南京北郊大气细颗粒物的粒径分布特征

根据2006年7～12月南京北郊大气细颗粒物的观测资料．研究了粒径0．01～2．5μm颗粒物的浓度变化和粒径分布特征．结果表明，该地区大气细颗粒物数浓度比较高，达10^4个／cm^3，其中超细粒子（粒径0．01～0．1μm）对总粒子数浓度贡献较大，约占87％．夏、秋、冬季的数浓度谱分布均呈单峰型结构，峰值集中在0．02～0．05μm；大气细颗粒物数浓度在正午太阳辐射最强时达到峰值；降雨对细颗粒物的去除作用明显．夏季的超细粒子浓度最高，可能与高温、高湿的气象条件有关，同时，较强的太阳辐射也使得该季节大气细颗粒物的生成率较高．

南京北郊2007年10～12月大气气溶胶吸收和散射特性的观测

通过对南京北郊2007年10～12月大气气溶胶吸收和散射系数的连续观测,分析了该地区大气气溶胶吸收和散射特性在不同天气状况下的演变规律。结果发现:霾日状况下大气气溶胶吸收和散射系数日变化剧烈,非霾日次之,雾日变化较稳定;在00时(北京时间,下同)至08时霾日气溶胶吸收和散射系数与雾日相差不大,而在08时至24时则雾日明显大于霾日;非霾日气溶胶吸收和散射系数最小;降水使得大气气溶胶吸收和散射系数明显降低。

南京北郊大气臭氧浓度变化特征

以南京北郊大气中O3质量浓度观测资料为基础,分析了O3变化特征和气象要素对其影响程度。结果表明:大气O3日均质量浓度平均为65.8μg·m-3。O3质量浓度最大值出现在午后15时左右,O3质量浓度日最大值在春季最大,而冬季最小。白天工作日O3质量浓度要高于周末,而夜间两者差异不大。气温,日照时数和降水量是影响南京大气O3质量浓度的重要因素。全年中5月份高日照时数和较低的降水量导致南京出现O3高值。在偏南气流作用下,O3质量浓度偏高。由气象要素得到的O3日均质量浓度和O3日最高质量浓度回归方程相关系数分别为0.61和0.71。

远距离输送作用对南京大气污染的影响

为了研究近地层大气污染物远程输送对于南京地区的影响,结合南京北郊观测点的观测资料,对2008—2009年南京地区气团的后向轨迹进行了聚类分析,结果表明:O3质量浓度分布呈双峰型,分别于5—6月和8—10月达到了高峰,两年共计有36 d质量浓度超过了国家环境空气质量标准二级标准,其中两次峰值期间占81%和83%。NO2和SO2在冬季较其他季节质量浓度高。到达南京气流轨迹以东部气团(占总数37%)为主。在东部气团影响下,南京周边地区近地层O3、NO2和SO2质量浓度分别为99.5、54.0和76.6μg.m-3,大气污染物质量浓度均较高。从后向轨迹分析认为,与气团途经并携带了重污染的长三角地区近地层排放的气体污染物有关。相对于其他来向的气团,东部气团对于南京地区近地层的影响更重要。

南京市郊雾水中重金属和大气污染物的观测分析

利用2006年12月南京市北郊雾水样品化学分析资料和同期气象资料研究郊区雾水中重金属和雾天大气污染特征。结果表明，郊区出现雾天时，不利于大气污染物的扩散，造成较严重的大气污染，污染物浓度变化与雾的生消基本同步；大雾期间PM10浓度比起雾前高2．5倍。雾水中重金属浓度在0．0205—1．8248mg／L范围，平均1．32mg／L；对重金属与大气污染物作相关分析，除类金属As外，Cd、Cr、Cu、Mn和Fe浓度两两之间相关系数均大于0．91，说明重金属排放具有同源性。

南京冬季雾爆发性增强的物理特征研究

根据2006年12月在南京市郊观测的3次浓雾过程（12月12日、14日和24～27日）资料，分析了雾的发展过程及爆发性增强特征，探讨了雾体爆发性增强的原因。结果表明：南京冬季雾爆发性增强的物理特征是在很短时间内（30min以内），能见度急剧下降，雾滴数密度和含水量明显增加、尺度明显增大、雾滴谱变宽。究其原因，发现夜晚长波辐射增强或近地层出现冷平流造成的气温急剧下降，日出后地表水分蒸发或西南湿平流增强造成的湿度明显增大以及湍流混合作用，都能导致雾体爆发性增强。

华北地区典型污染天大气气溶胶飞机探测个例分析

利用2005年10月17日华北地区一次典型污染天气条件下的飞机探测资料,对石家庄和邯郸气溶胶的微物理特征进行了对比分析,初步讨论了该天气条件下大气气溶胶污染的微观特征和可能原因。结果表明,观测当天石家庄和邯郸地区的气溶胶粒子浓度很高,边界层内气溶胶平均数浓度为103cm-3量级,最高值出现在近地面附近,达到104cm-3量级;边界层以上的数浓度基本都在103cm-3量级,属于空气污染比较严重的一次过程。造成污染的原因是该日晴天风小,大气湍流较弱,不利于污染物扩散和稀释。基于美国国家海洋和大气局(NOAA)后向轨迹模式(HYSPLIT4)对颗粒物进行溯源和追踪分析,发现造成气溶胶浓度较高的气块传输路径主要为西北和偏西路径,境外源主要来自蒙古国,境内源主要来自我国西部,途经甘肃、宁夏、陕西及山西后进入河北。

北京大气O3与NOx的变化特征

以2004年8月—2005年7月北京市区近地层大气中臭氧(O3)和氮氧化物(NOx)体积分数观测资料,研究了北京大气中O3和NOx体积分数的变化特征。研究表明:北京市O3体积分数较高,并呈季节性波动,大气光化学污染以夏季最为严重。受太阳紫外辐射和城市交通的影响,城市O3体积分数呈单峰型分布,并在午后15:00出现峰值,造成大气强氧化性。NO2的光解速率夏季最大,在正午出现日最大值。受城市车流量变化的影响,周末NOx体积分数高于工作日,O3体积分数周末与工作日白天差异较小,而夜晚O3体积分数工作日高于周末。

非甲烷挥发性有机物(NMHCs)对北京大气臭氧产生的影响

以2005年北京大气中臭氧(O3)、氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)和NMHCs观测资料为基础,分析了夏季O3及其前体物的变化特征以及O3产生的影响因素。结果表明,北京夏季大气中O3体积分数较高,最高φ(O3)为199.79×10-9。按丙烯等量体积分数计算,大气中NMHCs体积分数以苯乙烯体积分数最高。AHC占总NMHCs的大部分,而AHC中以R-AROM最高。大气氧化剂OX产生率随着NOx的增加而递增,平均产生率为12.5×10-9h-1,而O3产生效率平均为4.0。O3净产生率在正午12:00最大,O3产生的过程中以过氧氢自由基的光化学生成反应为主。敏感性试验发现,大气中O3体积分数主要受NMHCs体积分数的控制,其中以R-AROM和R-OLE对大气中O3产生的贡献最大。

大气气溶胶对混合相对流云影响的模拟研究

利用二维面对称分档云模式,讨论了气溶胶类型及浓度对混合相对流云及其降水的影响。结果表明:海洋性气溶胶谱分布在一定程度上更有利于降水的形成,随着气溶胶浓度的增加,尤其是在污染大陆性云中,暖云和冷云降水量均大幅减少。海洋性云中的大粒子和较高的过饱和度,加速了暖雨的碰撞过程和冰粒子的凝华增长;初始气溶胶浓度的增加最显著的效应是云滴数浓度和云水含量增加,云滴有效半径减小,云滴的冷却蒸发抑制对流的发展。

南京冬季一次浓雾过程的微物理特征

2007年12月19～20日南京出现了一次浓雾天气,其中能见度小于50 m的强浓雾持续了13 h。结合自动气象站及能见度仪观测资料,利用美国DMT公司生产的FM-100型雾滴谱仪,分别连续观测了这一雾过程中雾滴谱分布、数密度、含水量等微物理参量。结果表明,此次雾过程具有爆发性发展特征,雾滴数密度、含水量及平均直径在40 min内骤增,能见度急剧下降,浓雾转变成强浓雾。

2009年石家庄地区大气气溶胶的飞机探测研究

利用2009年石家庄地区不同季节的3次机载粒子探测系统PMS(Particle Measurement System)的探测资料,结合地面天气形势、风场和探空资料对石家庄地区,晴空背景下大气气溶胶的统计特征、数浓度、平均粒径的垂直分布特征以及谱分布特征进行了分析。结果表明:晴天条件下气溶胶的数浓度随高度递减,粒径随高度变化不大;在数值上,4月16日气溶胶数浓度和粒径最大,其次是10月15日,最小的是6月10日,3次粒径变化幅度都不大;逆温层底层气溶胶明显积累,气溶胶浓度在1.5 km以下大气边界层内明显高于其他层次,逆温层的高度和厚度影响气溶胶的分布;3次不同季节晴天背景下石家庄地区气溶胶谱型基本一致呈单峰分布,小于0.3μm的细粒子对气溶胶的数浓度贡献最大。

一次深厚浓雾过程的边界层特征和生消物理机制

2007年12月13-14日,南京出现一次厚度达600m、持续近14h的浓雾过程,具中强浓雾阶段维持4 h。通过系留气球边界层探测系统、涡动协方差测量系统、雾滴尺度分布和自动气象站等外场试验资料分析了此次深厚浓雾过程的边界层结构特征和生消物理机制。结果表明,此次雾过程首先由地面辐射冷却形成贴地雾层,而后因低空平流冷却形成低云。在发展阶段,伴随低云不断下伸,贴地雾层不断抬升。在贴地地雾层受到地面弱冷空气平流降温影响下,雾中微物理过程迅速发展,雾滴数密度、含水量、平均直径、最大直径等微物理参数在15 min内跃增,雾体爆发性升高,最终导致地面雾和低云上下贯通形成深厚雾层,地面能见度骤降至15m以下。雾体爆发性增强时,地面垂直动量通量和向下长波辐射通量密度增大,净辐射趋于零。整个雾过程中,由于贴地层持续弱冷平流降温和上层雾阻碍了下层雾的辐射降温,二者的共同作用使贴地强逆温结构始终维持。

一次罕见的辐射-平流雾研究(Ⅰ)——生消物理过程分析

2006年12月份在南京市郊进行了雾的综合外场观测。本文通过对12月24—27日持续4 d的大雾过程进行分析,揭示了南京市郊雾生消过程中宏观物理演变特征,并在此基础上分析了产生这些特征的原因。这次大雾为辐射平流雾,其边界层温、湿结构特征与以往研究的辐射雾存在明显的不同;大雾维持时间久,尤其是强浓雾天气(能见度<50 m)持续时间长达约37 h;逆温深厚,雾层厚,雾顶高,多在450 m以上。研究表明:逆温层深厚、大气层结稳定、风向风速适宜,暖湿气流的不断补充,是这次大雾长时间稳定维持且雾顶高的主要原因。

南京冬季平流雾的生消机制及边界层结构观测分析

利用系留飞艇边界层要素探测系统等设备,对2006年12月24—27日发生在南京地区的雾日边界层结构进行了综合探测,深入研究了这次平流雾的生消机制及边界层结构。结果表明:此次雾属于比较典型的平流雾,生成和维持主要决定于暖湿气流和系统性下沉运动,消散主要是干冷空气南下造成的;雾顶下降阶段出现了双层结构,中层逆温是逆温主层,属于下沉逆温及平流逆温,主逆温层强中心始终位于雾顶附近或处于雾顶之下;风速随高度呈现多峰分布,中层急流与强度较弱的中上层和上层急流合并后,又与下层急流出现了一强一弱的波动;在风速较小时,风场趋于均匀化;雾消散时,低层风场趋于线性化;雾主要的水汽来源是暖湿气流;比湿场与风场有较好的时空分布对应性,主逆温层强中心也是逆湿强中心,风场与温度场共同主导了比湿场的时空分布。

积云参数化和微物理方案不同组合应用对台风路径模拟效果的影响

利用美国国家环境预测中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)和国家大气研究中心(NCAR)联合研发的天气研究和预报模式(Weather Research and Forecasting Model,WRF),研究了不同积云对流参数化方案和微物理过程方案对0514号台风"彩蝶"路径的影响。结果表明,积云对流参数化方案对台风路径影响较大,KF方案比BM方案能更好地模拟出台风路径;使用KF方案时,选择微物理方案比不选微物理方案对于台风路径有更好的模拟结果,其中,Ferrier、WSM6和Lin非常接近于实况;KF方案较好地模拟出副热带高压(简称副高)的西伸和东退的变化以及台风环流的风场分布和强度。

寿县不同强度雾的微物理特征及其与能见度的关系

雾对交通运输有不利影响,尤其是强浓雾。本文利用2019年1月上中旬在寿县国家气候观象台应用FM-100型雾滴谱仪测量的雾滴谱数据和常规气象观测数据,分析了不同强度雾的微物理特征,以及能见度与含水量、雾滴数浓度、相对湿度之间的关系,在此基础上建立了能见度参数化方案。结果表明:(1)随着雾的强度增强,雾中含水量显著增大,大雾、浓雾和强浓雾阶段含水量平均值分别为0.003 g m;、0.01 g m;和0.09 g m;当含水量大于0.02 g m;出现强浓雾的比例高达95%。(2)雾滴数浓度、雾滴尺度随着雾强度增强而增大,从大雾到浓雾,雾滴数浓度显著增加(增幅67%),而从浓雾到强浓雾,雾滴尺度显著增大,平均直径、平均有效半径分别增加62%、135%;当雾滴有效半径大于4.7μm,出现强浓雾的比例高达95%。(3)强浓雾、浓雾、大雾雾滴数浓度谱分布均为双峰结构,谱分布整体偏向小粒子一端,强浓雾谱型为Deirmendjian分布,浓雾、大雾均为Junge分布;强浓雾的雾水质量浓度谱呈现多峰特征,最大峰值出现在21.5μm处,浓雾雾水质量浓度谱为双峰分布,大雾为单峰型,最大峰值均出现在5μm处。(4)含水量、数浓度与能见度均呈反相关关系,含水量对能见度的影响最为显著;分别采用全样本和分段方式建立了四种能见度参数化方案,评估检验结果表明,基于含水量的能见度分段拟合方案对能见度的估算效果最好。

2007年秋季河北地区云微物理结构的飞机探测分析

利用2007年飞机探测资料,对河北地区云微物理结构进行了分析。结果表明,高层云底部云滴数大于中上部,随高度增加粒子直径增大。最大云中液态水含量为0.25g.m-3,底层平均云中液态水含量为0.025g.m-3。层积云中上部数浓度高于底部,云滴数浓度变化范围为10～80cm-3,云滴平均直径为7.56μm,总趋势随高度增加云滴直径先增大后减小。云滴谱变窄、双峰消失与含水量的起伏有一定的关系。综合增雨作业资料,发现有时预设的飞机作业高度并不是十分合理,在飞机性能条件允许的情况下,可以适当提高或降低作业高度,人工增雨的效果可能更好。鉴于作业层的温度,9月29日和13日可以考虑使用液氮或液态CO2等制冷剂进行催化。

电线积冰物理过程与数值模拟研究进展

电线积冰对人们的日常生活、电力系统、通信系统等造成了巨大的影响,人们越来越关注电线积冰的形成条件及物理过程,包括气象条件、气流动力学、液滴运动轨迹以及热力学过程。通过外场观测、室内实验和数值模拟研究的不断开展,揭示出电线积冰质量增长过程决定于云降水粒子谱分布、碰撞效率、黏性率、冻结率、碰撞速度和角度等微物理参数,这些参数又受控于降水率、云雾含水量、温度、湿度、风向、风速等宏观气象条件。通过数值模式已可进行电线积冰量和积冰持续时间的定量研究和预测,进而在开发垂冰模式和形态模式等方面也取得了新的进展。在总结过去60多年来电线积冰物理机制和数值模拟研究主要成果的基础上,对开展进一步的深入研究进行了展望。

不同天气系统层状云微物理特征个例分析

利用PMS粒子测量系统和机载温湿仪观测获取的吉林省2007年5月15日高空槽和5月28日冷涡天气下降水云垂直探测资料,对比分析了两次不同天气系统下形成降水过程中云系的宏微观结构特征。结果发现,高空槽影响下的As云中云滴数浓度最大值比冷涡影响的As-Sc云系高一倍;液态水含量方面,高空槽系统下As云中在0℃附近取得最大值,冷涡系统下As-Sc云系中,最大值出现在上层As云中-4.8℃左右处。高空槽系统影响下的As云中,FSSP-100、2D-C和2D-P探测到的粒子数浓度、含水量和平均直径随高度呈不均匀性分布;而冷涡影响的As-Sc云中,FSSP-100测得As云中粒子平均直径远大于Sc,2D-C和2D-P探测到的上层As云中粒子浓度和液态含水量分布相对均匀,而下层Sc中粒子浓度、液态含水量值和平均直径都很小,这是由于云层之间存在干层,使As云中的部分大云滴和雨滴在下降过程中迅速蒸发,不利于降水形成。不同高度层FSSP-100测得的粒子平均谱分布均差异较大。对云中可播性进行研究,结果发现高空槽影响的As云中可播区均为强可播区,冷涡系统影响的As-Sc云中可播区的1/2为强可播区。