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华北平原气溶胶时空分布特征和云微观结构观测分析

作　者: 孙霞
导　师: 银燕
学　校: 南京信息工程大学
专　业: 大气物理学与大气环境
关键词: 华北气溶胶云云凝结核微物理特征
分类号: P426
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本文基于2006～2010年河北省人工影响天气办公室机载粒子仪器探测数据,并结合同期气象要素观测资料,对华北平原上空的气溶胶和云凝结核(CCN)分布特征以及云微物理结构等进行了综合分析。利用机载气溶胶粒子探头(PCASP-100X)的气溶胶探测数据,结合NCAR/NCEP逐日再分析资料和天气形势,分析了华北平原上空气溶胶数浓度的垂直分布及季节变化特征,计算并讨论了气溶胶垂直分布标高及其季节变化特征,探讨了天气形势和气象要素对气溶胶垂直分布的影响。我们把地面的气溶胶根据其浓度分为0～5×103cm-3、5×103～10×103cm-3、10×103～15×103cm-3三个类别。分析结果显示,不同天气形势下气溶胶的垂直分布出现了三种分布形势,分别为指数递减型(ED)、近地面气溶胶层型(SAL)和边界层气溶胶层型(BAL),春、夏、秋季的气溶胶标高平均值分别为1.0、1.6、1.0km；风速大小与近地面气溶胶数浓度有很好的负相关性,降雨对气溶胶有明显清除作用；边界层高度和对流稳定度与气溶胶垂直分布也密切相关。利用7架次飞机探测数据对华北平原上空云滴和云凝结核(CCN)进行了个例分析。研究发现,云层的计算含水量(LWC)量级较小,平均值范围为0.03～0.14g.m-3；CCN数浓度的峰值位置对应云滴浓度的谷值位置,穿云时CCN浓度明显减少,此时云中的一部分CCN活化成云滴,造成云内外CCN的显著差异。石家庄上空的CCN具有典型的大陆性特征。利用CCN计数器探测数据,分析了不同下垫面和不同天气状况下CCN垂直分布和CCN在600m高度上的过饱和度谱分布。研究发现,以邢台和邯郸为例,位于工业区下风向地区的CCN数浓度均高于石家庄,尤其是距离石家庄较近的邢台,而在0.1%、0.3%、0.5%和1.0%过饱和度下,石家庄上空的CCN数浓度分别为曹妃甸上空的6.15、4.08、2.69和3.39倍；石家庄地区晴天、多云和霾天气下CCN过饱和度谱分布拟合(N=CSk)系数k值的平均值分别为1.24、0.93和0.90。利用机载前向散射滴谱探头(FSSP-100-ER)的云微物理探测资料分析了2006～2010年间不同类型云的微物理特征。研究发现云滴数浓度(Nc)从大到小的类型依次是层积云(Sc)、淡积云(Cu)、积雨云(Cb)、雨层云(Ns)、层云(St)、高层云(As)和高积云(Ac)；有效半径比率(β=Re/Rv)、k(k=Rv3/Re3)值分别取1.231、0.566能较好的代表各种云的平均状况；随着Nc的增大,云滴谱离散度(ε)和p值分别趋近于0.4和1.2,即在云滴数浓度较大时,ε和β的取值对评估数值模式间接效应的不确定性降低。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
第一章绪论  8-13
  1.1 研究意义  8-9
  1.2 国内外研究进展  9-11
    1.2.1 大气气溶胶垂直分布研究进展  9-10
    1.2.2 云微物理特征分布研究进展  10-11
    1.2.3 气溶胶对云的影响研究进展  11
  1.3 研究内容  11-13
第二章观测区域和数据介绍  13-18
  2.1 观测区域  13-14
  2.2 观测仪器  14-15
  2.3 资料处理方法  15-18
第三章华北平原陆地上空气溶胶的垂直分布和季节变化  18-32
  3.1 观测资料  18-19
  3.2 结果分析  19-30
    3.2.1 气溶胶垂直分布季节变化  19-20
    3.2.2 近地面气溶胶分布类型  20-22
    3.2.3 气溶胶垂直分布类型个例分析  22-25
    3.2.4 气溶胶谱分布的统计特征  25-29
    3.2.5 指数分布型下的气溶胶标高分析  29-30
  3.3 小结  30-32
第四章华北平原上空CCN分布特征分析  32-42
  4.1 CCN分布特征的个例分析  33-36
    4.1.1 飞行概况  33-34
    4.1.2 CCN垂直分布  34-35
    4.1.3 CCN水平分布  35-36
  4.2 CCN分布特征的统计分析  36-41
    4.2.1 不同地区的CCN垂直分布  36-37
    4.2.2 不同天气状况下的CCN垂直分布  37-38
    4.2.3 CCN的谱分布  38-41
  4.3 小结  41-42
第五章华北平原上空云微物理结构分析  42-54
  5.1 数据和方法  43-44
  5.2 云滴分布特征个例分析  44-47
    5.2.1 云雾滴的分布特征  44
    5.2.2 云粒子的微物理参量  44-45
    5.2.3 云粒子的时空分布特征  45-47
  5.3 暖云微物理参数的统计特征  47-49
  5.4 云滴有效半径的参数化  49-52
  5.5 小结  52-54
第六章结论与展望  54-57
  6.1 结论  54-56
  6.2 论文特色与创新点  56
  6.3 研究展望  56-57
参考文献  57-63
作者简介  63-65
鸣谢  65

华北平原气溶胶时空分布特征和云微观结构观测分析

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