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基于机载测量资料的气溶胶和云微物理特征研究

作　者: 吕玉环
导　师: 金莲姬
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: 飞机探测气溶胶云微物理特征
分类号: P426
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

气溶胶和云是大气水循环和全球辐射平衡中重要的组成部分,影响着天气、气候及环境。气溶胶和云的相互作用尤为复杂,是气候模拟中不确定性最大的因素。气溶胶粒子的尺度分布、化学组分和混合状态都会对云微物理特性产生影响。本文利用在内蒙古通辽地区进行的飞机探测资料,统计分析了2009-2011年共41架次的气溶胶和云微物理资料,重点分析了该地区的云微物理特性、气溶胶和CCN的空间分布特征,以及两者之间的相互作用关系。结果表明：观测的0.1～3μm的气溶胶粒子的数浓度垂直廓线表明,该地区该粒径段气溶胶数浓度相对较低(约1800cm-3)。气溶胶平均有效直径De从近地面到高空有一定的衰减(特别是在边界层内),但基本维持在0.4μm附近。此外,还利用两个不同天气条件下的垂直探测资料,分析了CCN与过饱和度的关系。飞机观测、HYSPLIT模式模拟以及MODIS卫星数据结果都表明,在污染条件下,来自通辽南部的污染气团使得在近地层气溶胶数浓度较高(1000-2500cm-3),有效直径约为0.15μm。污染条件下,CCN数浓度(Nccn)与气溶胶数浓度(NAP)呈正比关系,当过饱和度为0.4%和0.6%时,(NCCN)与NAP的比值分别为0.74和0.93。通过对比表明,在相对污染条件下,来自北京天津等大城市的污染物中含有很多人为污染气溶胶,这将降低气溶胶作为CCN的比例。不同云型的平均云滴数浓度Nc(cm-3)可按大小排序为Sc(454.55±397.39)>Cu(142.3±163.12)>As(134.73±205.49)>Ns(125.11±147.23)>Ac(101.28±118.76)。降水性云(Ns, As和Sc)的Nc值一般跨度范围较大,且累积概率的减小幅度较为平缓。降水性云(Sc, Ns和As)的平均液态含水量(LWC)比非降水云(Ac和Cu)要大,As和Ns的LWC多介于0.01-0.3g m-3之间。不同云型的平均Dm特征与De类似,有较大Nc的云类,一般云滴尺度小,平均De的大小顺序是Ns>As>Ac>Cu>Sc。降水性云中与非降水性云中相比具有较多的大云滴,因此有利于降水的形成。此外,各类云滴谱的相对离散度在Nc较小时分布较为分散,随着Nc的增加,相对离散度收敛到0.3-0.6,最终各类云相对离散度都收敛到0.4附近。从云外到云内,气溶胶数浓度(Na)均表现出递减的趋势,而Nc和LWC则表现为递增的趋势,污染情况相比清洁情况以上变化趋势更加明显。由于夹卷、乱流和蒸发作用,云的侧边界的Na和LWC较云内小很多。云滴数浓度均方差普遍表现为云内比云过渡带要大,说明积云内部起伏很大。云对气溶胶的湿清除作用主要集中在小于0.4μm粒子段。污染情况比清洁情况下云对气溶胶的清除作用要强。不同天气下云滴谱的水平分布差别较大。污染情况云滴谱的水平分布较为均一,云侧边界的夹卷作用对云滴谱的影响很小,形成的云滴谱型很窄。清洁情况云滴谱变化较大,云内比云侧边界形成更多的大滴,谱型较宽,云侧边界的夹卷作用对云滴谱的影响较大。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
第一章绪论  8-18
  1.1 本文研究意义  8-9
  1.2 国内外研究进展  9-15
    1.2.1 云微物理研究现状  9-11
    1.2.2 云和气溶胶相互作用研究现状  11-15
  1.3 本文研究目的和内容  15-18
第二章观测情况及数据处理方法  18-26
  2.1 观测地点和飞行情况介绍  18-20
    2.1.1 观测地点介绍  18-19
    2.1.2 飞行方案介绍  19-20
  2.2 观测仪器介绍  20-22
  2.3 观测数据的处理  22-23
    2.3.1 云数据筛选与处理  22-23
    2.3.2 气溶胶数据的筛选与处理  23
  2.4 HYSPLIT模式简介  23-26
第三章气溶胶特征的统计分析  26-40
  3.1 气溶胶总体特征  26-30
    3.1.1 气溶胶数浓度分布特征  26-28
    3.1.2 气溶胶尺度分布特征  28-30
  3.2 晴空气溶胶分层探测  30-33
  3.3 气溶胶对CCN分布的影响  33-39
    3.3.1 污染情况  33-35
    3.3.2 清洁情况  35-36
    3.3.3 气溶胶的输送  36-38
    3.3.4 气溶胶和CCN的关系  38-39
  3.4 本章小结  39-40
第四章暖云微物理特征的统计分析  40-50
  4.1 云滴微物理特性的统计  40-41
  4.2 云滴数浓度  41-44
  4.3 液态水含量  44-45
  4.4 云滴尺度  45-46
  4.5 云滴谱相对离散度  46-47
  4.6 本章小结  47-50
第五章云对气溶胶的清除  50-62
  5.1 天气分类  50-51
  5.2 气溶胶和云的统计特征  51-57
    5.2.1 数据筛选  51-52
    5.2.2 数据统计特征  52-55
    5.2.3 气溶胶的来源分析  55-57
  5.3 云内谱分布  57-58
  5.4 穿云过程中气溶胶和云数浓度谱分布变化  58-60
  5.5 本章小结  60-62
第六章主要结论与展望  62-64
  6.1 本文主要结论  62-63
  6.2 本文创新点  63
  6.3 本文的不足与工作展望  63-64
参考文献  64-72
个人简介  72-74
致谢  74

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