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南京地区大气冰核浓度特征及其与气溶胶关系的研究

作　者: 杨磊
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: 大气冰核大气气溶胶混合云室静力扩散云室
分类号: P426.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本研究利用5L混合云室以及静力扩散云室于2011年5月至12月期间在南京地区对大气冰核进行观测,结合同期气溶胶观测资料、基本气象要素资料和后向轨迹模式,研究了南京地区冰核浓度特征及其与气溶胶的关系。主要结论如下：当活化温度为-20℃时,5L混合型云室观测得到的南京地区冰核浓度(包括所有成核机制)达到20.112个/L,滤膜法采样后经过静力扩散云室得到的高水汽(计算的云室内水面过饱和度为5%)和低水汽(计算的云室内冰面过饱和度为5%)条件下冰核浓度(只包括凝华核化和/或凝结冻结核化和/或接触冻结核化)分别为0.928个/L和0.291个/L。两种云室观测原理和核化条件的差异以及仪器误差等是导致两种云室观测冰核浓度相差较大的主要因素。南京地区冰核浓度低于近年来北京、青海和沈阳等北方地区的观测结果。南京地区不同活化温度下冰核具有一致的逐日浓度变化特征。晴好条件下冰核浓度具有明显的日变化特征,下午时段冰核浓度达到全天最高值,这可能是白天近地面强湍流将地面颗粒吹到空中进而增加冰核浓度,另外也可能和人类活动和工业污染有关。活化温度为-25℃时,冰核日变化特征最为明显,其明显的日变化特征与大气中细颗粒物的生成和清除过程有关。南京地区降水过程对冰核清除作用明显。在台风过程中冰核浓度增加,这可能和大风吹起的尘土有关。南京地区冰核浓度随着活化温度降低以及过饱和度的增加而增加,温度和湿度是决定气溶胶冰相核化能力的最主要的环境因素。PM1对南京地区冰核影响的个例分析表明燃烧产物与冰核之间存在着一定的关系,PM1增加对应的冰核浓度增加。在活化温度为-20℃和水面过饱和度Sw=1%条件下,冰核浓度平均值为0.352个/L,与总气溶胶浓度(粒径范围为0.01～10μm)比值仅为4.0×10-8。对比不同气团对南京地区冰核的影响得知,南方气团中含有较多的大粒径气溶胶(粒径大于0.5μm)导致该类气团中冰核浓度最多。西北气团中冰核占气溶胶总浓度的比例最高,这可能是由于西北地区中含有冰相核化能力较强的沙尘气溶胶所致。对比污染时段与整个观测期间结果发现,来自污染期间冰核浓度更高,说明工业排放以及人类活动生成的气溶胶会增加冰核浓度。通过对比分析不同粒径段气溶胶与冰核之间的相关性,发现冰核与较大粒径气溶胶的表面积浓度相关性比较好,并且粒径大于0.5pm的气溶胶对冰核的贡献更大。通过拟合得到活化温度和大于0.5μm气溶胶数浓度共同计算冰核浓度的经验公式。

全文目录

摘要  7-9
Abstract  9-11
第一章绪论  11-21
  1.1 研究意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-19
    1.2.1 国外冰核观测研究进展  12-16
    1.2.2 国内冰核观测研究进展  16-19
  1.3 研究目的和研究内容  19-21
    1.3.1 研究目的  19
    1.3.2 研究内容  19-21
第二章观测仪器、资料及分析方法介绍  21-33
  2.1 观测地点介绍  21
  2.2 观测仪器及方法  21-31
    2.2.1 5L混合云室  21-24
    2.2.2 静力扩散云室  24-28
    2.2.3 冰核实验设计  28-30
    2.2.4 气溶胶仪器介绍  30
    2.2.5 后向轨迹模式  30-31
    2.2.6 火点资料介绍  31
  2.3 本章小结  31-33
第三章南京地区大气冰核浓度的测量及分析  33-45
  3.1 冰核浓度的月变化及与其他类似观测对比  33-35
  3.2 冰核浓度日际变化  35-38
  3.3 冰核浓度逐时变化  38-39
  3.4 大气冰核与活化温度的关系  39-41
  3.5 PM_1增加对冰核影响的个例分析  41-43
  3.6 本章小结  43-45
第四章南京地区冬季大气冰核与气溶胶关系的研究  45-53
  4.1 冰核和气溶胶的数浓度特征  45-46
  4.2 气团轨迹与冰核浓度之间的关系  46-48
  4.3 气溶胶与冰核的相关性分析  48-51
  4.4 本章小结  51-53
第五章总结与展望  53-57
  5.1 主要结论  53-54
  5.2 本文特色  54
  5.3 不足之处与研究展望  54-57
参考文献  57-67
作者简介、参加科研项目和发表的论文  67-69
  作者简介  67
  发表论文情况  67-69
致谢  69

南京地区大气冰核浓度特征及其与气溶胶关系的研究

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