基子飞机观测的北京地区气溶胶、云特征及气溶胶对云微物理过程的影响

论文摘要

气溶胶和云都是大气环境的重要组成部分,并且气溶胶能通过提供云凝结核改变云微物理和辐射特征,因此研究气溶胶对云微物理特征影响的有重要意义。本文通过分析北京是人工影响天气办公室的两架飞机,空中国王和运12,2007～2018的飞机观测资料,分析了北京地区11年的气溶胶观测数据和12年的云观测数据,并挑选了2个个例作不同背景气溶胶数浓度下的云微物理特征对比分析,探讨气溶胶对云、冰晶分布及冰相过程的影响。2007～2017年运12飞机上的PCASP探头数据表明,气溶胶特征的时间变化十分明显,2007年的气溶胶数浓度明显高于2008年后,且2011年的气溶胶的有效直径明显低于2011年后。气溶胶的季节变化也十分显著,这和边界层的季节变化紧密相关。根据37个气溶胶数浓度垂直廓线,可将其分为5类,最常见两类为:低层气溶胶数浓度不变,高层浓度降低;气溶胶数浓度峰值在某个不确定的高度出现。气溶胶数浓度随高度变化不大的情况往往发生在地面气溶胶数浓度较低的情况下。通过对运12飞机中PCASP和CAS探头2007～2017年的观测,和空中国王飞机中PCASP和FCDP探头2014～2015年以及2017～2018年的观测分析表明,2～50μm范围内的云滴数浓度,有效直径和谱分布均随距云底高度有明显的变化,和距地面高度的变化基本一致。不同尺度的粒子随高度的变化有很大的差异,直径10μm以内的小云滴距云底高度的增加,数浓度明显减少,而直径20μm以上的云滴,先是随着距云底高度增加,云滴数浓度增加,2000m后减少,4000m后再次增加。云微物理特征有一定的季节特征,除了与温度有关之外,也可能与各季节的气溶胶数浓度特征有关。9月和10月的降水粒子和不规则冰粒子在山区较多,垂直分布上大部分在零度层以上,其中不规则冰粒子数浓度大部分在2L-1以内,降水粒子则大部分在5 L-1以内。为了探讨气溶胶数浓度对云微物理特征的影响,本文选取了两个分别发生在2015年4月18日和2015年4月28日的架次,近地面气溶胶数浓度分别为4000 cm-3和1700 cm-3。通过对FCDP、2D-S和HVPS探头的数浓度时间序列、垂直廓线的分析,挑选了同同一高度范围内的两两上升阶段的穿云过程,对其中的谱布和图像数据进行分析,可见在地面浓度均高于1500 cm3时,更高浓度的气胶使得云内10～55μm的小云滴滴量增多,液态水含量增增,促进了霰粒子的成,造成冰晶和雪晶的聚并减弱,不规则粒子减少。说明高污染背景下,气溶的增加不利利于不规则冰晶的产生。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 国外研究现状
•     1.2.2 国内研究现状
•   1.3 研究内容与创新点
• 第二章 数据与方法
•   2.1 飞机及机载仪器介绍
•   2.2 数据及质量控制方法
•     2.2.1 光学阵列云探头粒子相态识别技术
•     2.2.2 粒子谱探头质量控制
•     2.2.3 液态水含量（LWC）探头质量控制
• 第三章 北京地区气溶胶物理特征
•   3.1 北京地区气溶胶时间变化特征
•   3.2 北京气溶胶的水平分布特征
•   3.3 北京气溶胶的垂直分布特征
•     3.3.1 气溶胶年平均垂直分布特征
•     3.3.2 气溶胶各季节垂直分布特征
•     3.3.3 气溶胶垂直廓线分类
•   3.4 本章小结
• 第四章 北京地区的云微物理特征
•   4.1 入云判据设置
•   4.2 云微物理特征垂直分布
•     4.2.1 云滴数浓度（Nc）垂直分布
•     4.2.2 云滴有效直径（ED）垂直分布
•     4.2.3 云中液态水含量（LWC）垂直分布
•     4.2.4 云中温度（T）垂直分布
•   4.3 距云底高度的垂直廓线
•     4.3.1 距云底高度的计算
•     4.3.2 云微物理特征关于距云底高度的垂直廓线
•     4.3.3 云微物理特征的季节变化
•     4.3.4 云滴谱的高度特征
•   4.4 降水粒子、不规则冰粒子的垂直分布
•     4.4.1 水平分布特征
•     4.4.2 垂直分布特征
•   4.5 气溶胶对云微物理特征的影响
•   4.6 本章小结
• 第五章 气溶胶对云及冰相过程的影响个例分析
•   5.1 天气形势及飞行概况
•     5.1.1 天气形势
•     5.1.2 飞行概况
•   5.2 气溶胶垂直廓线分析
•   5.3 云微物理特征时间序列分析
•     5.3.1 各探头数浓度时间序列分析
•     5.3.2 粒径10～6400μm不同相态粒子数浓度时间序列分析
•     5.3.3 粒径150～19200μm不同相态粒子数浓度时间序列分析
•   5.4 垂直廓线分析
•     5.4.1 4月18日垂直廓线分析
•     5.4.2 4月28日垂直廓线分析
•   5.5 不同污染条件下的云特征对比
•     5.5.1 粒子谱分布时间序列分析
•     5.5.2 气溶胶对云粒子垂直分布的影响
•     5.5.3 气溶胶对云粒子谱分布的影响
•   5.6 本章小节
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 黄嘉仪

导师: 陈宝君

关键词: 气溶胶,云微物理,飞机观测,北京地区

来源: 南京大学

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑

专业: 环境科学与资源利用

单位: 南京大学

分类号: X513

总页数: 95

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