黃山地區(qū)大氣氣溶膠化學(xué)組分及其對(duì)云微物理特征的影響研究.pdf

1、目 錄目 錄m m  IA b stra c t II第 一 章 緒 論  11. 1 研 究 背 景及 意 義  11. 2 國(guó) 內(nèi)外 研 究 進(jìn) 展  11. 2 . 1 氣 溶 膠粒 子 的吸 濕 增 長(zhǎng)特 性  11. 2 . 2 氣 溶 膠 粒 子 化 學(xué) 組 分 對(duì) C C N 譜 的 影 響  31. 2 . 3 氣 溶 膠 粒 子 化 學(xué)組 分 對(duì) 云 微 物 理特 征 的影 響  41.

2、3 本 文 研 究 內(nèi)容  5第 二 章 觀 測(cè) 資 料 和 研 究 方 法 介 紹  72 .1 觀 測(cè) 地 點(diǎn)及 儀 器 介 紹  72 . 2 氣 溶 膠 樣 品 采 集 及 分 析  92 . 3 軌 跡 計(jì) 算 模 式  9第 三 章 黃 山氣 溶 膠 離 子 成 分 分 析  113.1 氣 溶 膠 質(zhì)量 濃 度 的時(shí) 間變 化 及譜 分布 特 征  113. 2 氣 溶 膠 中可 溶 性

3、組分 濃 度水 平  123 . 2 .1 主 要 可 溶 性 離 子 季 節(jié) 變 化  133 . 2 . 2 主 要 水 溶 性 離 子 之 間 的相 關(guān) 性 分 析  143 . 2 . 3 與 其 他 地 區(qū) 濃 度 水 平 比較  153. 2. 4 海 洋對(duì) 氣溶 膠 成 分 影 響估 計(jì)  153. 3 可 溶性 氣 溶 膠 組 分來(lái) 源 分析  163. 3. 1 軌跡 聚 類 分析 不 同天 氣 形勢(shì) 下

4、氣 溶 膠 成 分 差 異  163. 3 . 2 可溶 性 氣溶 膠 組 分 質(zhì) 量 濃 度 譜  173. 4 本 章 小 結(jié)  20第 四 章 模 式 介 紹 及 初 始 條 件  2 14. 1 絕熱 氣 塊模 式 簡(jiǎn)介  2 14. 2 模 式 初 始化 條 件  224 . 2 .1 初 始 干 氣 溶 膠 譜  224 . 2 . 2 初 始 熱 力 學(xué) 條 件  234 . 2 . 3 黃 山氣

5、 溶 膠 化 學(xué) 組 分 的尺 度 分 布  234 . 3 模 擬 方 案 設(shè) 計(jì)  25第 五 章 不 同 組 分 氣 溶 膠 吸 濕 性 的模 擬 研 究  275.1 不 同化 學(xué) 組 分 對(duì) G F 影 響  275. 2 不 同相 對(duì) 濕 度 下 G F 差 異  295. 3 不 同上 升 速 度 對(duì) G F 影 響  3 15. 4 本 章 小 結(jié)  33第 六 章 多組 分氣溶 膠 對(duì)

6、 云微 物 理特 征 影 響  356. 1 化 學(xué)組 分 對(duì) C C N 譜 影響 的模擬 研 究  35I 摘 要 摘 要?dú)?溶 膠粒 子 的尺度 分布 、化 學(xué) 組 分和 混合 狀 態(tài) 都會(huì) 對(duì) 云微 物 理特 征產(chǎn) 生 影 響 。本 文 以黃 山地 區(qū)為例 ， 首先 分 析 了于 20 11 年 6-7 月在 黃 山頂 取 得 的氣 溶 膠 的 離子 成分 及 可 能來(lái) 源 ，然 后 利 用 多化 學(xué) 組 分氣 溶 膠

7、絕 熱 氣 塊 分檔 云模 式 ， 結(jié)合 云微 物 理 參數(shù) 觀 測(cè) 資料 ，模 擬 分析了氣 溶 膠 粒 子 的 吸濕 增 長(zhǎng) 特 性 以及 對(duì) 云凝 結(jié) 核 和 云 微 物 理特 征 的 影 響 。黃 山觀 測(cè)期 間溫 度較 高 、風(fēng)速 較 小 ，且 沒(méi)有 有 效 降水情 況下 ，氣 溶膠 質(zhì) 量 濃 度 將 迅速增 加 。 氣 溶 膠 中 水 溶 性 成 分 占 總 氣 溶 膠 質(zhì) 量 濃 度 的 34 . 2% ， 含 量 最

8、高 的 陰 離 子 是S0 4 2 — (12. 3ng/ m 3 )、N 0 3 “ ( 2. 9^g/ m 3 ), 陽(yáng)離子為Ca2 +( 2. 1ng/ m 3 )、N H 4 +(1. 8^g/ m 3 ), 有機(jī)酸占了11. 37% 。 從 后 向軌 跡 分 析 結(jié)果看 ， 氣 溶 膠化 學(xué) 成 分 主 要 受 北方 大 陸 （ 35% )、 局 地 污 染 （ 47% )及 西 南 大 陸氣 團(tuán) （ 18% ) 影 響 。其

9、 中局 地 污染氣 團(tuán)造 成 氣 溶 膠 可溶 性 組分 的質(zhì) 量 濃 度最 大(21^g/ m 3), 這與低壓系統(tǒng)控制及地面風(fēng)速較低等氣象因素有密切關(guān)系。在 實(shí) 際觀 測(cè) 資料 基礎(chǔ) 上 ，模 式 中采 用 的初 始 譜 即 同期 W P S 測(cè) 得 氣溶 膠 譜 。模 擬 分析不 同氣 團(tuán)影 響下 黃 山實(shí) 際氣 溶 膠 吸 濕 特 性 ， 發(fā)現(xiàn) 海 洋 混 合 型氣 溶 膠 具有 吸濕 因子 最 高 ， G f為 1. 98 (

10、相對(duì)濕 度 90% ), 城 市 型氣 溶膠 吸濕 性 次之 （ G f 為 1. 95 )，含 沙塵 等 不 可 溶性 物質(zhì)較 多 的氣 溶 膠 吸 濕 性 最 差 （ G f 為 1. 9 1 )。氣 溶膠 組分對(duì) 云凝 結(jié) 核 模擬 值 和觀 測(cè) 值 的差 異 受 天氣狀 況 影 響 較大 。較 低 的過(guò) 飽 和度下 ，模擬 值 高于晴 天 和 雨 天 觀測(cè) C C N 值 ，低于 霧 天 C C N 觀 測(cè) 值 ；而 過(guò)飽和 度

11、 大 于 0. 6%時(shí) ，實(shí) 際 多組分氣 溶 膠模 擬 C C N 值 約 為 晴天 觀 測(cè) 值 3 倍 左右 ，和 霧天 觀測(cè)值 類 似 。在氣 溶 膠 譜 一 定 時(shí) ，不 同天 氣 形 勢(shì) 影 響 下 ，氣 溶 膠 的化 學(xué) 組 分 隨尺 度 分 布 不 同 ，對(duì) 氣塊 的最 大過(guò) 飽和度 和 氣溶膠 臨界 過(guò) 飽 和度 產(chǎn) 生不 同 的 影 響 ，進(jìn)而 活 化 出不 同云滴 數(shù) 濃 度 和云滴譜。多組分氣溶膠模擬 的云滴數(shù) 目

12、和實(shí)際觀測(cè) 的量級(jí)均處于 102 個(gè)/ cm 3。氣塊上升速度 低 于 0. 7m /s 時(shí) ，含 有較 多 不可 溶 物 質(zhì) 的氣 溶膠 對(duì) 云 滴數(shù) 濃 度 的影 響較 大 ；上升速 度 大于0 . 7m /s 時(shí) ，氣 塊 中可凝 結(jié) 水 增 多 ，海 鹽 N aC l 對(duì) 云 滴 數(shù)濃 度 增 加 的效 果 更顯 著 。 同 一 上 升速度下實(shí)際多組分氣溶膠模擬云滴數(shù)較純硫酸銨多，主要體現(xiàn)在云滴譜第一個(gè)峰值 3. 0nm之前 ；