阴天条件下河北地区大气气溶胶粒子分布特征分析

阴天条件下河北地区大气气溶胶粒子分布特征分析
孙玉稳李云川
（河北省人工影响办公室，石家庄，050021）
摘要
本文利用2007年春季在河北省中南部地区2架次飞机探测资料分析了该地区阴天情况下大气气溶胶粒子浓度和谱的分布特征，结果表明：南支槽和华北低涡天气系统下气溶胶粒子浓度随高度的增加总的趋势是减小的，但如果高空有卷层云存在时，出现随高度增加而增加的现象。

逆温层底存在气溶胶和云滴的明显累积。

受复杂天气系统的影响，气溶胶粒子谱由于上升气流或乱流的扰动，呈多峰型分布。

关键词：河北，大气气溶胶，粒子谱，观测
1、引言
大气气溶胶即悬浮在大气中的液态或固态颗粒物，区域大气气溶胶分布特征受污染物排放、区域内地貌特征、地表植被、区域气候特征和天气状况等因素影响。

同时气溶胶又影响了局地大气环境质量和气候变化，它通过降低能见度、甚至直接危害人们健康而影响大气环境质量，而且它作为云凝结核改变云的微物理特性，影响云的生成和发展，对降水的形成和发展有重要影响，因此，大气气溶胶的特性及其分布特征对研究污染物排放、输送及云降水物理过程具有非常重要的意义。

国外上世纪六十年代就对大气气溶胶进行了飞机采样探测，并取得了大量研究成果。

河北省人工影响天气办公室结合飞机人工增雨作业及大气探测在河北省中南部地区多次进行了大气气溶胶飞机观测。

本文利用2007年春季在河北省中南部地区2架次飞机探测的资料分析了该地区阴天条件下大气气溶胶粒子浓度与谱的分布特征。

2、观测设备和探测资料
观测使用的飞机是夏延ⅢA, 加装探测仪器后最大飞行高度8000m。

机上装载了由美国PMI公司生产的气溶胶粒子探头PCASP-100X、前向散射滴谱探头FSSP-100-ER、二维灰度云粒子探头OAP 2DGA-2和二维灰度降水粒子探头OAP 2DGB-2，其中气溶胶粒子探头PCASP-100X的测量范围是直径0.1～3 µm。

起降机场是石家庄正定民航机场。

本文根据2007年4月14日的一次南支槽天气过程和4月15日的一次华北低涡天气过程的2架次飞行资料，结合其他相关观测，对河北省中南部春季阴天天气状况下大气气溶胶的特征进行了分析和探讨。

2架次飞行个例的详细情况见表1.
表1飞行个例详细情况表
Table 1 The information of two flights
时间 起止时间 飞行区域 天气系统 系统部位 2007年4月14日 18：37-21：37 石家庄、邢台、邯郸 南支槽 槽前 2007年4月15日 12:41-14:54 石家庄、邢台、邯郸、保定 华北低涡 后部
3、天气形势分析
14日20时500hPa图上（天气图略），河北西南部经河南西北部到湖北西部有一短波槽；在同一时刻的850hPa图上，山西南部到河北西南部为一低涡，从低涡中心向东有一偏东风与东南风的切变；地面图上，14日20时，河北中南部地区为长江流域向北伸展的低压倒槽前部控制。

飞机观测时天气状况为阴天，23时开始降水。

15日08时500hPa图上，河北中南部为一闭合低涡，低涡从500～925hPa依次向东南方向排列存在，石家庄处于低涡后部。

飞机观测时石家庄实况为阴天。

４、气溶胶的分布特征　
4.1 气溶胶粒子浓度的垂直分布
图1 气溶胶粒子浓度、温度和云滴浓度的垂直分布
Fig.1 V ertical distribution of aerosol particle concentration，cloud droplet concentration and temperature 图1给出了2007年4月14日和15日2架次飞行中PCASP-100X气溶胶探头得到的气溶胶粒子浓度的垂直分布。

图1还给出了机载温度探头观测的大气环境温度廓线和15日FSSP-100-ER 探头观测到的云滴（2～47µm）浓度的垂直分布。

利用14日飞机下降阶段的资料（21：13：04～21：38：04）给出了PCASP探头得到的气溶胶粒子浓度和大气环境温度的垂直分布。

该时段飞机从石家庄7034m高度下降到正定机场，飞行观测记录为飞机从卷云中开始下降，4200m出云。

从图1a中可以看出，14日在900～2260m高度层气溶胶粒子浓度较高，平均为2905cm-3。

对照图1b，14日在2600m到2850m高度出现弱逆温层，逆温层厚250m，逆温层阻碍气溶胶粒子的向上传输，在逆温层以下气溶胶粒子浓度较高，逆温层以上气溶胶粒子浓度迅速减小，直到4200m 进入卷云云底。

2850～4200m气溶胶粒子平均浓度为2550cm-3，在卷云中的气溶胶粒子浓度由4200m的240cm-3开始随高度增加而增加，在6200m达到最大值1330cm-3，然后随高度增加气溶胶粒子浓度逐渐减少。

利用15日飞机上升阶段的资料（12：49：50～13：01：40）给出了PCASP探头得到的气溶胶粒子浓度、大气环境温度、云滴浓度的垂直分布。

该时段飞机从机场起飞上升到平山。

从图1c中可以看出，本次垂直飞行穿越两层云，一层为1800m 到2400m，云厚600m；另一层为3160m 到3390m，云厚230m。

从图1b 中可以看出，在3200m到3282m 和3977m到4012m 高度层分别出现弱逆温层，逆温层厚为82m 和35m。

气溶胶粒子浓度整体垂直分布为随高度呈递减趋势，在低层600m 高度其浓度值最高，为1582cm-3。

在云内，气溶胶粒子浓度随高度增加，然后再减少。

由于云层较薄，上升气流很弱，在云层内气溶胶粒子浓度变化不大。

因此云内弱逆温对气溶胶浓度的影响也不大。

4.2不同高度下的气溶胶粒子谱
Fig.2 Aerosol spectrum at different altitudes
图4.2给出了14日和15日2架次飞行观测得到的不同高度下的气溶胶粒子谱。

从图2可以看出，阴天情况下不同高度气溶胶粒子谱呈多峰型分布。

主峰粒子直径为0.35µm左右，次峰峰
值直径出现在0.8µm左右。

低层粒子谱比较宽，随着高度增加，人类活动的影响相对减少，粒子
谱逐渐变窄。

其中14日4200m 进入卷云，由于乱流和上升气流较强，气溶胶粒子浓度迅速增加，主要体现为小于1µm粒子的明显增多。

5、结论
阴天条件下河北省中南部地区春季气溶胶粒子浓度与粒子谱分布特征和变化趋势受污染物排放、区域地表状况、大气层结、环流和气候变化的影响，主要表现以下特征： 1南支槽和华北低涡天气系统下气溶胶粒子浓度随高度的增加总的趋势是减小的，但如果高空有高云存在时，有气溶胶粒子增加现象。

逆温层底存在气溶胶粒子的明显累积。

2受复杂的天气系统影响，气溶胶粒子谱由于上升气流或乱流的扰动，呈多峰型分布。

3 今后将结合有关观测资料对阴天条件下气溶胶粒子的分布特征进行更深入的分析。

参考文献：略。