（大气物理学与大气环境专业论文）黄山大气气溶胶观测研究.pdf

摘要 本文根据2 0 0 8 年4 月2 0 0 8 年7 月黄山大气气溶胶、c c n 和雾滴的观测资 料，研究了气溶胶粒子的数浓度、谱分布特征与气象因子的关系，探讨了雾天 和非雾天气溶胶颗粒物分布特点。此外，本文还分析了c c n 的日变化，对c c n 谱分布进行了拟合。分析了云雾滴谱的数浓度特征、谱分布情况，并且计算了 气溶胶、c c n 和云雾滴谱之间的相关系数。分析发现： ( 1 ) 黄山光明顶春季大气气溶胶数浓度的平均值是3 1 4 x 1 0 3 个e m 3 ，夏季的数浓 度平均值为1 8 0 x 1 0 3 怅m 3 ，其中超细粒子( 粒径 o 1l a m ) 在春夏季约占 总粒子数浓度的7 9 和6 8 。数浓度谱浓度集中在0 0 4 - - 0 1 2 岬。积聚模 态气溶胶粒子在体积浓度分布和表面积分布中占很大比例。 ( 2 ) 不同过饱和度下云凝结核浓度昼夜变化为上午少，下午多。春季的平均值要 大于夏季。黄山春季的活化谱参数c 较大( 大于1 0 0 0 ) ，k 值也较高，表 明黄山光明项c c n 具有大陆性特征，而夏季k 值为0 5 2 ，较低，具有海洋 性气团特征。云凝结核浓度与气溶胶数浓度有较好的相关性。 ( 3 ) 黄山春夏两季的云雾滴谱均为“单峰 结构，整个谱明显偏向小滴一端；滴 谱直径主要出现在4 1 6g r n ，直径小于1 6 岬的液滴占总数的9 7 。 d e i r m e n d j i a n 分布函数能够反映出黄山云雾滴谱的基本特征。 ( 4 ) 气溶胶数浓度与云雾滴之间存在着正相关关系，云滴数浓度随气溶胶数浓度 的增加而增加。同时也计算了云雾滴与c c n 的相关系数，两者呈反相关的 关系，表明雾中的一部分c c n 活化成了云( 雾) 滴。 关键词o 大气气溶胶，云凝结核，云雾滴，气象因子，相关性 a b s t r a c t b a s e do no b s e r v i n gd a t ao fa t m o s p h e r i ca e r o s o l 、c c na n df o gd r o p l e t sf r o m a p r i l2 0 0 8t oj u l y2 0 0 8a tm t h u a n g ，t h ea n a l y s i so fp h y s i c a lc h a r a c t e r i s t i c so f a e r o s o l ，s u c h 。a sn u m b e rc o n c e n t r a t i o n ，s i z ed i s t r i b u t i o na n dt h e r e l a t i o n st o m e t e o r o l o g i c a lf a c t o r sw e r ec o n d u c t e d i na d d i t i o n ，a n a l y s i so ft h ed i u r n a lv a r i a t i o n o fc c n ，f o gd r o p l e t ，a n dc o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n to fa e r o s o l ，c c na n df o gd r o p l e t s t h em a jo rc o n t e n t sa n dc o n c l u s i o n sa r ep r e s e n t e da sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ec o n c e n t r a t i o n sa n ds i z ed i s t r i b u t i o n so fa e r o s o lp a r t i c l e sw i t hs i z e sr a n g i n g f r o m0 01t o10l x mw e r es t u d i e d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ep a r t i c l en u m b e r c o n c e n t r a t i o ni s3 1 4 x1 0 3c m - 3i ns p r i n g ，a n d1 8 0 1 0 3c r n 3i ns u m m e r , u l t r af r e e p a r t i c l e s ( o 0 1 - 4 ) 1 岬) a c c o u n tf o r7 9 a n d6 8 ，r e s p e c t i v e l y t h en u m b e rs i z e s p e c t r u mc o n c e n t r a t e si n0 0 4 - - 0 1 2 埘【n a c c u m u l a t i o nm o d ep a r t i c l e so c c u p y h i 曲p r o p o r t i o na tv o l u m ec o n c e n t r a t i o na n ds u r f a c ea r e ac o n c e n t r a t i o n ( 2 ) t h ec c nh a sad i s t i n c t i v ed i u m a lc y c l e ，t h es u p e rs a t u r a t i o ni sh i g h e r , t h e n u m b e ro fc c ni n c r e a s e d ，w h i l ew i 也i n c r e a s i n gt h es u p e rs a t u r a t i o n t h e a v e r a g en u m b e rc o n c e n t r a t i o no ft h es p r i n gi sm o r et h a ns u m m e r a c c o r d i n gt o t h ee x p r e s s i o nn = c s 置，t h ec c ns p e c t r ac a nb ed e r i v e d t h ef i t t i n gs p e c t r a p a r a m e t e rca n dks h o wt h ec o n t i n e n t a lc h a r a c t e r i s t i co fc c ni ns p r i n g w h i l eca n dks h o wt h ec o n t i n e n t a lc h a r a c t e r i s t i co fc c ni ns e at y p ei n s u m m e r t h e r ei sap o s i t i v ec o r r e l a t i o nb e t w e e na e r o s o ln u m b e rc o n c e n t r a t i o n a n dc l o u dc o n d e n s a t i o nn u c l e i ( 3 ) t h es i z ed i s t r i b u t i o no f c l o u di ss i n g l ep e a kp a t t e m ，c o n c e n t r a t i n gi n4 - - - , 16 弘m ， t h en u m b e rc o n c e n t r a t i o no f d r o p l e tt h a ti sl e s st h a n16 t ma c c o u n tf o r9 7 a v e r a g e dd r o p l e ts p e c t r ad i s t r i b u t i o no ft h e w h o l e p r o c e s so b e y s t h e d e i r m e n d j i a nd i s t r i b u t i o n , w h i c ht h el i n ei si ne x p o n e n t i a ld e c l i n e ( 4 ) t h e r ei sap o s i t i v ec o r r e l a t i o nb e t w e e na e r o s o ln u m b e rc o n c e n t r a t i o na n dc l o u d d r o p l e tn u m b e rc o n c e n t r a t i o n , a n dt h ec c n c o n c e n t r a t i o ni n c r e a s ew i t ha e r o s o l n u m b e rc o n c e n t r a t i o n t h e r ei san e g a t i v ec o r r e l a t i o nb e t w e e nc c n ，n u m b e r c o n c e n t r a t i o na n dc l o u dd r o p l e tn u m b e rc o n c e n t r a t i o n ，s h o wt h a tap a r to fc c n i nc l o u di sa c t i v a t e di n t oc l o u dd r o p l e t k e y w o r d s ：a t m o s p h e r i ca e r o s o l ，c c n ，c l o u dd r o p l e t ，m e t e o r o l o g i c a lf a c t o r , c o r r e l a t i o n i i i 学位论文独创性声明 本人郑重声明： 1 、坚持以“求实、创新 的科学精神从事研究工作。 2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究 成果。 3 、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的。 4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构 已经发表或撰写过的研究成果。 5 、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示 了谢意。 作者签名：醯：壶 日期：塑1 2 ：巨! 曼 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京信息工程大学有关保留、使用学位论文的规 定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论 文的电子版和纸质版：有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制 并允许论文进入学校图书馆被查阅；有权将学位论文的内容编入有 关数据库进行检索；有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密 的学位论文在解密后适用本规定。 作者签名：塑整 日期：塑堕i ! 墨 1 1 研究意义 第一章绪论 大气气溶胶是指悬浮在大气中的固态和液态颗粒物的总称，主要是指六大类7 种气溶胶 粒子：沙尘气溶胶、碳气溶胶( 黑碳和有机碳气溶胶) 、硫酸盐气溶胶、硝酸盐气溶胶、铵盐 气溶胶和海盐气溶胶。 产生气溶胶的源很多，可以是人为来源的也可以是自然界产生的。沙漠地区、干旱或半 干旱地区裸露地表、火山喷发、海洋洋面等都是自然气溶胶源。它们产生的气溶胶对全球 气温有较大的影响，如戈壁沙暴可将风起沙尘输送到数十公里的高空，大气环流又将尘埃输 送到东亚、太平洋以及北美和北极地区。在发生沙暴期间当地的能见度降为零，太阳辐射不 能穿透沙尘到达地面，气温骤降【2 】。最近观测研究显示，非洲撒哈拉地区沙尘粒子的远距离 输送能使美国佛罗里达地区大气中的冰核浓度提高至少2 0 至1 0 0 倍【3 】。除自然源外，人类活 动也向大气排放大量污染气体和气溶胶，例如，石化燃料燃烧排放的二氧化硫、氮氧化物和 黑炭气溶胶等，其中的污染气体，比如，s 0 2 ，在一定的气象条件和太阳辐射作用下经气粒 转换形成气溶胶粒子。在工业城市及其下风方地区形成较高的气溶胶浓度。人为过度开垦 造成的土地荒漠化、生物质燃烧、森林火灾等也可以产生大面积范围高浓度的气溶胶。 尽管气溶胶的研究已经进行了几十年，但是它仍然是气候变化中最不确定的因素。根据 2 0 0 7 年2 月发布的政府间气候变化专门委员会( i p c c ) 第4 次科学评估报告【4 】，在1 9 0 6 - 2 0 0 6 年的过去一百年间，全球平均地面温度已经上升了0 7 4 c ；而且这种增暖不仅出现在地面， 也出现在大气对流层，并由此引起了地球气候系统其他要素的变化，例如海平面上升、云 和降水及其格局的变化，甚或是极端天气、气候事件的变化。因此，以全球变暖为代表的全 球气候变化正在成为各国政府和一般民众所关心的重大地球科学问题。i p c c 报告进一步认 为：造成上述全球变暖的主要原因是1 7 5 0 年的工业革命以来，由人类活动所产生的大气温 室气体( g r e e n h o u s eg a s e s ，缩写为g h g s ) 的排放。目前所得到的的最新结果是：在造成有关 气候变暖的辐射强迫中，长寿命温室气体( 包括c 0 2 、c h 4 、n 2 0 和卤代烃) 的总辐射强迫为 2 6 3 【o 2 6 】w l m 2 ，对流层0 3 及由c h 4 生成的平流层水汽的辐射强迫分别为0 3 5 1 ，+ o 3 】 w m 2 和o 0 7 士0 0 5 】w m 2 ，总计为3 0 5w m 2 。与此相比，由自然原因，例如太阳输出变化， 引起的辐射强迫则只有0 1 2 0 0 6 ，+ 0 1 8 】w m 2 。 大气气溶胶可以通过吸收和散射太阳辐射直接影响地一气系统的辐射平衡，即气溶胶 的直接辐射效应。同时，气溶胶粒子又可以作为云的凝结核( c c n ) 影响云的光学特性、云 量以及云的寿命，产生间接效应。图l 给出了目前认为是重要的气溶胶粒子的各种辐射强迫 机制。主要有直接辐射强迫、间接效应。 目前对气溶胶直接辐射强迫的估计存在很大的不确定性，对间接辐射强迫估计的不确定 性更大，加之对云本身辐射特性了解的不全面，使得目前气候系统研究中，气溶胶一云物理 过程及其辐射强迫的影响成为最不确定的因素之一。因此，通过系统的观测和试验，有可 能提供反映地区气溶胶一云特性的有关基础参数，用于研究气溶胶一云的辐射强迫对区域气 候变化的可能影响。 气溶胶通过云对气候的间接强迫作用主要体现在如下几个方面：( 1 ) 在云中液态水含 量不变的情况下，人为增加气溶胶会导致云滴浓度增加和云滴变小，并因此增加云的反照 率( 也称t w o m e y 效应) 【5 1 ；( 2 ) 云滴浓度增加和尺度减小会降低降水效率并因而增加云的 生命期和反射率( 称为云的生命期效应或第二间接效应) 【6 1 ；( 3 ) 气溶胶对太阳辐射的吸 收将引起云层空气加热因而导致云滴蒸发( 也称气溶胶的半直接效应) 【7 ，引。上述这些主要 是指气溶胶对暖云的影响。除此之外，气溶胶浓度增加引起的云滴尺度变小会延缓云滴冻 结；大气中冰核浓度增加也会影响冷云和混合云中的微物理结构和辐射特性。因此，要全 面理解和估计人为气溶胶对气候变化的间接效应，我们必须首先了解气溶胶的时空分布特 征、数浓度和化学成分等，需要确立气溶胶- c c n ( r n k 云滴( 冰晶) 浓度之间的相互关系。 从具体机制上来讲，某些大气气溶胶粒子在大气过饱和或接近饱和的情况下，可以作 为云凝结核( c l o u dc o n d e n s a t i o nn u c l e u s ，c c 或冰核( i c en u c l e u s ，i n ) 形成降水粒子胚胎。在 这个过程中，大气气溶胶参与了云过程，同时也间接影响了云的辐射特性。云中水滴或冰晶 的形成包括2 种机制 9 1 ：均质核化和异质核化。均质核化属于没有异质核存在时的核化现象。 自然界中由水汽形成的水滴、冰晶，或者由过冷却水形成的冰晶，主要依赖于异质核化。异 质核化过程与云雾形成有关的气溶胶微粒密切相关。其形成的凝结核和冰核是自然界成云 2 致雨的重要环节。研究表明，直径大于0 0 5 “m 的气溶胶粒子，特别是硫酸盐粒子，为云滴和 冰晶的形成贡献了大部分凝结核和冰核【1 0 l 。有机气溶胶也可作为云凝结核与硫酸盐气溶胶 一样在云形成过程中发挥着重要作用【1 。 i东鲁t 幽 絮耋嚣妻；：兰竺兰兰竺e ! 竺兰竺7 图l 气溶胶粒子的各种辐射强迫机制黑点：气溶胶颗粒；空心圆：云滴；直线：太 阳短波辐射：波浪线：红外辐射 气溶胶对云和降水的影响是很复杂的。大气中的气溶胶只有很少一部分参与云滴和冰 晶的形成过程( 核化) ，而这些水成物最开始的尺度和浓度分布决定了降水形成的效率。降 水效率的改变会影响云的动力学过程，从而改变云的形状( 云砧) 和尺度分布( 水平和垂直方 向) 。而且，发生在云内水成物之间的化学反应可以改变云的组分和尺度分布，反过来影响 气溶胶物理化学性质。由于云滴的蒸发，云滴中充当凝结核的气溶胶可被重新释放到大气 中。气溶胶的化学成分和浓度也是变化的，因为气溶胶有各种排放源( 如，自然源诸如沙尘、 海盐，人为源有机动车排放，工业排放等等) 和沉降过程( 如，云和降水的冲刷作用，与其 他气溶胶粒子的凝聚等) 。因此，为了更好地理解气溶胶在云和降水过程中的作用，有必要 研究气溶胶的物理化学特性，特别是它们的可溶性及其尺度和化学组成随时间和空间的分 布。 1 2 国内外研究进展 1 2 1 观测研究进展 地球大气中除了气体成分之外，还含有大量的颗粒物质，即所谓大气气溶胶。一般认为， 大气气溶胶粒子的直径在几个纳米( 砌) 到几十微米( i l m ) 之间。直径小于1r l , n 的气溶胶粒子， 3 在大气中的浓度一般是每立方厘米几十到几千个；而直径大于l 邮的粒子，一般少于每立方 厘米1 个。各个气溶胶粒子可以是固体颗粒，也可以是液滴或者是由固体和液体颗粒共同构 成；在化学上，它们可以是均质的，也可以是非均质的( 粒子的尺寸大小、形状和化学组成都 可以不同) 。气溶胶粒子的形状，可以像球形液滴一样，非常简单；也可以是非球形的，十分 复杂。 自从1 9 6 0 年第一颗气象卫星升空以来，卫星探测以其特殊的优势在大气探测和研究中 发挥了重大作用。气象卫星观测范围广，并能得到海洋、高原、沙漠等人烟稀疏的地区的气 象资料【1 31 。而且其观测特点( 在时间和地域上的连续性) 是之前任何一种观测仪器都无可 比拟的。目前已经开展了利用卫星探测大气气溶胶以及云特征的研究。现在广泛使用的 m o d i s ( 中分辨率成像辐射光谱仪) 可以用来测量气溶胶的光学厚度、云粒子的有效半径等 参数，为气溶胶与云的相互作用研究提供了一个有效的工具。 毛节泰等【1 4 】曾对2 0 世纪中国的气溶胶研究进行了评述。2 0 世纪8 0 年代以前中国的气溶 胶研究主要通过对气溶胶粒子采样，研究粒子谱分布及其与地理环境、天气条件的关系。 2 0 世纪8 0 年代以来，还进行了高空气球探测，将气溶胶的观测范围扩展至l j 3 0k m 以上。在地 面、飞机、轮船、气球等多平台气溶胶采样的基础上，对不同地区、不同时间的气溶胶进 行了多种化学成分和物理特性分析，并获得其分布特征以及与周围环境的关系，例如利用 毛玻璃积分法所进行的气溶胶光学性质的分析，利用试剂薄膜法、p i x e 方法所进行的气溶 胶成分分析等。 近些年，随着我国人工影响天气业务化进程的发展，相关的一些科学研究也开展起来。 p m s 机载测量系统已成为空中云探测的重要工具。飞行得到的云观测资料分析是研究云微 物理特征和大气气溶胶与云相互作用的重要手段。通过飞机观测能够直接得到云的微观特 征量( 数浓度、平均直径、液态水含量、云滴尺度分布等) 以及它们的时间和空间变化，同时 也可以得到气溶胶的空间分布特征。该资料可研究云的微物理特征，也能够为雷达和卫星等 遥测提供必要的观测依据，同时可以为数值模式服务。因此p m s 资料具有广泛的应用价值， 尤其在气溶胶与云相互作用的研究中作用重大。近2 0 年来，针对国内的飞行已经得到了大量 的宝贵资料。但是，国内p m s 资料的获得与分析研究主要是与人工影响天气作业相结合， 4 对资料的分析重点是过冷水滴、冰品等与降水相关的微物理量，进行气溶胶间接作用的研究 很少f 16 1 。 目前国内外进行了许多气溶胶数浓度和云滴数之间关系的研究，以及c c n 变化情况的 研究。黄梦宇等( 1 6 1 结合气溶胶、云的探测资料对层状云进行分析，认为云下云滴数浓度和 气溶胶之间存在正相关关系，云滴数浓度随气溶胶浓度的增加而增加。赵春生等1 7 】通过分 析大量飞机探测资料和云滴尺度谱分布，认为当云滴数浓度低于5 0c m 3 ，谱相对偏差的数 值在0 2 旬8 之间；当云滴数浓度较高时，相对偏差值会逼近一个窄的区间0 4 0 5 相应的辐射 强迫不确定度可能减少1 0 - - - 4 0 。石立新【1 8 】等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( c c n ) 进行了观测研究。2 0 0 5 年秋季和2 0 0 6 年春季的飞行观 测结果表明，华北地区的c c n 主要来源于地面，近地层c c n 浓度较高，c c n 浓度随高度增 加而减少：c c n 的分布与地面源密切相关，污染地区乡村上空c c n 浓度比无污染地区乡村 高5 倍以上，污染城市上空的c c n 浓度无显著差异；水平穿越淡积云云簇时云内c c n 明显减 少。 国外研究者也做了大量这方面的研究k i n g 1 9 1 、f e r e k 等【2 0 】在对船航迹的观测研究中 观测到气溶胶间接效应，受到航迹影响的层积云通常含有较多的云滴，但云滴直径更小且没 有降水粒子。p e n g 等2 1 对r a c e ( r a d i a t i o na e r o s o la n dc l o u de x p e r i m e n t ) 并1 2 f i r e - a c e ( f i r s t i s c c pr e g i o n a le x p e r i m e n ta r c t i cc l o u de x p e r i m e n t ) 2 8 个水云例子的云微物理和辐射观 测资料的比较分析了不同污染情况下云反照率和有效半径的变化。n a k a j i m a 等【2 2 】利用 a v h r r 反演了云有效半径和气溶胶光学厚度，得到负相关关系。通过卫星资料反演的云滴 有效半径结果，h a n 掣2 3 1 分析指出北半球平均云滴半径比南半球约小o 7g m ，并且海洋和大 陆云在两个半球存在明显差异，这说明了气溶胶粒子的存在对云滴尺寸的影响。k a u f m a n 等 2 4 , 2 5 】利用卫星资料验证了飞机观测发现的事实，认为气溶胶对云滴数浓度和尺度影响较 大：利用n o a a - a v 玎讯卫星在亚马孙河岸生物体燃烧季节的资料研究表明烟雾气溶胶对 低积云和层积云的特性有影响。他们发现浓烟( 光学厚度为2 ) 的存在减小了大陆性云的云滴 半径( 从1 5 肛m 降低到9p a n ) ，同时也使得云在波长o 6 4l a i n 的反射率降低了0 0 3 。0 d o w d 等皿6 1 分析了北大西洋和东太平洋云下气溶胶( n a ) 和云滴数浓度( n c ) 之间的关系，得到了云 5 滴数n c = 1 9 7 ( 1 e x p ( - 6 1 3 x l o 。n a ) ) 的关系式。w e t z e l 等t 2 7 1 指出气溶胶光学厚度与云滴的有效 半径有一个统计上明显的反相关。p a w l o w s k a 掣2 8 1 通过对大陆和海洋云的飞机观测发现，气 溶胶增加使得云凝结核和云滴数浓度增加，云滴尺度减小。 1 2 2 模式模拟研究进展 除了观测手段以外，为了详细研究不同化学成分对大气气溶胶和云相互作用的影响，需 要给出一些具体的微物理特性如粒子尺度分布、环境过饱和比的变化等过程描述，因此迸一 步的研究需要借用模式模拟的方法。随着云模式中描述气溶胶物理和化学过程更加精细，云 模式便逐渐成为研究气溶胶对云影响的一个重要工具【2 9 1 。 我国在气溶胶云相互作用和气溶胶的间接气候影响方面的研究起步比较晚。赵春生 等【3 0 , 3 2 建立了一个一维分档云微物理和辐射传输云模式并用它来研究海洋边界层中大气 气溶胶的发生发展，以及海洋上硫酸盐气溶胶和海盐气溶胶粒子对海洋云微物理特性的影 响。吴涧等【3 3 1 采用区域气候模式研究了硫酸盐气溶胶对我国气候的影响。他们的结果分析 认为，硫酸盐气溶胶的直接和间接辐射效应都使大气顶产生负的辐射强迫，使地面气温下降； 间接效应的引入加剧了辐射强迫和地面降温，是一个不可忽视的重要过程，在模拟中同时考 虑直接和间接效应是必须的。y i n 掣3 4 1 利用一个分档气溶胶一云模式研究了沙尘气溶胶作为 c c n 和i n 对云和降水的影响。 国外的模式研究比较多。大气环流模式( g c m ) 是估计全球范围气溶胶间接效应的主 要手段。通过模拟现在和工业化前( 假设那时人为排放气溶胶为零) 大气层顶辐射收支的 差异作为人为气溶胶的间接效应。在模式中气溶胶质量或数浓度通过经验关系式与云滴数 浓度相联系3 工3 研。近年来，基于物理机制的参数化方案也开始逐步引入模式【3 7 3 8 1 。但是由 于受到模式分辨率的限制，目前大多数g c m 模式中只考虑了气溶胶对大范围暖云过程的影 响【3 9 1 。 对气溶胶与中小尺度云系相互作用的研究主要采用云分辨模式或分档气溶胶云模式。 a n d r o n a e h e 掣删用云分辨模式模拟了t ( ) g a c o a r e 试验期间的一次深对流个例中硫酸盐 气溶胶对辐射的影响。他们的结果显示硫酸盐质量的增加可导致云滴有效半径的显著减小 6 ( 平均减小2 岫) 和云滴数浓度的显著增加( 5 2 0c m - 3 ) 。云上净短波辐射通量变化平均 值为1 5w n l 2 ，且呈现出明显的时空不均匀性。与此相反，云上净长波辐射辐射通量的变化 可忽略不计，但在近地面，由于云水路径变化了1 0 - - 2 0 ，由此引起的长波辐射变化为1 0 w m 之至1 0w m v a nd e nh e e v e r 等h l 】研究了气溶胶变化对佛罗里达地区积云的影响，发现 c c n 和烈对积云中总降水量的影响存在竞争机制，而且云对c c n 变化的响应与云发展的阶 段有关。毫无疑问，云对气溶胶强迫的响应与所模拟的云的类型和相态结构有关。 k h a i n 等【4 2 】用云分辨模式模拟的结果显示，在深对流云中探测到的过冷水只能在高云 滴浓度存在的情况下在模式中再现，在清洁云中则不能。把此结果推广至全球尺度，n o b e r 等1 4 3 l 采用一个比较简单的暖云微物理参数化方案在对流云中估计了大气环流对人为气溶胶 引起降水减少的敏感性。他们发现，强度较强的瞬时局地气溶胶强迫可减小暖云降水，但 地面降水的改变受系统中的反馈机制控制。因而他们未给出气溶胶强迫对全球对流云影响 的具体估计。 1 3 研究目的 在我国，随着人口的增长和工业化步伐的加快，人为排放污染气体和气溶胶有逐年增 加的趋势。据统计，自5 0 年代以来，我国的平均日照时数减少近两小时，特别是在人口密 度比较大和工业相对发达地区，平均日照时数的减少最明显。这从一个侧面证实了大气中 污染气体和气溶胶的增加。以北京地区为例，大气中的冰核浓度在过去3 0 年间增加了1 5 倍【5 】。大气c c n 和烈浓度的增加必然改变云的微物理结构和降水的形成。然而，到目前 为止，我们对自然和人为气溶胶增加可能产生的对我国云宏微观结构、降水形成以及由此 引起的区域性气候变化还知之甚少。在我国数值天气预报和气候模式中还没有一套基于我 国观测资料的气溶胶c c n ( 或响云相互关系的参数化方案。因此，进行气溶胶的观测和 理论研究对理解我国大气污染产生和演变规律、提高我国数值天气预报的精确度和气候模 拟与预测的可靠性具有重要的实际意义。 在黄山设立观测站，通过外场直接观测试验和理论计算，确立气溶胶c c n 一云滴数 浓度之间的关系，并由此估计大气气溶胶对云微物理结构、降水形成以及区域气候的影响， 通过认识气溶胶与大气水循环的关系，为我国开展的人工影响云和降水工作提供科学依据。 7 1 4 研究内容 利用2 0 0 8 年4 月 7 月黄山大气气溶胶、c c n 和云( 雾) 微观观测资料，和同期气象要 素资料，分析气溶胶、云凝结核、云滴浓度的分布特征及其气象要素的关系。主要包括以 下研究内容： ( 1 ) 黄山大气气溶胶的粒径分布特征。分析粒径为0 0 i 1 0 岬的气溶胶颗粒的浓度日 变化和谱分布的季节变化特点及其与气象因子的关系，讨论雾天对数浓度及其谱 分布的影响。 ( 2 ) 分析云凝结核的日变化及其与气象因子的关系，对c c n 谱分布进行拟合，找到符 合黄山区域特征的参数。 ( 3 ) 分析云雾滴微物理过程参量、粒子谱分布情况，并且计算云滴与气溶胶、云凝结 核的相关性。 参考文献 【l 】张小曳，中国大气气溶胶及其气候效应的研究阴，地球科学进展，2 0 0 7 ，2 2 ( 1 ) ：1 2 - 1 6 【2 】f a r np a r u n g o ，a s i a nd u s ts t o r m sa n dt h e i re f f e c t so nr a d i a t i o na n dc l i m a t e ，p a r ti i s t c t e c h n i c a lr e p o r t2 9 5 9 ( s c i e n c ea n dt e c h n o l o g ye o r p e r a t i o n1 0 1r e s e a r c hd r i v e ) ，1 9 9 3 【3 】d e m o t t , p j ，s a s s e n ，k ，p o e l l o t , m r ，b a u m g a r d n e r , d ，r o g e r s ，d c ，b r o o k s ，s d ， p r e n n i ，a j ，a n dk r e i d e n w e i s ，s m ：a f r i c a nd u s ta e r o s o l sa sa t m o s p h e r i ci c en u c l e i ， g e o p h y s r e s l e t t ，2 0 0 3 ，3 0 ，d o i ：1 0 1 0 2 9 2 0 0 3 g l 0 1 74 1 0 【4 】i p c c c l i m a t ec h a n g e2 0 0 7 ：t h ep h y s i c a ls c i e n c eb a s i s w o r k i n gg r o u pic o n t r i b u t i o n t ot h ei n t e r g o v e m m e n t a lp a n e lo nc l i m a t ec h a n g ef o u r t ha s s e s s m e n tr e p o r t s o l o m o ns ， q i n gdh ，e ta 1 e d s ，c a m b r i d g eu n i v e r s i t yp r e s s ，c a m b r i d g e ，u n i t e dk i n g d o ma n dn e w y o r k , nyu s a ，2 0 0 7 8 5 】t w o m e y , s a ，t h en u c l e io fn a t u r a lc l o u df o r m a t i o n p a r ti i ：t h es u p e rs a t u r a t i o ni n n a t u r a lc l o u d sa n dt h ev a r i a t i o no fc l o u dd r o p l e tc o n c e n t r a t i o n s ，g e o f i s p u r ea p p l ， 19 5 9 ，4 3 ，2 2 7 - - 2 4 2 【6 】a l b r e c h t , b ：a e r o s o l s ，c l o u dm i c r o p h y s i c s ，a n df r a c t i o n a lc l o u d i n e s s ，s c i e n c e ，2 4 5 ， 1 2 2 7 1 2 3 0 【7 】g r a b l ，h ，p o s s i b l ec h a n g e so fp l a n e t a r ya l b e d od u et oa e r o s o lp a r t i c l e s ，i nm a n si m p a c t o nc l i m a t e ，e d i t e db y ：w ：b a c h , j p a n k r a t h , a n dw - k e l l o g g , e l s e v i e r , n e wy o r k , 1 9 7 9 【8 】h a n s e n , j ，s a t o ，m ，a n dr u e d y , ，r a d i a t i v ef o r c i n ga n dc l i m a t er e s p o n s e ，j o u r n a l g e o p h y s i c a l r e s e a r c h , 1 9 9 7 ，1 0 2 ，6 8 3 1 - 6 8 5 4 9 】9 王鹏飞，李子华，微观云物理学 m 】，北京：气象出版社，1 9 8 9 1 0 】t w o m e ys ，p o l l u t i o na n dt h ep l a n e t a r ya l b e d o 阴，a t m o s p h e r i ce n v i r o n m e n t , 1 9 7 4 ， 8 ：1 2 5 1 1 2 5 6 【11 】n o v a k o vlp e n n e r j e ，l a r g e r c o n t r i b u t i o no f o r g a n i c a e r o s o l st o c l o u d c o n d e n s a t i o n n u c l e ic o n c e n t r a t i o n s 阴，n a t u r e ，19 9 3 ，3 6 5 ：8 2 3 - 8 2 6 【1 2 】石广玉，王标，张华等，大气气溶郊的辐射与气候效应阴，大气科学，2 0 0 8 ，3 2 ( 4 ) ：8 2 6 8 4 0 【1 3 】陈渭民卫星气象学口咽，北京，气象出版社，2 0 0 0 【1 4 】毛节泰，刘晓阳，李成才，m o d i s 卫星遥感北京地区气溶胶光学厚度及与地面光度计遥 感的对比阴，应用气象学报，2 0 0 2 ，1 3 ( 特刊) ：1 2 7 1 3 5 【1 5 】段靖，毛节泰，气溶胶与云相互作用的研究进展【j 】，地球科学进展，2 0 0 8 ，2 3 ( 3 ) ：2 5 2 2 6 1 【1 6 】黄梦宇，赵春生，周光强等，华北地区层状云微物理特性及气溶胶对云的影响叨，南京气 象学院学报，2 0 0 5 ，2 8 ( 3 ) ：3 6 0 3 6 7 【17 】c h u n s h e n gz h a o ，x u e x it i ee t c a i r c r a rm e a s u r e m e n to fc l o u dd r o p l e ts p e c t r a ld i s p e r s i o n a n di m p l i c a t i o n sf o ri n d i r e c ta e r o s o lr a d i a t i v ef o r c i n g 明g e o p h y r s i c a lr e s e a r c hl e t t e r s ， 2 0 0 6 ，3 3 ( d o i ) 1 01 0 2 9 【1 8 】石立新，段英，华北地区云凝结核的观测研究叨，气象学报，2 0 0 7 ，6 5 ( 4 ) ：6 4 5 6 5 2 【1 9 】k i n gmd r a d i a t i v ep r o p e r t i e so fc l o u d s c a e r o s o l - c l o u d c l i m a t ei n t e r a c t i o n sn e w 9 y o r k ：a c a d e m i cp r e s s ，1 9 9 31 2 3 。1 4 9 【2 0 】f e r e krj ，h e g gda ，h o b b spv e t a l m e a s u r e m e n t so fs k pi n d u c e dt r a c k si nc l o u d so f f t h ew a s h i n g t o nc o a s t 【j ，j o u r n a lo fg e o p h y s i c a lr e s e a r c h , 19 9 8 ，10 3 ( d 18 ) ：2 319 9 - 2 3 2 0 6 21 】p e n gyl o h m a n nu ，l e a i t c h 凡e t a l t h ec l o u da l b e d o - c l o u dd r o p l e te f f e c t i v er a d i u s r e l a t i o n s h i p f o rc l e a na n dp o l l u t e dc l o u d sf r o mr a c ea n df i r e 【j 】，j o u r n a lo f g e o p h y s i c a lr e s e a r c h ，2 0 0 2 ，10 7 0 9 11 ) ：410 6 【2 2 】n a k a j i m a t , h i g u r a s h i 八k a w a m o t o k ，e t a l a p o s s i b l e c o r r e l a t i o nb e t w e e n s a t e l l i t e - d e r i v e dc l o u da n da e r o s o lm i c r o p h y s i c a lp a r a m e t e r s 【j 】，g e o p h ，s i c a lr e s e a r c h l e t t e r s ，2 0 0l ，2 8 ( 7 ) ：11 7 1 - 11 7 4 【2 3 】h a n q ，r o s s o w wb ，l a c i s aa ，n e a r g l o b a ls u r v e yo fe f f e c t i v ed r o p l e t r a d i ii nl i q u i d w a t e r c l o u d s u s i n gi s c c pd a t a 明j o u r n a lo f c l i m a t e ，1 9 9 4 ，7 ：4 6 5 - 4 9 ，1 9 9 4 【2 4 】k a u f m a n yj ，f r a s e r rs t h ee f f e c to fs m o k ep a r t i c l e s o nc l o u d sa n dc l i m a t ef o r c i n g j s c i e n c e ，19 9 7 ，2 7 7 ：16 3 6 - 16 3 9 ，1 9 9 7 【2 5 】k a u f r n a nyj ，t a n r ed s t r a t e g yf o rd i r e c ta n di n d i r e c tm e t h o d sf o rc o r r e c t i n gt h ea e r o s o l e f f e c to nr e m o t es e n s i n g ：f r o ma v h r rt oe o s m o d i s j 】，r e m o t es e n s i n go f e n v i r o n m e n t , 19 9 6 ，5 5 ( 1 ) ：6 5 7 9 ，19 9 7 【2 6 】o d o w dcd ，l o w ej a ，s m i t h mh ，t h er e l a t i v ei m p o r t a n c eo f n o n - s e a - s a l ts u l p h a t e a n d s e a s a l ta e r o s o lt ot h em a r i n ec l o u dc o n d e n s a t i o nn u c l e ip o