华北中部夏季气溶胶和云分布特征

气溶胶与云的垂直分布特征是气溶胶间接气候效应关注的重点。基于2018年7—8月华北中部6架次飞机观测数据,研究气溶胶和云滴的垂直和水平分布特征。结果表明:华北中部780~5687 m高度内气溶胶数浓度( Na )平均值为821.36 cm-3,最大量级可达到104 cm-3,云中气溶胶数浓度(Nacc)占总颗粒浓度的80%以上,表明细颗粒占大多数,气溶胶粒子算术平均直径( Dm )平均值为0.12~0.52 μm;大气层结对气溶胶垂直分布影响较大,逆温阻挡气溶胶垂直输送,高空(高度2000 m以上) Dm 的垂直分布受到相对湿度影响较大; Na 和 Dm 在垂直方向波动较大,水平方向波动较小;低层云中云滴数浓度(Nc)较大、液态水含量(L)较小,而中层和高层云中Nc较小、L较大,Nc和云滴有效半径(Re)的概率密度函数均为双峰型分布,L的概率密度函数为单峰型分布;气溶胶数浓度谱基本呈现多峰型分布,而云滴数浓度谱多呈现单峰型分布。     

华北云凝结核分布及与云滴相互作用的观测研究

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（DMT—CCN仪）,于2009年4月-7月在华北上空进行云凝结核观测,对不同天气现象下云凝结核的数浓度进行统计分析,研究了云凝结核的垂直分布特征以及水平穿云时云凝结核和云滴的相互作用和演变。     

华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中国华北地区空中和地面的云凝结核(CCN)进行了观测研究.2005年秋季和2006年春季的飞机观测结果表明,华北地区的CCN主要来源于地面,近地层CCN浓度较高,CCN浓度随高度增加而减少;CCN的分布与地面源地密切相关,污染地区乡村上空CCN浓度比无污染地区乡村高5倍以上,而污染城市上空的CCN浓度无显著差异;水平穿越淡积云云簇时云内CCN明显减少,表明云对CCN的消耗作用.2005年夏季石家庄地面CCN观测显示,同一过饱和度(S)下的CCN浓度差异很大,在S=0.1%、0.3%和0.5%下的最小值分别为584、808和2431个/cm3,最大值分别为9495、16332和21812个/cm3;CCN有明显的日变化,06时以后浓度开始上升,上午至中午前后达到极大值,下午浓度下降,原因可能是由于上午汽车排放以及光化学产物开始增加所致;降水对CCN具有冲刷作用.本文根据关系式N=CSk拟合得到的空中和地面的CCN活化谱参数C值明显较大(大于1000),k值较高(约0.7),表明华北地区CCN具有大陆性特征.     

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。     

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。     

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。     

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...     

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。     

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。     

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。     

Observations of Cloud Condensation Nuclei in North China

Using a DMT （Droplet Measurement Technologies） continuous flow streamwise thermal gradient cloud condensation nuclei （CCN） counter mounted on a Cheyenne IIIA aircraft, about 20 flights for aircraft mea- surements of CCN over North China were conducted in the autumn of 2005 and spring of 2006. According to the design for aircraft observation, the method of spiral ascent or descent in the troposphere was used for the vertical measurement of CCN, and some certain levels were chosen for horizontal measurement. The vertical distributions of CCN concentrations show that most CCN particles are concentrated in the low level of troposphere and CCN concentration decreased with height increasing. It suggests that the main source of CCN is from the surface. This result is consistent with former studies during 1983-1985 in China with a static thermal gradient CCN counter. The comparison of vertical observations between polluted rural area near Shijiazhuang and non-polluted rural area near Zhangjiakou shows that there is about five times difference in CCN concentration. But over two polluted cities, Shijiazhuang and Handan, there is no notable difference in CCN concentration. The horizontal flight measurements for penetrating the cumulus clouds experiment show the apparent decrease of CCN in clouds. It confirms that cloud has a definite consumptive effect on CCN particles because some CCN particles can form cloud droplets. The surface measurements of CCN in Shijiazhuang City were made during June-August 2005. The statistical CCN data show the great difference in concentration at the same supersaturation （S） in Shijiazhuang summertime. The minimum CCN concentrations were 584, 808, and 2431 cm-3, and the maximum concentrations were 9495, 16332, and 21812 cm-3 at S=0.1%, 0.3%, and 0.5%, respectively. CCN has a diurnal variation cycle. From 0600 BT, the concentration began to increase and reached the maximum at about noon. Then it generally decreased throughout the afternoon. The reason maybe is related to the onset o     

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.     

中国地区夏季6～8月云水含量的垂直分布特征

基于观测资料的夏季云水含量时空分布情况对于数值天气预报、气候预测以及人工影响天气试验都十分重要。本文利用CloudSat卫星资料, 分析了2006～2008年中国地区夏季月平均云水含量的垂直和区域变化特征。结果显示, 青藏高原地形以及东亚夏季风对月平均云含水量分布具有明显影响。中国中部纬度上对流层中层的月平均液态水含量比南部及北部的量值大。各月平均云液水含量垂直廓线存在两个不同高度上的峰值区, 原因可能主要是受大尺度参数的控制, 以及受到青藏高原和东亚季风环流的影响。平均冰水含量纬向垂直分布的高值区主要在对流层中上部。本文中所揭示的云水含量特征为天气和气候模式改进、人工影响天气及云—辐射相互作用提供了重要的基础信息。     

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。     

Cloud Condensation Nuclei over the Bay of Bengal during the Indian Summer Monsoon

The first measurements of cloud condensation nuclei(CCN) at five supersaturations were carried out onboard the research vessel "Sagar Kanya"(cruise SK-296) from the south to the head-bay of the Bay of Bengal as part of the Continental Tropical Convergence Zone(CTCZ) Project during the Indian summer monsoon of 2012. In this paper, we assess the diurnal variation in CCN distributions at supersaturations from 0.2% to 1%(in steps of 0.2%) and the power-law fit at supersaturation of 1%.The diurnal pattern shows peaks in CCN concentration(NCCN) at supersaturations from 0.2% to 1% between 0600 and 0700 LST(local standard time, UTC+0530), with relatively low concentrations between 1200 and 1400 LST, followed by a peak at around 1800 LST. The power-law fit for the CCN distribution at different supersaturation levels relates the empirical exponent(k) of supersaturation(%) and the NCCNat a supersaturation of 1%. The NCCNat a supersaturation of 0.4% is observed to vary from 702 cm~(-3) to 1289 cm~(-3), with a mean of 961 ± 161 cm~(-3)(95% confidence interval), representing the CCN activity of marine air masses. Whereas, the mean NCCNof 1628 ± 193 cm~(-3) at a supersaturation of 1% is higher than anticipated for the marine background. When the number of CCN spectra is 1293, the value of k is 0.57 ± 0.03(99% confidence interval)and its probability distribution shows cumulative counts significant at k ≈ 0.55 ± 0.25. The results are found to be better at representing the features of the marine environment(103 cm~(-3) and k ≈ 0.5) and useful for validating CCN closure studies for Indian sea regions.     

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。     

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.