机载云降水粒子成像仪所测数据中伪粒子的识别

机载云粒子成像仪(Cloud Imaging Probe,简称CIP)和降水粒子成像仪(Precipitation Imaging Probe简称PIP)所测数据中伪粒子的存在会直接导致仪器所测数据质量下降。利用山西Y-12探测飞机在太原地区的三次航测资料对飞机采样期间伪粒子图像的特点及其成因进行了分析和归类,并在此基础上提出了综合利用到达时间间隔阈值和图像处理识别技术的伪粒子识别方法。利用所提的方法对航测的粒子图像资料进行处理、统计和分析,统计结果表明,在一次测量过程中伪粒子的出现概率最高可达45.2%,其平均出现概率分别是36.01%(CIP)和8.64%(PIP);在所有伪粒子成分中,破碎形成的伪粒子的出现概率是最高的,它可以占到伪粒子总数的95%以上;其次是条纹状粒子和并存粒子,相对来说,空白粒子和线状粒子出现的概率是比较低的。研究还发现,机载平台的飞行状态对伪粒子各成分的出现概率也会造成影响。利用所提方法对仪器测量的粒子谱、粒子数浓度和冰水含量值进行订正,订正结果表明伪粒子对仪器量程内的粒子谱、粒子数浓度和冰水含量值均有影响,其中在云粒子谱影响上,伪粒子对粒子谱两端的影响较大,其中对小云粒子谱的影响主要是在400 μm以下,对大云粒子端的影响主要是在1000 μm(CIP)和2000 μm(PIP)以上。所提方法和阈值对于以Y-12飞机为机载探测平台,以CIP和PIP为探测仪器所获取的其它航次云微物理图像资料处理也是有一定的参考使用价值。     

NAQPMS+APM模式对北京冬季细粒子谱分布演变特征的数值模拟

利用包含详细微物理动力学机制的NAQPMS+APM(Nested Air Quality Prediction Modeling System with Advanced Particle Microphysics)模式,对北京城市大气2006年1月15日至2月13日期间的粒子数浓度谱分布进行了模拟,模式模拟结果合理,能够很好地再现北京城市大气细粒子的数浓度谱分布演变特征。分析表明,北京冬季大气新粒子形成事件频发,核化作用使核模态粒子数浓度急剧升高;污染累积时,积聚模态粒子数浓度显著增大,而核模态粒子数浓度很小,粒子谱分布向大粒子端移动;重污染期间,粒子微物理混合作用强烈,二次成分在一次粒子上的附着使一次粒子粒径显著增大,二次成分可使一次粒子粒径增大50%以上,积聚模态的二次粒子与一次粒子共同促进了污染的形成。在北京及其近周边区域,北京南部和河北南部一次粒子数量多,占据主导地位,而在河北北部二次粒子则占主导地位。     

MEASUREMENTS OF PARTICLE NUMBER SIZE DISTRIBUTIONS AND NEW PARTICLE FORMATION EVENTS DURING WINTER IN THE PEARL RIVER DELTA REGION, CHINA

Particle number size distribution(PNSD) between 10 nm and 20 μm were measured in the Pearl River Delta(PRD) region in winter 2011.The average particle number concentration of the nucleation mode(10-20 nm),Aitken mode(20-100 nm),accumulation mode(100 nm-1μm) and coarse mode(1-20 μm) particles were 1 552,7 470,4 012,and 19 cm-3,respectively.The volume concentration of accumulation mode particles with peak at 300 nm accounted for over 70% of the total volume concentration.Diurnal variations and dependencies on meteorological parameters of PNSD were investigated.The diurnal variation of nucleation mode particles was mainly influenced by new particle formation events,while the diurnal variation of Aitken mode particles correlated to the traffic emission and the growth process of nucleation mode particles.When the PRD region was controlled by a cold high pressure,conditions of low relative humidity,high wind speed and strong radiation are favorable for the occurrence of new particle formation(NPF) events.The frequency of occurrence of NPF events was 21.3% during the whole measurement period.Parameters describing NPF events,including growth rate(GR) and source rate of condensable vapor(Q),were slightly larger than those in previous literature.This suggests that intense photochemical and biological activities may be the source of condensable vapor for particle growth,even during winter in the PRD.     

一次华北冷涡降水的云物理飞机探测特征

分析了１９９９年５月１７￣１８日,由华北冷涡与长江中、下游切变线系统在山东境内交汇形成的一次较强的降水过程。对这闪天气过程进行限收音机连续观测和人工增雨作业。此类降水是山东傻子春季降水系统中的主要过程,具有一定的代表性。作业高度为４１５０￣４５００ｍ,是层状 中上层。云中含水量较小,最大值为０．０３５ｇ／ｍ＾３。云粒子浓度最大值为２５０个／ｃｍ＾３,云粒子走私、浓度空间分布等存在不均匀特性。其降水     

GPM卫星DPR和GMI探测的2018年5月重庆超级单体云团降水结构特征分析

目前人们对超级单体云团降水回波结构的认知仍有限。本文采用GPM (Global Precipitation Measurement)卫星搭载的测雨雷达DPR (Dual-frequency Precipitation Radar)和微波成像仪GMI (GPM Microwave Imager)的探测结果,结合FY-4A静止卫星多通道扫描成像辐射计(AGRI)的热红外10.8μm通道观测结果、探空站的温湿风观测结果及欧洲天气预报中心再分析数据,利用雷达回波剖面和回波反射率因子概率密度随高度分布的方法,分析了2018年5月重庆地区超级单体云团的降水结构特征。结果表明:该超级单体云团由西北向东南运动的冷空气与暖湿空气交汇而引发;超级单体云团内存在对流降水和层状降水等次尺度系统;强降水区位于云贵高原与四川盆地交界处至盆地的西南部;超级单体暴雨云中冰相粒子多;对流降水的回波顶高度超过12 km,且最大回波强度多数位于地面上空4—5 km;对流降水比层状降水拥有更高的降水粒子浓度,而粒子大小却小于后者;对流降水的粒子尺度随着高度下降而明显增大,反映了其明显碰并增长过程。     

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.     

气溶胶光学厚度谱特征判断粒子大小方法初探

当气溶胶谱满足Junge分布时,Angstrom指数 (α) 可以准确地描述粒子大小,但真实大气气溶胶很少完全满足这一条件,仅用α判断粒子大小会有较大出入。基于北京、香河、兴隆、太湖4个Aeronet观测站21世纪以来各站历时都超过1年的气溶胶光学厚度资料,获得5511组lnτ与lnλ的二次拟合参数a₂,a₁,尝试找到一种结合α,a₂,a₁判断粒子大小的方法。结果表明:当气溶胶为粗粒子时 (V_fine/V_total＜0.2),α均小于0.75,仅用α就可以较好地判断粒子大小,但当气溶胶以细粒子为主时 (V_fine/V_total＞0.7),该方法会有较大出入,此时a₂,a₁可以有效地辅助α判断粒子大小,α＞0.75,a₂＜-0.5或a₂＜-0.5,a₁＜-1.0是较好的判据。此外,分析发现国外研究提出的用a₂-a₁判断粒子大小的方法效果并不理想,尤其在1＜a₂-a₁＜2的情况下,粒子的组成有多种可能。     

风沙起动形式与起动假说

风沙颗粒起动是风沙物理学与沙尘释放研究的重要内容,但是,这一领域的研究很不成熟。本文根据国内外目前的主要研究成果,讨论了风沙起动的形式,将风沙起动理论归纳为风压起动说、升力起动说、冲击起动说、压差起动说、振动起动说、斜面飞升说、猝发起动说、湍流起动说、负压起动说和涡旋起动说等10种假说。进一步将风沙起动假说归纳为以接触力为主的起动学说和以非接触力(气力)为主的起动说两大类。最后认为,风沙起动的影响因素是复杂的,各种学说都有其合理的成分,反映了真理的某个侧面,但试图仅仅靠某一种学说或某一种力来解释风沙的起动是不够完善的。风沙起动过程同时受多种力的作用,只是这些力所起的作用各异,在分析时要分清主次。再者,同一种力在不同性质(如不同密度、粒径和形状等)沙粒的起动过程中所起的作用也可能是不同的,在研究中还需要具体问题具体分析。风沙起动机制尚需全面、深入和科学的研究。     

2002年北京风沙季节颗粒物测值分析

为了了解风沙季节的颗粒物浓度特征,特别是在风沙天气来临前后颗粒物浓度的变化,2002年春季分别在北京的延庆和观象台进行了连续的颗粒物观测,并对观测资料进行了较为详细的统计分析。结果表明:在风沙季节,沙尘天气出现前后的颗粒物浓度变化幅度非常显著,对环境质量的影响明显增大;TSP与PM10,PM10与PM2.5的相关性非常显著,线性关系好。沙尘天气对不同粒径颗粒物浓度贡献的增加在33%~86%之间。     

Origin of Aitken particles in remote regions of the Southern Hemisphere

Seasonal variations in total particle concentrations at five remote Southern Hemisphere sites in Samoa, Tasmania and Antarctica are compared. The dominant particle production mechanism is deduced to be photochemical, with concentrations dictated by the availability of radiation in the eight months centred on the winter solstice. There is little variation with latitude in the mean summer concentrations. The middle troposphere is shown to act as an important reservoir of photochemically-produced particles in Tasmania and probably in the Antarctic. It is suggested that primary-particle production is mainly through the oxidation of dimethyl sulphide and that these particles then act as centres of condensation for sulphuric acid formed by the oxidation of sulphur dioxide.     

石家庄秋季大气气溶胶物理特征分析

利用１９９０年秋季在石家庄地区不同天气条件下飞机观测对流层低层（距地面４０００ｍ以下高度）大气气溶胶的观测资料，分析了气溶胶粒子数密度、质量浓度水平和垂直分布特征及其日变化。结果表明，晴空下，石家庄地区气溶胶源于本地，地面质量浓度为０．１５×１０－９—０．８５×１０－９·ｃｍ－３，高度４０００ｍ以下谱分布特征值逆温层影响气溶胶粒子的向上输送，使其在送温层上下出现不连续分布；气溶胶的日变化表现为上午数密度大于下午，但下午粒子谱变宽；城市效应影响气溶胶粒子分布，城市上空气溶胶粒子数密度比郊区高１５％－３０％。     

北京一次突发性降雪的云场结构特征分析

本文对利用三重嵌套的高分辨率中尺度模式对北京一次突发性降雪过程进行了数值模拟。重点分析伴随降雪过程的云各微物理含量构成和云场三维图像的演变特征,初步分析表明：此次降雪过程中云中的主要成份是冰晶粒子,雪其它粒子的含量较少,冰晶粒子含量随时间呈由高空向低空增加的趋势,它在降雪过程中起重要作用;云的三维结构图也清楚地反映云顶有不断降低和向下伸展过程,这与冰晶粒子的增长和沉降有关。     

Particle size distributions of methanesulfonate in the tropical pacific marine boundary layer

Fourteen high-volume cascade impactor samples were collected during a January-February, 1990, research cruise in the tropical Pacific from Panama to 180°. Aqueous extracts of the samples were analyzed for methanesulfonate (MSA), sulfate, and the seasalt tracer ion magnesium. The majority of MSA size distributions showed no pronounced maximum on submicrometer particles, as has been observed elsewhere. Analysis of the data indicated that MSA was distributed essentially uniformly with the effective surface area of particles >0.5 m in radius, which were primarily seasalt. Relatively less MSA was found in smaller particles which were primarily sulfate. These results are consistent with those from theoretical and laboratory experimental studies reported in the literature which suggest that MSA produced from photochemical oxidation of dimethylsulfide condenses on pre-existing particles in strong preference to nucleating into new particles. This implies that MSA may not contribute appreciably to enhancing cloud condensation nucleus populations in the remote tropical marine atmosphere.     

Growth Rates of Fine Aerosol Particles at a Site near Beijing in June 2013

Growth of fine aerosol particles is investigated during the Aerosol–CCN–Cloud Closure Experiment campaign in June2013 at an urban site near Beijing. Analyses show a high frequency(~ 50%) of fine aerosol particle growth events, and show that the growth rates range from 2.1 to 6.5 nm h~(-1) with a mean value of ~ 5.1 nm h~(-1). A review of previous studies indicates that at least four mechanisms can affect the growth of fine aerosol particles: vapor condensation, intramodal coagulation,extramodal coagulation, and multi-phase chemical reaction. At the initial stage of fine aerosol particle growth, condensational growth usually plays a major role and coagulation efficiency generally increases with particle sizes. An overview of previous studies shows higher growth rates over megacity, urban and boreal forest regions than over rural and oceanic regions. This is most likely due to the higher condensational vapor, which can cause strong condensational growth of fine aerosol particles.Associated with these multiple factors of influence, there are large uncertainties for the aerosol particle growth rates, even at the same location.     

塔克拉玛干沙漠和田河西侧胡杨沙堆粒度特征

利用体积分形维数模型对塔克拉玛干沙漠和田河西侧胡杨沙堆的粒度特征进行分析,并探讨了沉积物分形维数与粒度参数的相关关系,结果显示：(1)胡杨沙堆表层土壤沉积物砂含量高达98.7%,有超过82%的土壤颗粒的粒级在32μm~250μm的细沙范围内,平均粒径为258.0μm；(2)在胡杨沙堆不同部位表层土壤的粒级表现出有规律的变化,平均粒径从迎风坡坡脚至背风坡坡中逐渐变细,从背风坡坡中至背风坡坡脚逐渐变粗；(3)沙堆表层土壤整体分选性较差,偏度整体属于负偏；胡杨沙堆表层土壤呈现出从中等到较窄的峰度变化；(4)沉积物体积分形维数介于0.68-2.47,平均值为1.66。沙堆表层土壤的分形维数与各粒度特征参数均呈显著线性相关,与平均粒径拟合程度一般,R_²=0.388；与分选系数拟合中等,R_²=0.403；与偏度值拟合程度一般,R_²=0.353；与峰度值拟合中等偏上,R_²=0.737。     

光电粒子计数器测量气溶胶折射指数虚部

本文分析了光电粒子计数器测量结果对气溶胶折射指数的敏感度,讨论了它测量的粒子谱分布与折射指数虚部n_i的相关关系。根据光电粒子计数器测量的粒子谱分布对n_i敏感的特点,利用光电粒子计数器和太阳辐射计同时测量的结果,可以确定气溶胶的n_i。实际测量的n_i值与积分片方法测量结果对比表明,这个方法是令人满意的。     

延安层状云暖层中水凝物粒子的谱分布

分析了2003年9月延安上空机载PMS探测的层状云资料，发现延安层状云暖层中水凝物粒子的谱分布可以用一种形式的分布密度函数来表示。用这种函数拟合小云滴、大云滴和雨滴的谱分布，拟合结果与观测的谱分布较为一致，其特征值相关系数大于0．945，拟合出的平均直径、均方直径、均立方直径以及浓度与观测值也较接近，其相对误差小，拟合谱能表现出谱型特征。     

球形粒子毫米波k-Z关系研究

由于毫米波更接近云粒子尺度,毫米波雷达越来越多地被用来探测云粒子及尺度较小的降水粒子.但是,在使用毫米波雷达探测时,要考虑云和降水粒子散射和吸收以及大气气体吸收所造成的衰减.结合毫米波测云雷达数据处理的实际需要,研究云中衰减系数k与雷达反射率因子Z的关系.假设粒子为小球形,云、雨滴谱分别服从K-M分布和Γ分布,通过模拟...     

南京地区大气颗粒物影响近地面臭氧的个例研究

通过对2008年4月2～7日南京地区地面气象观测数据以及两个站点空气质量(O₃、NO_x、PM10)监测资料的分析, 发现O₃和PM10之间存在一定程度的反相关。利用一个光化学箱模式对该个例中大气颗粒物影响近地面臭氧的过程进行模拟, 结果发现大气颗粒物浓度的升高使得气溶胶光学厚度增加20％～40%, 导致NO₂和O₃近地面光解率下降20%～30%, OH和HO₂自由基浓度分别减少20%～50%, 造成O₃净生成率下降30%～40%。研究表明, 颗粒物对光化学过程的抑制造成了大气氧化能力的降低, 是近地面臭氧浓度减少的可能原因。