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山西夏季气溶胶空间分布飞机观测研究

2014-05-09李军霞李培仁李润君晋立军

中国环境科学 2014年8期
关键词:气溶胶峰值模态

李军霞,银 燕,李培仁,李润君,晋立军,李 劲

(1.南京信息工程大学,中国气象局气溶胶-云-降水重点开放实验室,江苏 南京210044;2.山西省人工降雨防雹办公室,山西 太原030032;3.北京师范大学,全球变化与地球系统科学研究院,北京100875;4.安徽省气象台,安徽 合肥230031)

山西夏季气溶胶空间分布飞机观测研究

李军霞1,2,银 燕1*,李培仁2,李润君3,晋立军2,李 劲4

(1.南京信息工程大学,中国气象局气溶胶-云-降水重点开放实验室,江苏 南京210044;2.山西省人工降雨防雹办公室,山西 太原030032;3.北京师范大学,全球变化与地球系统科学研究院,北京100875;4.安徽省气象台,安徽 合肥230031)

以搭载了多种气溶胶观测仪器的飞机为观测平台,在2013年夏季首次对山西中部地区霾日及晴空大气气溶胶空间分布特性进行了观测,得到气溶胶粒子数浓度和尺度的垂直分布廓线以及不同高度气溶胶粒子谱分布特征.研究发现,山西夏季非降水天气条件下气溶胶粒子以核模态和积聚模态的细粒子为主,粗粒子很少.霾日气溶胶数浓度是晴空的2~3倍,主要是核模态的小粒子;气溶胶粒子数浓度随着高度逐渐减小,低空存在气溶胶累积区,逆温层的存在是导致气溶胶累积区形成的主要原因;气溶胶粒子尺度随高度增加,大粒子主要分布在2500m以上的高空;不同高度上的气溶胶粒子谱均呈双峰或三峰分布,谱型基本一致,从近地面到5000m高空,气溶胶粒子谱随高度的增加略有展宽.观测区域气团后向轨迹模拟结果显示,4000m以上高空气溶胶粒子主要是从中国西北地区远距离输送而来,3000m以下气溶胶粒子则主要来源于近地面排放.

气溶胶特性;飞机观测;山西地区

气溶胶是指大气与悬浮在其中的固体和液体微粒共同组成的多相体系.气溶胶在大气成分中含量很少, 但其对于天气、气候系统以及大气环境的影响不容忽视.随着科技的进步,各种先进的气溶胶探测卫星以及各种气溶胶地面观测网络的建立,对于深入研究气溶胶理化特性、光学特性以及气溶胶对环境和气候的影响提供了有力的支持.

在对于气溶胶的观测中,飞机是最直接的观测方式之一.通过在飞机上搭载各种气溶胶观测设备可在目标区域内直接获取气溶胶的空间分布状况,可补充地面观测与卫星观测所无法涉及的一些空间区域,因此飞机观测成为气溶胶观测研究十分重要的手段.Rosenfeld 等[1-3]利用TRMM数据和飞机观测数据研究了印度尼西亚上空烟尘粒子以及澳大利亚城市上空污染气溶胶对云的影响.Snide等[4]通过分析 ACE-2试验的观测资料,认为相对湿度对气溶胶粒子的大小分布有重要影响.近年来,国内在气溶胶特性研究等方面做了大量的观测实验,产生了许多研究成果[6-18].Zhang等[6-7]分析了2005和2006年北京春季气溶胶垂直分布廓线后指出,气溶胶的垂直分布与气象条件有密切的关系.Liu等[10]研究了北京地区大气气溶胶的垂直分布状况及其光学特性,给出了北京地区气溶胶垂直廓线参数化方案.孙霞等[12]利用2006年和2007年河北省机载粒子观测系统(PMS)获得的飞行观测资料,分析了石家庄地区春季上空气溶胶粒子的分布特征.范烨等[14]分析了北京及周边地区的气溶胶飞行观测资料,发现气溶胶数浓度在阴天情况下最大,晴空最小,气溶胶粒子谱呈单峰结构,逆温层底存在明显的气溶胶积累.

然而截至目前,气溶胶在大气中的垂直分布状况依然是气溶胶观测的难点.IPCC第4次评估报告(2007)[5]指出,气溶胶的垂直分布状态对于评估和计算气溶胶对气候的直接与间接辐射强迫有巨大的影响,对流层低层气溶胶的垂直分布状态仍然存在很大的不确定性.气溶胶数浓度以及气溶胶粒子尺度的时空分布是评估大气污染状况以及研究气溶胶与云相互作用的关键因子.气溶胶垂直观测最直接的方法是利用观测飞机直接获取不同高度的数据,但是因为飞机观测需要很高的费用,并且受空域限制,因此此类观测研究在国内外均还很缺乏.

山西省地处黄土高原东部,是我国的能源重化工基地,当地的大气环境、大气颗粒分布状况、气溶胶对天气、环境和气候的影响越来越受到人们的关注.山西地区气溶胶在大气中的时空分布特征、气溶胶与近地面大气层结的相互作用以及气溶胶浓度和成分的改变是否会对云和降水产生影响是进一步研究山西省的天气、气候和环境变化的重要因素.目前国内对于气溶胶垂直特性的飞机观测大多是采用机载被动腔气溶胶探头PCASP-100作为主要的观测设备,该仪器主要观测对象是积聚模态的气溶胶粒子,而对于核模态以及粗粒子模态的气溶胶的飞机观测则几乎没有.2013年7月起,以山西省人工增雨用Y-12飞机为观测平台,搭载了多种气溶胶观测仪器,可观测10nm~20μm范围内的气溶胶粒子,几乎覆盖了全谱段的气溶胶粒子信息,首次对山西中部地区大气气溶胶特性开展了飞机观测,获取了宝贵的观测资料.本文选取了2013年7月31日、8月2日、3日、4日连续4次飞机观测获取的气溶胶数据,对山西省中部地区夏季非降水日大气气溶胶的时空分布特征进行了统计和分析,重点分析了气溶胶在晴、霾天条件下的垂直分布特征以及与大气温度层结的关系,并且分析了不同高度从核模态到粗粒子模态的全谱段的气溶胶谱分布特征以及气溶胶的来源,通过上述研究初步给出了山西中部地区夏季气溶胶空间分布状况,以期对天气和环境预报以及气溶胶和云数值模拟提供实测依据.

1 观测区域及观测仪器

本次观测实验区域是山西中部地区,飞机起降机场为太原武宿机场(海拔778m),飞行观测区域主要为太原和文水上空(见图1).以山西省人工增雨用Y-12飞机作为气溶胶空中观测平台,飞机上搭载的气溶胶观测仪器包括美国DMT公司的被动腔气溶胶探头 PCASP-100X(30 通道, 观测粒径范围:0.1~3μm);美国TSI公司的3034型扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪(简称SMPS,54通道,观测粒径范围:10~469nm,最大颗粒物检测浓度:2.4×106个/cm3);3321型空气动力学粒径仪(简称 APS,52通道,观测粒径范围:0.5~20μm,最小可测量浓度0.001个/cm3;最大颗粒物检测浓度:1000个/cm3);高精度温湿度探头ZZW-1型总温测量仪和 GWS—1湿度测量仪,用于测量大气温度和湿度;GPS定位仪,用于测量飞机的地理位置信息.

图1 观测区域示意Fig.1 Observation region

为保证观测仪器的数据质量,观测实验开始前,专门针对PCASP、SMPS、APS进行了仪器标定和观测数据对比订正.本文采用各个仪器运行稳定后的数据进行分析,对于 PCASP的气溶胶数据,因其第一档(bin1)数据尺度范围不好确定且受到仪器信号噪音影响较大,因此在数据选取时不采用该档数据;对于SMPS数据,从其第5档数据开始(0.013~0.469µm)采用,所有气溶胶总浓度和有效直径都分别重新进行了计算.

2 飞行概况

选取2013年7月31日、8月2日、3日、4日4次飞行观测资料,观测区域为山西省中部的太原(112.55°E,37.867°N,海拔高度778m)和文水(112.14°E,37.26°N,海拔高度780m)地区,飞机从太原武宿机场起飞至文水上空,从特定高度开始以一定的高度间隔(300m)盘旋下降,每一个高度层飞行时间约为5min,这样可同时获取到不同高度层气溶胶的水平分布和整个高度层内垂直分布状况.飞行详细实况见表1.

表1 气溶胶观测飞行概况Table1 Summary of the flights

3 结果与分析

3.1 统计分析

根据观测实验所选择的不同仪器的测量范围、分档粒径以及不同的采样时间间隔,对4次飞行观测获取的气溶胶数据进行了重新计算和相互订正.为方便于不同观测仪器的数据整合,依据观测到的气溶胶粒子尺度大小,将气溶胶粒子划分为3个模态(核模态:0.01μm3μm.D:粒子直径)进行统计和分析.其中,核模态气溶胶信息来源于 SMPS,积聚模态气溶胶信息来自PCASP-100X,粗粒子模态气溶胶采用APS的观测数据.

从表2来看,核模态气溶胶粒子数浓度最大值出现在7月31日,达到了42689个/cm3,平均值为8334个/cm3.高浓度核模态细粒子的存在导致当日能见度较差.8月2日,核模态的气溶胶粒子数浓度最大值较7月31日明显降低,约为1.0×104个/cm3,平均值为2.0×103个/cm3.8月3日和4日,气溶胶粒子数浓度较8月2日又略有升高.综合4次的观测数据来看,核模态气溶胶粒子数浓度均明显高于积聚模态和粗粒子模态气溶胶粒子数浓度.因此核模态气溶胶对气溶胶总浓度贡献最大.并且,从统计数据来看,大于3µm的粗粒子模态气溶胶粒子非常少.结合观测日天气条件分析,7月31日,观测区域内为霾天,气溶胶粒子数浓度特别是核模态气溶胶粒子数浓度非常大,约为非霾日核模态气溶胶粒子数浓度的2~3倍.7月31日傍晚和8月1日,太原及周边地区有阵性降水出现,8月2日观测区域内有少量淡积云,8月3日和4日均为晴朗无云的天气.从统计结果来看,由于降水对于气溶胶粒子的湿清除作用以及云对气溶胶粒子的消耗,使得8月2日气溶胶粒子数浓度有明显的降低,并且降水对于小粒子的清除作用相对更为明显.综合分析3个气溶胶观测仪器的结果,SMPS和PCASP观测到的气溶胶粒子数浓度很高,而APS观测到的粗粒子模态的气溶胶粒子非常少.因此,山西中部地区夏季非降水天气条件下气溶胶粒子多为核模态和积聚模态.

表2 不同模态气溶胶粒子数浓度统计Table2 Statistical results of aerosol number concentrations for different modes

3.2 气溶胶数浓度、粒径的分布特征

选取2013年7月31日和8月2~4日的观测数据,分析每一次观测时段内飞行海拔高度和不同仪器观测到的气溶胶粒子数浓度随时间的变化.图2为2013年7月31日、8月2~4日SMPS、PCASP、APS观测的气溶胶粒子数浓度与飞行高度随飞行时间的分布,图中实线加圆点、实线加方块、实线加三角形标识分别代表 PCASP、SMPS、APS观测的气溶胶粒子数浓度,虚线加米字标识代表观测飞机飞行海拔高度轨迹.从四幅图中均可以直观的看出气溶胶粒子数浓度与飞行高度呈反相关,随着飞行高度的增加,各个仪器观测到的气溶胶粒子数浓度都明显减小.例如,在7月31日的图中,从飞机起飞至第1次到达最高点,气溶胶粒子数浓度急剧减小,在地面,气溶胶粒子浓度(除APS)量级为103~104个/cm3,当飞机至最高点(约3000m以上)时,气溶胶粒子浓度量级降至102个/cm3.飞机在文水区域盘旋下降时,在每间隔300m高度做水平盘旋飞行(轨迹中的阶梯).可以看到,在每个水平飞行时段,对应的气溶胶粒子数浓度变化很小,而当飞机下降或上升至下一个高度的时间段,气溶胶粒子数浓度变化明显.另外,从4次观测不同的观测仪器获取的气溶胶粒子数浓度信息可以看出,由SMPS观测到的细粒子数浓度最大,PCASP观测得到的积聚模态的气溶胶粒子数浓度略小,而由APS观测到的粗粒子数浓度则非常小,平均量级仅有10个/cm3,并且3个仪器观测的气溶胶数浓度随高度的变化趋势一致性较好.

选取2013年7月31日和8月2~4日的观测数据,分析每一次观测时段内飞行海拔高度和不选择4次飞机观测过程中从起飞至飞行到最高点时PCASP观测的气溶胶数据(分别为7月31日10:38~11:32、8月2日15:05~16:03、8月3日09:52~10:31、8月4日11:00~11:39),分析积聚模态气溶胶在垂直方向的数浓度和粒子尺度的分布状态,并且结合相同时段内温度的垂直分布状况研究了两者之间的关系.图3为气溶胶粒子数浓度和粒子尺度的垂直分布廓线,图4为相同观测时段内温度的垂直廓线.

从图3可以看出,在飞机起飞之前刚开始观测的时段内,地面气溶胶粒子浓度非常大,随着观测设备的逐渐稳定,气溶胶粒子浓度逐渐减小.4次飞行观测中,从地面(海拔778m)至1200m左右,气溶胶粒子数浓度逐渐增大,达到一个峰值之后随高度急剧降低.气溶胶粒子数浓度的第一个峰值区位于海拔1200~1500m,形成一个明显的近地层气溶胶累积区.例如,在7月31日的观测中,气溶胶粒子数浓度最大值为5436个/cm3,位于海拔1100m;8月2日,气溶胶粒子数浓度最大值出现在1300m,最大数浓度值为4914个/cm3;8月3日,气溶胶数粒子浓度最大值为3493个/cm3,位于1100m;8月4日,气溶胶粒子浓度最大值为5630个/cm3,出现在1100m左右.并且,4次观测中,气溶胶粒子数浓度在高空均出现了第2个峰值区,8月3日,气溶胶在高空的累积区出现在2000m左右,其余3天气溶胶数浓度的高空峰值都出现在3000m以上.从飞行观测的宏观记录来看,在对应于高空气溶胶累积区的3000m左右高度存在一层近似灰霾的稳定层.

图2 4次飞行SMPS、PCASP、APS观测的气溶胶粒子数浓度以及飞行高度的时间序列分布Fig.2 The time sequences of aerosol number concentration from PCASP, SMPS, APS with flight altitude

气溶胶有效直径(ED)是研究气溶胶特性的另一个重要参数,它代表了气溶胶粒子尺度大小的平均状态.从图3可见,气溶胶粒子有效直径随高度的增加而逐渐增大,气溶胶粒子有效直径在垂直方向上也存在两个峰值,大粒子多集中在2500m以上的高空.从地面起,第1个粒径峰值区出现在2500~3000m,第2个出现大的气溶胶粒子的区域在3500m高度以上.例如,7月31日,气溶胶粒子有效直径最大值为0.78µm,出现在2413m;8月2日,气溶胶粒子有效直径最大值为1.7µm,出现在4832m;8月3日,气溶胶粒子有效直径最大值出现在3922m,为0.84µm;8月4日,气溶胶粒子有效直径最大值为0.61µm,出现在3000m左右.

综合4次观测的气溶胶粒子数浓度和粒子尺度的垂直分布来看,细粒子对于气溶胶总浓度的贡献较大,分布在近地层的大气中,粒径较大的气溶胶粒子多分布在高层,且浓度很低,在气溶胶总浓度中只占很小的比例.由于观测的4天均为非降水天气,大气层结比较稳定,低层的细粒子多来源于地面污染物的排放,而高空少量的大粒子则可能为经远距离输送而来的沙尘等.

一些飞机观测研究表明,气溶胶的垂直分布与边界层结构非常密切.边界层顶有逆温层存在时,在边界层内气溶胶数浓度均匀分布,在边界层之上迅速递减[14].图4为4次观测过程中大气温度随高度的分布状态.在海拔1200~1500m 之间,7月31日存在一个弱的逆温层,而8月2日、3日和4日,逆温层结构非常明显.对照图3,在1200~1500m之间,正好对应于气溶胶粒子数浓度的大值区,因此边界层顶部逆温层的存在可能是导致气溶胶粒子在逆温层底形成累积区的主要原因.另外,从飞机观测宏观记录来看,4次的观测飞行中均发现在2000~3200m之间,存在一层像霾的稳定的气溶胶累积层,呈现灰蓝色.对照温度的垂直廓线发现,7月31日,在2200m左右存在一个弱的高空逆温层,8月3日高空逆温层出现在2700左右;特别是8月4日,温度廓线分别在1300m左右、2100m左右、2600m左右出现了3个逆温层,而在气溶胶数浓度的垂直廓线中(图3d),可以看到3个数浓度的峰值区与这3个逆温层的位置有较好的对应.高空逆温层的存在,致使高空也存在相对稳定的大气层结,使得气溶胶的垂直输送受到阻碍,在高空形成气溶胶的累积层.因此,通过对观测时段内温度垂直廓线以及气溶胶数浓度垂直廓线的对比,发现逆温层的存在对于气溶胶积累区的形成有重要的影响,气溶胶的垂直分布状态与天气条件密切相关.

图3 气溶胶粒子数浓度和有效直径的垂直廓线Fig.3 The vertical profiles of aerosol number concentration and effective diameter

图4 2013年7月31日、8月2日、3日、4日温度垂直廓线Fig.4 Vertical profiles of temperature on31July,2August,3August and4August,2013

3.3 气溶胶平均谱分布特征

大气气溶胶包含多种不同尺度不同成分的粒子,描述气溶胶粒子分布的一个重要的物理量是其数浓度随粒子尺度的分布,称为粒子谱分布.不同地区不同环境下的气溶胶粒子会有不同的谱分布,由于大气条件的变化,会改变粒子的吸湿、碰并、凝结等微物理过程,从而使粒子谱发生变化.气溶胶粒子谱分布是决定气溶胶在大气中的传输、寿命以及光学特性的重要因素之一.以往针对于气溶胶粒子谱分布的数据多是来源于 PCASP,而该仪器只能给出积聚模态气溶胶(0.1μm

图5 不同高度气溶胶粒子谱分布特征Fig.5 Average spectrum distribution of aerosol particles at different height

从气溶胶粒子平均谱分布图可以直观的看出,在海拔2000m以下[图5(a),(b)],气溶胶粒子数浓度非常大,达到104个/cm3的量级,并且核模态的小粒子占据了气溶胶总浓度的绝大部分.1000m以下,核模态气溶胶粒子数浓度峰值出现在对应直径为0.05μm处,说明在地面之上的300m范围内,多为0.05μm左右的细粒子.积聚模态尺度范围内的气溶胶粒子数浓度峰值出现在对应粒径为0.8μm处,而大于1μm的粗粒子谱连续且平滑,没有明显的峰值.贴地层气溶胶粒子谱分布大致呈双峰分布,两个峰值分别位于核模态和积聚模态气溶胶尺度内.1000~2000m 高度内[图5(b)],对应着边界层内逆温层底的低空气溶胶累积区,所以数浓度非常大,且同样以小于2μm的细粒子为主.并且气溶胶粒子谱略有展宽,在核模态尺度范围内,气溶胶浓度峰值出现在粒子尺度为0.1μm处,次峰值出现在积聚模态,对应气溶胶粒径为1μm.在大于2μm的粗粒子区间内,气溶胶谱为单峰结构,气溶胶粒子数浓度随粒子尺度的增大逐渐减小.与1000m以内的气溶胶谱分布对比,整体都为双峰分布,但是1000~2000m高度内积聚模态的粒子明显增多,积聚模态区间的粒子数浓度峰值最大可达103个/cm3.2000~3000m高度内[图5(c)],气溶胶粒子总数浓度显著减少,数浓度最大峰值为103个/cm3,气溶胶谱呈三峰分布.第1个峰值出现在核模态的小粒子端,峰值对应粒径较2000m以下又有所增大,对应粒径约为0.2μm,第2个峰值仍然出现在积聚模态,峰值对应粒径为0.8μm,第3个峰值对应于粗粒子模态的2μm处.3000~4000m高度内[图5(d)],气溶胶粒子谱与3000m以内的相似,最大数浓度峰值继续降低,气溶胶粒子在大于0.2μm的范围内数浓度急剧降低,粗粒子端部分观测样本谱型有些杂乱.4000m以上(图5e),观测样本较少,气溶胶粒子谱非常平滑.数浓度峰值继续降低,峰值对应数浓度为102个/cm3.从近地面到5000m高空,气溶胶数浓度在不断降低,气溶胶粒子谱特别是细粒子谱随高度有所展宽,3个模态的气溶胶谱型基本一致,没有太大的变化,均呈双峰或三峰分布.由于观测时段是连续的四天且在同一区域内,天气背景也基本相同,也没有强的垂直对流扰动,均为较稳定的大气层结,因此在各个高度上气溶胶谱型变化不大.图5基本反映了山西地区夏季在非降水天气背景下不同高度内的气溶胶数浓度随粒子尺度的分布特征.

3.4 气溶胶来源分析

图6 2013年7月31日、8月4日山西中部地区气团48h后向轨迹Fig.6 48h backward trajectories on31 July and4 August,2013

采用HYSPLIT模式计算了2013年7月31日和8月4日山西中部地区气团48h后向轨迹(图6).后向轨迹显示,4000m以上高空气溶胶粒子随气团从哈萨克斯坦经中国西北地区(7月31日)和经外蒙古地区(8月4日)远距离输送而来(粉色和浅蓝色线条);3000m以下气溶胶多源自近地面污染物的排放,并且向上输送(深蓝色和红色线条),输送距离较短.高空3000m一些气溶胶粒子在输送过程中可能因重力作用沉降至近地面(绿色线条).综合气团后向轨迹模拟结果以及气溶胶粒子数浓度和粒子尺度的垂直廓线(图3),低空高浓度的气溶胶细粒子多来源于近地面排放,而高空少量的气溶胶粒子为经远距离输送而至的沙尘等粗粒子.

4 结论

4.1 气溶胶飞机观测数据统计显示,山西夏季非降水日气溶胶多以核模态和积聚模态的粒子为主,核模态的气溶胶粒子对气溶胶总浓度贡献最大.霾日气溶胶粒子数浓度非常大,是晴空气溶胶数浓度的2~3倍.

4.2 气溶胶粒子数浓度和粒子尺度的垂直廓线显示,气溶胶粒子数浓度随高度逐渐减小,海拔1200~1500m之间存在低空气溶胶累积区.逆温层的存在是导致气溶胶在逆温层底形成累积区的主要原因.气溶胶粒子有效直径随高度逐渐增大,在2000~2500m之间存在气溶胶粒子的快速增长区.粒径小的气溶胶粒子分布在近地面大气中;粒径较大的气溶胶粒子多分布在高空,且浓度很低,在气溶胶总浓度中只占很小的比例.

4.3 气溶胶粒子谱分布特征显示,从地面到5000m高空,气溶胶数浓度不断降低,气溶胶粒子谱随高度的增加略有展宽.各个高度上气溶胶谱型基本一致,均呈双峰或三峰分布.

4.4 气团48h后向轨迹模拟显示,在观测日内山西中部地区大气层结相对比较稳定.3000m以下高浓度的气溶胶细粒子多来源于近地面污染物的排放,而4000m以上高空少量的气溶胶粒子为经远距离输送而至的沙尘等粗粒子.

[1] Rosenfeld D. TRMM observed first direct evidence of smoke from forest fires inhibiting rainfall [J]. Geophys. Res. Lett.,1999,26,3105–3108,doi:10.1029/1999GL006066.

[2] Rosenfeld D. Suppression of rain and snow by urban and industrial air pollution [J]. Science,2000,287,1793–1796,doi:10.1126/science.287.5459.1793.

[3] Rosenfeld D, Woodley W L. Deep convective clouds with sustained supercooled liquid water down to −37.5 °C[J]. Nature,2000,405(6785):440–442.

[4] Snider J R, Guibert S, Brenguier J L. Lack of closure between dryand wet aerosol measurements:Results from ACE-2 [J]. AIP Conference Proceedings,2000,534(1):627-631.

[5] IPCC: Climate Change2007: The Physical Science Basis [J]. Cambridge University Press, Cambridge, UK and New York, NY, USA,996,2007.

[6] Zhang Q, Ma X, Tie X, et al. Vertical distributions of aerosols under different weather conditions: Analysis of in-situ aircraft measure-ments in Beijing, China [J]. Atmos. Environ.,2009,43:5526–5535.

[7] Zhang Q, Quan J, Tie X, et al. Impact of aerosol particles on cloud formation: Aircraft measurements in China [J]. Atmos. Environ.,2011,45:665-672.

[8] 姚 青,韩素芹,毕晓辉.天津2009年3月气溶胶化学组成及其消光特性研究 [J]. 中国环境科学,2012,32(2):214-220.

[9] 刘 琼,耿福海,陈勇航,等.上海不同强度干霾期间气溶胶垂直分布特征 [J]. 中国环境科学,2012,32(2):207-213.

[10] Liu P., Zhao C., Zhang Q. et al. Aircraft study of aerosol vertical distributions over Beijing and their optical properties [J]. Tellus B.2009,61(5):756-767.

[11] 孙玉稳,孙 霞,银 燕,等.华北地区气溶胶数浓度和尺度分布的航测研究 [J]. 中国环境科学,2012,32(10):1736-1743.

[12] 孙 霞,银 燕,孙玉稳,等.石家庄地区春季晴、霾天气溶胶观测研究 [J]. 中国环境科学,2011,31(5):705-713.

[13] 孙 霞,银 燕,韩 洋,等.石家庄地区雾霾天气下云滴和云凝结核的分布特征 [J]. 中国环境科学,2012,32(7):1165-1170.

[14] 范 烨,郭学良,付丹红,等.北京及周边地区2004年8、9月间大气气溶胶分布特征分析 [J]. 气候与环境研究,2007,12:49–62.

[15] 卢广献,郭学良.环北京春季大气气溶胶分布、来源及其 CCN转化关系的飞机观测 [J]. 科学通报,2012(57):1334-1344.

[16] 张 勇,银 燕,肖 辉,等.石家庄春季大气气溶胶的散射特征[J]. 中国环境科学,2012,32(5):769-779.

[17] 谭 稳,银 燕,陈 魁,等.石家庄地区大气细粒子增长特征初步研究 [J]. 中国环境科学,2011,31(9):1431-1437.

[18] 段 婧,毛节泰.华北地区气溶胶对区域降水的影响 [J]. 科学通报,2008,53:2947-2955.

Aircraft measurements of aerosol spetial distribution properties in Shanxi Province in summer.

LI Jun-xia1,2, YIN Yan1*, LI Pei-ren2, LI Run-jun3, JIN Li-jun2, LI Jin4
(1.Key Laboratory for Aerosol-Cloud-Precipitation of China Meteorological Administration, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing210044, China;2.Weather Modification Office of Shanxi Province, Taiyuan030032, China;3.Beijing Normal University, Beijing100875, China;4.Meteorological station in Anhui Province, Hefei230031, China). China Environmental Science,2014,34(8):1950~1959

Aircraft Measurements of aerosol spatial distribution properties in the central region of Shanxi Province were carried out in summer,2013. The vertical distribution characteristics of aerosol number concentration and size were observed and analyzed, and the spectrum properties of aerosol particles in different height were studied. The results show that most aerosol particles were nucleation mode and accumulation mode on non-precipitation days in Shanxi Prov. in summer. Aerosol number concentration on haze day was2 or3 times larger than that on clear days. Aerosol number concentration decreased with altitude. A low-level aerosol accumulation zone was present due to the existence of temperature inversion layer. The mean aerosol particle size increased with height with the larger particles mainly distributed above2500m. The aerosol particles spectrum usually showed a bimodal or three-modal type. The width of aerosol particles spectrum broadened slightly from ground surface to5000m. The air mass back trajectory in observation days showed aerosol particles in high level was transported from north-west China over long distance, and aerosol particles below3000m mainly came from the ground emissions.

t:aerosol properties;aircraft measurements;Shanxi area

X513

:A

:1000-6923(2014)08-1950-10

李军霞(1977-),女,山西太原人,高级工程师,博士研究生,主要研究方向为大气物理与大气环境、气溶胶-云-降水相互作用.发表论文4篇.

2013-11-04

国家“973”项目(2013CB955804);国家高校博士学位项目专项基金(20113228110002);公益性行业(气象)科研专项(GYHY201306065),(GYHY201206025);山西省气象局重点科研项目(SXKZDTC20140605)

* 责任作者, 教授, yinyan@nuist.edu.cn

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