结核浓度对热带气旋发展影响的数值研究

利用WRF模式模拟在清洁海洋大气和污染大气环境下,气溶胶的云凝结核浓度(Cloud Condensation Nuclei, CCN)对热带气旋的强度变化影响。在污染环境下,云凝结核浓度增多,台风区域云水混合物浓度增大,眼墙附近上升运动减小,而台风外围螺旋雨带对流发展,从而抑制低层入流,台风强度减弱,外围尺度增大。在不同环境场水汽条件下,通过热、动力结构和云微物理量的对比分析,结果表明:环境场水汽条件对台风的发展起到至关重要的作用。当环境场水汽条件较干时,CCN浓度对台风发展影响作用不明显,台风发展缓慢。而在充足水汽条件下,CCN浓度对热带气旋发展有明显的影响。本文结果表明,在考虑污染情形下台风变化,需要综合考虑环境场水汽条件。     

云凝结核浓度对南京地区一次冰雹云过程影响的数值研究

采用WRF模式与包含了云凝结核(Cloud Condensation Nuclei,CCN)浓度和霰雹密度预报的NSSL(National Severe Storm Laboratory,国家强风暴实验室)微物理方案,模拟不同CCN初始浓度条件下南京地区的一次冰雹云过程,分析不同CCN初始浓度影响下冰雹云过程的宏微观演变特征,以及对流发展不同阶段的水凝物粒子及流场、温度场的垂直分布特征。研究发现:1)较大的CCN初始浓度虽然抑制了前期对流降水,但对后期对流降水的产生有促进作用;2)CCN初始浓度的增加使得模拟雷达回波的强回波区域(大于40 dBz)缩小,中等强度区域(小于40 dBz)扩张。3)CCN初始浓度增大不利于对流发展初期云雨自动转化过程的发生,但是促进了冰晶与雪的产生,使得冰雹含量峰值出现的时间推迟。4)CCN浓度增大抑制了雨水产生,间接使得霰粒子更倾向于干增长,平均密度更小;5)较大的CCN浓度促使冰雹云单体的发展时间增长。     

2007年夏季我国西北地区云凝结核的观测研究

利用连续气流纵向热梯度云凝结核仪对我国西北地区2007年夏季空中和地面的云凝结核(CCN)进行观测研究,并对观测结果进行了对比分析。飞机观测资料表明,西北地区的CCN主要来源于地面,近地层浓度较高,CCN浓度随高度增加而减少。污染城市上空的CCN比一般地区上空浓度高,浓度随高度变化趋势相同;地面观测结果显示,CCN具有明显的日变化,与人类活动、气象因子和下垫面相关;污染地区和清洁地区的CCN浓度在相同过饱和度下差异很大,在低过饱和度下浓度相差可达一个量级。根据关系式N=CSk拟合得到的地面CCN活化谱参数,银川地区的C值明显较大(2200),k值较高(约0.7),表明银川地区具有大陆性特征;而祁连山地区C值较低(2200)、k值较高(约0.77),属清洁型大陆性特征。     

太原云凝结核的观测研究

本文利用连续气流纵向热梯度云凝结核仪对太原的云凝结核（CCN）进行了观测研究。结果表明,CCN数浓度具有明显的日变化特征。CCN数浓度一天中出现了两次峰值。降水、降雪对地面CCN具有明显的冲刷作用。本文根据关系式N=CS#拟合得到的地面CCN活化谱参数C值明显较大,k值较高,属于典型的大陆型核谱。     

晴空云凝结核垂直探测个例分析

利用机载DMT云凝结核计数器观测了2009年10月13日陕西关中西部晴空云凝结核（CCN）的垂直分布。分析结果显示：关中西部晴天地面CCN平均浓度在过饱和度为0.2%时大于10000个/cm3,大雾天气下地面CCN浓度明显高于晴天。CCN浓度随高度增加而递减,1500 m以下为高值区,1000 m、1550 m、4100 m、5500 m高度的CCN平均浓度在过饱和度为0.4%时分别为8827个/cm3、4439个/cm3、456个/cm3、504个/cm3。     

CCN数浓度及参数化方案对一次层云降水过程影响的数值研究

利用中尺度WRF模式(V3.7),采用WDM6双参数微物理方案,对2014年7月26日12时—28日06时发生在华东地区的一次层状云降水天气进行数值模拟。通过改变模式中初始云凝结核(CCN)数浓度及参数化方案,进行敏感试验,对模拟结果进行对比分析。改变CCN数浓度的结果表明,CCN数浓度对降水的影响复杂、非线性,随着CCN数浓度的增大,降水量减小。云水、霰混合比始终增加,雨水混合比表现为先增加后减小再增加的趋势,冰晶混合比则与之相反,呈现先减小再增加再减小的趋势,雪晶混合比呈现先减小后增加的趋势;改变CCN参数化方案的结果表明,两者模拟降水落区有差别,三参数方案更接近实际;降水产生后,三参数方案的CCN浓度一直高于双参数方案,且数值变化不大;双参数方案的结果显示暖云降水加强,冷云降水略弱,三参数方案则显示暖云降水较弱,冷云降水较强。     

CCN concentration in troposphere over China

CCN concentration in the middle-lower troposphere over northern China was observed using a cloud condensation nucleus counter, MEE-130, installed on an IL-14 aircraft in the summer of 1983 and 1984. More than 60 sets of data (each flight as one set) were collected. The main results are: (1) in northern China, CCN concentration is 10²-10⁴/ cm³ near ground, decreases with increasing height and follows exponential distribution; (2) the local CCN concentration and its distribution with altitude are influenced by some meteorological factors: such as inversion, cloud and precipitation, wind and land—sea breeze etc. The inversion makes CCN significantly accumulate just below the inversion level; CCN concentration is lower inside clouds than outside clouds at same level; wind plays an important role of transporting CCN horizontally; (3) the CCN concentration is higher above the land than above the sea at same level; CCN concentration is one order of magnitude lower over the coastal cities like Qingdao than over the continental cities like Zhengzhou; (4) all these suggest that CCN in northern China comes mainly from continental surface layer. Densely—populated areas and industrial areas may produce more CCN.     

Coastal CCN measurements at Mace Head with enhanced concentrations in strong winds

Surface measurements of cloud condensation nuclei (CCN) number concentration (cm⁻³) are presented for unmodified marine air and for polluted air at Mace Head, for the years 1994 and 1995. The CCN number concentration active at 0.5% supersaturation is found to be approximately log-normal for marine and polluted air at the site. Values of geometric mean, median and arithmetic mean of CCN number concentration (cm⁻³) for marine air are in the range 124–135, 140–150 and 130–157 for the two years of data. Analysis of CCN number concentration for high wind speed, U, up to 20 m s⁻¹ show enhanced CCN production for U in excess of about 10–12 m s⁻¹. Approximately 7% increase in CCN per 1 m s⁻¹ increase in wind speed is found, up to 17 m s⁻¹. A relationship of the form log₁₀CCN=a+bU is obtained for the periods March 1994 and January, February 1995 for marine air yielding values a of 1.70; 1.90 and b of 0.035 for both periods.     

山西云微物理特征的地面观测

利用连续气流纵向热梯度云凝结核仪和激光降水粒子谱测量仪对山西地面的云凝结核和雨滴谱进行了观测研究.研究结果表明,云凝结核(CCN)数浓度具有明显的日变化特征,1天出现了两次峰值,数浓度日变化与气象因子、人类活动有关.降水对CCN具有冲刷作用.利用关系式NCCN=CSk拟合得到的地面CCN活化谱参数C值明显较大,k值较高,属于典型的大陆型核谱.对层状云、层积云降水雨滴微物理特征参量分析发现:3次层状云、层积云降水雨滴数密度变化范围分别为74～229 m-3、305～743 m-3,平均含水量量级分别为10-2 g/m3、10-1g/m3,最大雨滴直径分别为1.78 mm、4.7 mm.对层状云降水雨滴的数密度和雨强贡献较大的分别是小于1 mm、0.2～2 mm的雨滴;对层积云降水雨滴的数密度和雨强贡献较大的分别是0.2～2 mm、1～3 mm的雨滴.层积云出现稳定谱的比例高于层状云.从瞬时谱型分布看,层状云出现单、双、三峰多,第四、五峰值的频率比较少,层积云雨滴谱分布没有出现指数型,常有多峰.从平均谱分布看,层状云谱宽窄于层积云,层状云雨滴平均谱服从指数分布,层积云曲线呈向下弯曲的趋势.对汾阳2008年7月17日一次积层混合云降水雨滴谱资料分析发现积层混合云降水雨滴微物理量起伏大,降水雨强主要由雨滴数密度决定.相同雨强下,若有相对更多的大雨滴,雷达反射率会更大一些.随着强回波云块的过境,雨滴数浓度、雨滴谱峰值个数、谱宽均明显增大.     

降水性层状云结构及微物理量相关性分析

利用飞机、雷达、卫星观测资料,对2014年5月1日08时—2日08时河北省一次降水性层状云结构特征进行综合观测分析。结果表明本次过程降水云大致分为3层:4 200~2 850 m为冷暖云结构,2 162~2 174 m为十几米厚的纯暖云,近地面层121~265 m有粒子浓度较低(量级为101cm-3)的暖云。降水开始前存在较明显的催化云—供给云结构,降水开始后高层对低层有催化作用。人工增雨潜力区主要位于3 100~4 000 m,对应的雷达回波强度为20~30 d Bz,且雷达回波强度垂直梯度明显变小。对不同高度的云微物理量进行相关性分析,结果表明,云底的液态水含量和云滴浓度与气溶胶浓度具有较强的负相关,过冷水含量与云滴浓度相关性达到0.434,云凝结核浓度在冷云中与温度相关性较强,相关系数达到0.717。     

云凝结核浓度对雷暴云电过程影响的数值模拟研究

本文将非感应起电机制耦合到WRF中尺度模式中,选取Morrison双参数微物理方案,采用整体放电参数化方案,改变初始云凝结核（CCN）浓度（浓度变化从500 cm-3到4000 cm-3）,共模拟15组试验,讨论了CCN浓度（n_CCN）对雷暴云起电强度的影响。通过研究发现:随n_CCN增加,霰粒子数浓度减少,混合比增加,导致霰粒子平均尺度增加;冰晶粒子数浓度增加,混合比基本不变,导致冰晶粒子平均尺度减小。此外,霰粒子平均尺度增大,下落末速度增大,冰晶粒子平均尺度减小,下落末速度减小,二者末速度差值增加,导致单次碰撞电荷分离量增加。综上所述,气溶胶浓度增加使霰粒子与冰晶粒子碰撞分离过程增强,单次碰撞电荷分离量增加,正负电荷密度平均值增加,从而增强雷暴起电强度。     

A numerical simulation of the effect of the number concentration of cloud droplets on Typhoon Chanchu

In recent years, an increase in the number of anthropogenic aerosol particles has raised the global mean content of aerosol particles in the atmosphere from that of preindustrial times. The indirect effects of aerosols on weather and climate cannot be ignored. In this paper, the fifth generation Pennsylvania State University (PSU)?CNational Center of Atmospheric Research (NCAR) Nonhydrostatic Mesoscale Model (MM5) is used to simulate Typhoon Chanchu (international designation: 0601), which affected the northwest Pacific. Simulations are conducted in three two-way nested domains with Mercator map projection. The horizontal grid resolutions of the three domains are 27, 9, and 3?km. A period of 60?h is simulated. Surface and rawinsonde conventional observation data and ocean wind data are additionally incorporated into the initialization data. A control (CTL) experiment is run to produce a reasonable forecast. We change the parameter of the cloud condensation nuclei (CCN) concentration (CNP) in the Reisner-2 scheme of the CTL experiment (the default value is 100?cm^?3) to conduct two sensitivity experiments. They are the very clean marine (VCM) CNP experiment (CNP?=?25?cm^?3) and the severe contamination (SC) CNP experiment (CNP?=?1,000?cm^?3). We investigate the effects of the CNP on Typhoon Chanchu by comparing and analyzing the simulation results of the three experiments in terms of the track, intensity, precipitation, vertical structure, and microphysical processes. The main results show that Typhoon Chanchu slightly weakens as the CNP increases. Increasing the CCN to 1,000?cm^?3 results in less graupel, rainwater, and cloud ice but more cloud water. However, the mixing ratio of snow does not distinctly change as the CNP changes. Increasing the CCN leads a rapid decrease in the autoconversion of cloud water to rainwater. There is no autoconversion of cloud water to rainwater in a seriously polluted continental air mass. As the CNP increases, there is more condensation, evaporation, accretion of cloud water by rainwater, and precipitation fallout. Finally, a seriously polluted continental air mass can result in distinctly lower precipitation efficiency.     

重庆地区一次雷暴云电过程及其对初始云滴数浓度响应的数值模拟

采用耦合了Saunders和Takahashi两种非感应起电参数化方案的RAMS(Regional Atmospheric Modeling System)模式,对重庆地区一次雷暴过程进行模拟,对比分析了两种起电参数化方案下,电荷开始分离时和雷暴云发展到成熟阶段时的水成物粒子的分布、所带电荷密度以及雷暴云的电荷结构分布。模拟结果表明,在Saunders起电参数化方案下,雷暴云的电荷结构从起电到放电都呈现偶极性特征,而在Takahashi参数化方案下,雷暴云的电荷结构则由反偶极性发展成正偶极性。为研究CCN(cloud condensation nuclei)对雷暴云的影响,本文进行了两组敏感性试验,随着云滴初始数浓度增加,雷暴云的电荷结构没有发生极性翻转,但雷暴云中电荷量增加,电荷分布区域变大,有利于闪电发生。在Saunders起电参数化方案下,当云滴初始数浓度大于2 000 cm-3时,电荷量变小。通过分析微物理量场和微物理过程发现,随着云滴初始数浓度增加,冰相粒子质量混合比增加,在Saunders起电参数化方案下,当云滴初始数浓度大于2 000 cm-3时,霰粒子质量混合比减小。验证了CCN的变化能影响云的微物理过程,从而影响雷暴云的电荷分布以及闪电的发生,尤其是冰相物质的变化显著影响了雷暴云的起电过程。     

Aerosol over the Southern Ocean

In a first attempt to assess a proposed climatic change feedback process involving cloud condensation nuclei (CCN) and cloud albedo, CCN concentrations N as a function of supersaturation S were measured on a voyage from latitude 43 to 65°S in October–November 1988. The usual relationship N=CS^k, with k=0.5 and C a constant was a fair apprraximation for S in the range 0.3–0.7% implying that CCN concentrations should largely determine cloud drop concentrations and hence albedo for clouds with S in that range. South of latitude 50°S and at smaller S,k was 1 or larger on average, which would lead to reduced dependence of albedo on CCN for the relevant clouds. N varied very widely for separations of the order of 100 km or 6 hours in time, particularly when the sea was partly ice-covered, suggesting strong local influences. During a large increase in N 60°S, unaccompanied by an increase in condensation nuclei (CN), cloud drops grew more rapidly than usual. In a subsidiary experiment particles were collected and examined by transmission electron microscopy. For particles less than 0.2 μm diameter, 80–90% appeared to consist of ammonium sulfate, the remainder being sea salt or an unknown substance which was more liquid and heat-resistant. Dialysis showed that the sulfate particles contained a few percent of insoluble material. Particles which formed cloud drops in vapours other water, were also studied. Comparison of these and water CCN and the rates of droplet suggested that the water insoluble portion of the particles was ethanol-soluble and surface-active. CN concentrations decreased by a factor of about 2 between 43 and 65°S, a change closely paralleled by ethanol CCN concentrations.