山西云凝结核时空分布特征观测

选取2011年1~12月山西太原云凝结核(CCN)观测数据,对CCN的季节、月、日变化特征进行了分析,并与国内外同类研究进行了对比.结果发现,冬季CCN数浓度最高,春秋季次之,夏季CCN数浓度最低.CCN数浓度的最高值出现在1月,最低值出现在6月.夏季较多的降水天气对CCN的湿清除作用明显,冬季供暖期间(11~12月及1~3月),CCN数浓度明显增大.CCN数浓度日变化一般呈现两个峰值,分别出现在07:00~11:00和17:00~20:00.利用公式N=CSk拟合了不同季节地面CCN核谱,得到春夏秋冬四季对应的拟合参数C值分别为10983、2454、7614、16421,k值均小于1,为典型的大陆型核谱.通过2013年夏季在山西中部地区开展的CCN飞机观测,研究了CCN数浓度的垂直廓线.CCN数浓度在近地面最大,随高度逐渐降低.在0.3%和0.4%过饱和度下,2000m以下CCN数浓度平均量级均为103cm-3, 3000m以上CCN数浓度平均量级降低至102cm-3.     

四川乡村点新粒子生成特征及其对云凝结核数浓度的贡献

为揭示成渝地区大气复合污染成因,选择乡村点资阳站的冬季,实测了颗粒物数浓度及其粒径谱分布、云凝结核(CCN),在二氧化硫、光解速率(JO1D)实测值基础上估算了新粒子生成的重要前体物气态硫酸的浓度.2012年12月5日到2013年1月5日观测期间,3~582nm颗粒物数浓度水平较高,平均值为(16072±9713)cm-3.颗粒物数谱分布呈现以积聚模态为主体的特征,占总颗粒物数浓度的46%,此比值高于我国北京、上海、广州等城市和珠江三角洲及长江三角洲的乡村点和背景点.在较高颗粒物凝结汇(CS)水平下[(4.3±3.6)×10-2s-1],甄别出7次新粒子生成(NPF)事件,占观测天数的23%.NPF事件发生时,颗粒物生成速率与增长速率分别为(5.2±1.4)cm-3s-1,(3.6±2.5)nm/h. NPF事件对CCN数浓度有明显贡献,NPF发生后CCN数浓度平均增长19%.     

干旱区云凝结核分布及其影响因子的观测研究

利用DMT CCN仪对宁夏盐池、银川地区地面及高空的云凝结核(CCN)进行实时连续观测.大量资料分析结果表明, CCN日变化明显,受人为因素影响,清晨和傍晚出现高值.夜晚温度与CCN浓度呈正相关,白天相反;强降水对CCN具有一定冲刷作用;沙尘气溶胶没有有效增加盐池地区的CCN浓度.与华北地区比较,银川、盐池地区CCN浓度偏低.此外,研究表明,过饱和度越高,活化CCN浓度越大.根据N=CSK拟合活化谱,银川属于典型大陆性核谱.由于云内清除作用,高空CCN浓度下降明显,但逆温层的存在使得该区CCN浓度累积增加.     

石家庄地区春季晴、霾天气溶胶观测研究

利用2006年和2007年河北省机载粒子探测系统(PMS)获得的飞行探测资料,分析了石家庄地区春季上空大气气溶胶粒子的浓度垂直分布特征、不同高度上的谱分布和水平变化特征,并对粒子谱分布进行了负幂函数拟合.分析表明,霾天气下的气溶胶粒子数浓度高于晴天1个量级,达到104个/cm3;粒子平均直径为0.13~0.26mm;气溶胶粒子浓度水平变化受下垫面、云区等局地影响因子较大,受不同天气状况影响较小;负幂函数对细粒子谱分布有较好的拟合效果.     

华北地区气溶胶数浓度和尺度分布的航测研究 ——以石家庄为例

2009年秋季利用河北省人工影响天气办公室机载气溶胶粒子探头(PCASP-100X)和前向散射滴谱探头(FSSP-100-ER)在石家庄市上空进行了多次气溶胶观测.选取2009年9~10月间的7架次雾天、1架次小雨天及1架次密卷云天观测资料,重点研究雾天气溶胶粒子数浓度和直径的垂直、水平分布特征及粒子谱分布,并与密卷云天和小雨天的探测资料进行对比分析.结果表明:石家庄地区气溶胶粒子数浓度较高,近地面最大值达11910个/cm3.气溶胶粒子数浓度主要受天气条件影响,逆温层是影响粒子垂直输送的主要因素,在逆温层下粒子累积形成粒子数浓度的高值区,逆温层以上气溶胶粒子数浓度迅速减少,雾天和密卷云天粒子数浓度随高度多呈负指数分布;雾天多伴有逆温层和较大空气湿度,有利于气溶胶粒子累积,数浓度一般可达104个/cm3以上,容易形成低能见度污染天气;气溶胶粒子数浓度在无降水日有累积效应,降雨对气溶胶粒子有明显清除作用;粒子数浓度和粒子直径在水平方向上呈不均匀分布,随着高度增加粒子数浓度和直径的水平绝对偏差减小,相对偏差往往增大;不同天气下尺度谱型类似,多呈单峰分布,在0.11μm左右处出现峰值,但在雾天、密卷云天、小雨天气下的气溶胶粒子峰值依次变小,并且随高度增加,尺度谱峰值数密度值降低,谱变窄.     

高污染下云凝结核对雨、雾滴谱的影响

利用气候基准站、云凝结核计数器、雾滴谱仪和雨滴谱仪等观测资料,分析威宁污染时期云凝结核（CCN）对雨雾滴谱的影响. 结果表明：观测期间威宁CCN数浓度很高,S=0.2%、0.4%、0.6%和0.8%时的平均CCN浓度分别为2884、8003、10470、11685cm^-3,与部分重污染城市相当;CCN有明显的日变化特征,分别在12：00、16：00和20：00出现峰值,与居民生活排放、火电源排放、湍流交换和气象条件等有关;利用N=CS^k式拟合威宁CCN活化谱,平均拟合参数C=14288cm^-3,k=0.8,表明该地属典型大陆型核谱;威宁冬季云层薄、云顶低的云系特点提供了宏观天气背景,高浓度CCN是导致此次雨、雾过程弱,滴谱窄的重要微观条件.     

南京夏季气溶胶吸湿增长因子和云凝结核的观测研究

为了更加全面地研究长三角地区气溶胶的理化特性,尤其是吸湿和活化特性,于2013年8月在南京市区对气溶胶的吸湿增长因子(GF)和云凝结核(CCN)展开相关观测研究.使用串联电迁移率颗粒物吸湿粒径分析仪(H-TDMA)观测32~350nm气溶胶在相对湿度为90%条件下的吸湿性参数,使用云凝结核计数器(CCNC)观测过饱和度在0.2%~0.8%的CCN数浓度.结果表明,不同气溶胶粒子的吸湿增长行为均表现出较为明显的双峰分布,即一个强吸湿模态和一个弱吸湿模态,且吸湿性在不同粒径(爱根核模态和积聚模态)上存在较为明显的不同,不溶性物质和二次气溶胶所占比重较大,并且在稳定的天气条件下,气溶胶的混合状态表现为由外混向内混发展的过程.观测期间该区域CCN的平均数浓度为13776(0.6%)cm-3,比沿海区、山区、干旱地区及清洁城市地区要高很多.其日变化表现为中午时刻出现峰值,影响因素主要与光化学反应有关.同时25日出现的轻雾过程对CCN有较为明显的清除作用.通过吸湿性参数计算得到的CCN数浓度和实际观测得到的CCN数浓度进行了闭合实验,结果显示出较好的相关性,表明将未饱和条件下观测得到的吸湿性参数带入到K?hler方程中,即可预测过饱和条件下气溶胶的活化能力.     

河北中南部不同天气条件下气溶胶的航测研究

利用粒子测量系统PMS探测的气溶胶等资料,结合观测期间的天气实况和气团后向轨迹对2008年秋季河北中南部不同天气条件下的大气气溶胶空间分布特征进行了分析和研究.结果表明:不同天气背景下河北中南部气溶胶数浓度的垂直分布和气溶胶粒子谱分布特征存在显著差异.混合层高度,逆温层和相对湿度峰值引起的气溶胶累积效应,云层分布不均以及气溶胶来源特性差异对气溶胶的空间分布特征有着重要影响.不同天气条件下河北中南部近地面的气溶胶数浓度范围为904.4~3005.0个/cm~3.近地面气溶胶数浓度阴天条件下最高,晴空条件下最低.气溶胶粒子谱分布特征与大气层结,逆温层,云区分布等密切相关.逆温层是导致粒子谱呈双峰或多峰分布的主要原因之一.由于云内气溶胶粒子吸湿增长,粒子谱峰值向大尺度方向偏移.云外的气溶胶粒子谱宽且比云内窄.受大气气溶胶粒子本身重力沉降作用的影响,高层粒子谱宽比低层窄,粒子谱峰值向小尺度方向偏移.     

不同污染条件下南京春季CCN活化特征分析

在2018年3~4月对南京北郊地区的气溶胶开展了云凝结核（CCN）特征的外场观测,并结合气象数据、PM_2.5浓度和化学组分信息以及光学特性等数据,对观测期间的污染天和清洁天进行了对比,分析了典型污染过程和新粒子生成天的CCN特征.结果表明,本次观测中气溶胶CCN活性总体较高,各过饱和度（SS）下的平均吸湿性参数（κ）为0.30,在最低过饱和度下（SS=0.17%）κ最低,且最大活化率（B）仅为0.72,表明气溶胶中有较多不易活化的物质.污染天κ高于清洁天,但活化率更低且外混程度更高,主要是受交通和工业排放的吸湿性较差的粒子影响,而颗粒物在夜间可迅速老化,使其吸湿性提升,CCN数浓度增加.新粒子生成天的κ受到粒子成核的影响有明显日变化,对总气溶胶数浓度（N_CN）和CCN数浓度（N_CCN）也有显著贡献.     

京津冀中部夏季大气颗粒物空间分布特征

为研究京津冀地区雾霾成因,以Y-12（运-12）飞机为大气颗粒物观测平台,对2016年夏季京津冀中部大气颗粒物污染特征进行了观测研究.结果表明,天津市颗粒物数浓度垂直分布特征为1 500 m（以下均为标准气压高度）以下呈单峰分布,1 500 m以上呈单调下降,峰值均出现在0.35~0.40 μm之间,峰值的最大值出现在900 m左右;颗粒物体积浓度谱呈三峰分布,分别在0.30~0.40、0.50~0.60和1.00~2.00 μm之间,峰值的最大值出现在450 m左右.天津市、保定市和衡水市600与2 400 m数浓度谱分布特征为单调下降和单峰分布并存;600 m表面积浓度谱呈三峰分布,分别在0.30~0.40、0.50~0.60和0.90~1.00 μm之间;2 400 m表面积浓度谱呈双峰分布,分别在0.30~0.40和0.50~0.60 μm之间;600与2 400 m体积浓度谱均呈三峰分布,分别在0.30~0.40、0.50~0.60和1.00~3.00 μm之间.天津市大气颗粒物数浓度谱峰值的最大值出现在900 m左右,说明逆温层对气溶胶累积的形成有重要影响.城市间数浓度谱峰值高低受地面颗粒物质量浓度大小影响.京津冀中部大气颗粒物表面积浓度谱在600 m呈三峰分布,在2 400 m呈双峰分布,可能是因为2 400 m空中以细粒子为主.京津冀中部大气颗粒物体积浓度谱在600与2 400 m空中均为三峰分布,而国外为双峰分布,发现粗粒子峰值粒径范围差别较大,这是由于国内PM_2.5在PM₁₀中占比较大.研究显示,京津冀中部600和1 200 m大气颗粒物多来源于山东、河南,经近地面输送;2 400 m大气颗粒物多来源于内蒙古地区,经高空和近地面两种途径输送.      

2009年夏季黄山云雾水化学特征及来源分析

利用09年夏季在黄山光明顶气象站采集的25个云雾水样本及气象站常规资料,分析了云雾过程雾水的化学特征、污染来源与微物理特性.结果表明,观测期间云雾水呈弱酸性,平均值pH值为6.4,主要的离子浓度由大到小排列为:SO42->NH4+>Ca2+>NO3->Na+>Cl-,表明二次污染物对黄山云雾水的贡献较大.统计分析显示,各云雾过程中雾水组分变化,主要缘于不同云雾过程中污染源与海洋源的贡献率不同.结合后向轨迹进一步分析显示,影响气团主要来源于海洋和周边地区,不同气团影响下雾水离子组分及云雾微物理特征差别明显.     

Chemical composition differences in fog and cloud droplets of different sizes

The distribution of acidity and solute concentration among the various droplet sizes in a fog or cloud and the effect of the evaporation-condensation cycle on the composition and size distribution of atmospheric aerosol is studied. Significant total solute concentration differences can occur in aqueous droplets inside a fog or cloud. For the fog simulated here, during the period of dense fog, the solute concentration in droplets larger than 10 μm diameter increased with size, in such a way that droplets of diameter 20 μm attain a solute concentration that is a factor of 3.6 larger than that in the 10 μm droplets. Droplets on which most of the liquid water condenses have access to most of the reacting medium for in situ S(IV) oxidation and are therefore preferentially enriched in sulfate. The gas and aqueous-phase chemical processes result in an increase of the total solute mass concentration nonuniform over the droplet spectrum for a mature fog. These chemical processes tend to decrease the total solute mass concentration differences among the various droplet sizes. Low cooling rates of the system also tend to decrease these concentration differences while high cooling rates have exactly the opposite effect. The mass/size distribution of the condensation nuclie influences quantitatively, but not qualitatively, the above concentration differences.     

华北地区沙尘气溶胶对云辐射强迫的影响

采用CERES SSF Aqua MODIS Edition 2B/2C和CALIPSO卫星探测资料结合地面台站沙尘观测资料,通过对强沙尘天气过程中纯云区与沙尘云区大气层顶处辐射强迫值的对比分析,研究了我国华北地区沙尘气溶胶对云辐射强迫的影响.研究发现, 2006年4月16日、5月16日、2007年3月30日3次过程沙尘云区大气层顶云的净辐射强迫绝对值比纯云区分别减小了7.1%,17.2%和3.1%,云的冷却效应受到不同程度抑制.纯云区与沙尘云区云的光学特性参量的对比分析结果表明,绝大部分沙尘云区的云粒径、云水路径和光学厚度值均比纯云区的要小.     

东北吉林地区云水化学航测研究

利用飞机航测于2007年夏季在东北吉林地区采集了24个云水样品,对云水的pH值与主要无机水溶性离子成分进行分析.结果表明,该地区云水呈酸性,平均pH值为4.93;主要离子成分依次为SO42- 109.7 meq/L, NH4+ 74.8 meq/L, Ca2+ 71.9 meq/L,和NO3- 51.4 meq/L; SO42-/NO3-的当量比为2.1,与龙凤山降水样品比值相当.云水离子浓度主要受天气形势及气团输送特征影响.集合后推气流轨迹分析表明离子浓度最高的云水样品主要受到华北地区污染输送的影响.对比同步采集的高空云水与地面降水样品,发现云下冲刷过程可对降水酸度起到一定的中和作用.     

新疆干旱区气溶胶间接效应区域性分析

利用MODIS气溶胶和云资料以及实测的降水数据,可从宏观角度分析新疆区域气溶胶时空分布特征,研究气溶胶与云和降水之间的相互影响关系.结果表明：近十年来受区域暖-干趋势的转变影响,新疆地区气溶胶光学厚度空间分布呈现显著的区域性和季节性差异;南疆地区气溶胶光学厚度整体高于北疆地区,春、夏高,秋、冬低,整体呈现增加趋势,其中,北疆地区气溶胶光学厚度变化程度相对较为显著;受气候变化和颗粒粒径差异影响,新疆干旱区云光学厚度与气溶胶光学厚度呈负相关变化趋势,相关系数北疆地区高于南疆地区;云水路径受温度、湿度影响较大,对气溶胶光学厚度的变化的敏感程度北疆大于南疆,夏季最高,冬季最低;气溶胶光学厚度与云滴粒子有效半径关系复杂,受水汽影响较大,在云层含水量较低的情况下,云滴粒子有效半径与气溶胶光学厚度呈负相关,说明在干燥地区或季节,气溶胶的增加,抑制云滴粒子的增长;整体来看,新疆干旱区气溶胶的增加抑制了区域降水的形成.     

华南高山背景地区黑碳云内清除特征

基于2020年南岭背景高山地区的3个典型云事件,利用地用逆流虚拟撞击器采集云中颗粒物,结合单颗粒黑碳光度计和激光雾滴谱仪分析黑碳浓度及云参数特征,探讨黑碳云内清除率及其影响因素.结果表明：进入云内的黑碳约占整体的20%,而云中含黑碳云滴的占比（4.67%）则少于含黑碳间隙颗粒的占比（15.31%）;黑碳的分粒径质量清除率和数量清除率接近,变化范围均为28%~59%;高液态含水量和云滴数浓度有利于黑碳云内清除率的增加,而黑碳云内清除率会随黑碳总浓度的增加而降低,各因素对于黑碳云内清除的影响由大到小为：云滴数浓度>液态含水量>总黑碳浓度.