中国大地形对冻雨天气云微物理过程的影响

云贵高原的冻雨是中国南方冬季最严重的气象灾害。利用天气研究和预报模式(weather research and forecasting model, WRF),对云贵高原大地形进行了敏感性实验,模拟了不同地形高度对大气环流、云微物理参量及冻雨分布的影响,结果显示:随着云贵高原大地形的抬升,准静止锋的锋线一直维持在24°N附近,但锋面越来越陡,表明高原大地形是形成云贵准静止锋的主要因素,准静止锋长时间滞留在贵州中东部和湖南西部,是该区冻雨高发的原因。随着高原的抬升,从全境的云滴碰并增长逐渐在高原东部出现冰晶融化过程,高原主体上的冻雨以过冷暖雨机制为主,而低海拔的东部地区以融化机制为主。随着高原抬升,高空逆温层及冻雨区均从贵州西北向贵州中部及东部地区移动,逆温层的存在及其冷-暖-冷的垂直结构是冻雨形成非常重要的因子。当云贵高原降至原地形的一半时,冻雨量最大,其后随着高原抬升,冻雨量开始减少。该研究有助于更深入了解云贵高原大地形对冻雨形成、范围和强度的影响机制。

云贵高原气溶胶分布的区域与气候特征

云贵高原地形地貌复杂,探讨其气溶胶区域分布的时空差异性,对不同区域科学制定生态文明建设政策具有重要意义。利用2001年以来的MODIS 3 km分辨率气溶胶光学厚度数据,综合运用空间插值、趋势分析等方法探讨了云贵高原2001-2016年气溶胶光学厚度的区域分布和气候特征。结果表明,较高分辨率的3 km气溶胶数据显示出高原气溶胶的不同梯度空间分布和时间变化特征。以乌蒙山脉为界,高原多年平均AOD空间分布呈东高西低的分布特征,其中东部年平均AOD约为0.32,西部约为0.13。年平均AOD高值区(>0.6)位于贵州省与四川盆地相邻的北部(包括遵义市、铜仁市)、与广西毗邻的东南部,以及省会城市贵州贵阳和云南昆明;高值区分布主要受人类活动、区域传输和地形所影响。季节平均表明,云贵高原东西部AOD高值的出现季节不完全同步,高原东部春季和冬季最高,高原西部春季最高,冬季最低。从相邻的两个强弱季风年来看,其与常年距平的反相位分布可能反映季风强度对气溶胶年际变化的影响。变化趋势上,高原年平均AOD呈现下降趋势,下降趋势率为-0.021/10a,但其中2001-2011年期间为波动上升,2011-2016年呈现显著下降,下降趋势率为-0.33/10a。高原东西部年AOD下降的速率有较大区别,高原东部的下降幅度明显大于西部,下降趋势率分别为-0.059/10a和-0.003/10a。

长三角一次重污染事件中气溶胶粒径谱及水溶性离子分布特征

使用宽范围颗粒粒径谱仪(Wide-range panticle spectrometer,WPS)、Andersen-Ⅱ型9级撞击采样器和离子色谱仪对南京2011年4月29日至5月8日城市大气中10 nm^10μm气溶胶数浓度谱、质量浓度及水溶性离子浓度进行观测,观测过程涵盖了生物质燃烧、新粒子生成事件(New particle formation event,NPF)、沙尘远距离输送造成的重污染事件、短时降水过程以及晴好天气。结果表明:5月1日至5日长江三角洲发生的大范围重污染事件是由生物质燃烧以及起源于我国北方甘肃、内蒙古等地的强沙尘天气远距离输送共同造成的。NPF中核模态和爱根核模态的浓度较高,可达104个/cm3;沙尘天粗模态粒子的浓度最高,可达50个/cm3。降水对大于1μm的粗粒子的清除作用较强,而对于100 nm^1μm的积聚模态粒子的清除作用较小。不同天气过程中气溶胶数浓度谱分布不同。气溶胶数浓度谱在NPF期间为单峰型分布,而在沙尘天、雨天和晴天均为双峰型分布。不同天气条件下气溶胶质量浓度谱均为三峰型分布,峰值分别位于0.6μm、3.0μm和9.5μm。不同种类水溶性离子质量浓度谱不同。不同污染过程对气溶胶质量浓度和化学组分的影响不同。生物质燃烧对小于1μm的水溶性离子的影响较大,但是对质量浓度的贡献较小。沙尘对大于2.1μm的质量浓度影响较大,对水溶性离子浓度几乎没有影响。

沙尘天气、尘卷风对沙漠地区起沙量的贡献

降尘量能很好地反映整层沙尘气溶胶的信息。基于WRF/Chem沙尘暴模式及大气边界层的观测资料,获得了包括尘卷风起沙过程的日、月和年总起沙量,进而分析它们与自然降尘量之间的关系。结果表明:(1)半定量的沙尘天气日数与逐月降尘量呈极显著的正相关,但无法更精细地量化降尘量的来源;(2)模式量化计算的沙尘天气起沙量与降尘量的变化大体一致,它对总起沙量的平均贡献率为76%;(3)尘卷风对总起沙量的贡献达到了24%,在无沙尘天气的时段,降尘量100%来自尘卷风的起沙量;(4)沙尘天气和尘卷风构成的总起沙量和降尘量在月、年变化都有极其显著的正相关,均通过了0.001极显著检验。