深对流云对污染气体的垂直输送及其对云雨滴酸度的影响

论文摘要

深对流云是大气质量垂直输送的主要载体,可以将含有各种污染物的大气在相对较短的时间内由对流层低层输送至对流层上层甚至平流层低层,影响区域及全球环境和气候。目前对对流输送作用的研究多集中于对痕量气体垂直分布特性的分析,且国内对此的研究还比较少,为此本文采用考虑详细微物理过程和化学气体传输过程的云模式模拟了2014年7月30日发生在南京西北部一次深对流过程,研究了深对流活动对大气化学成分的输送及再分布作用,确定了影响痕量气体垂直分布的主要过程,并探讨了酸性气体（如CO2、SO2）的输送下,不同尺度云滴和雨滴的酸度变化。主要结论如下:不可溶性气体的垂直分布与气流分布有关,其中近地层示踪气体（02.1 km）的向上输送对对流层上层的贡献与对流层中部示踪气体（2.14.5 km、4.57.5 km和7.510.8km）相当。可溶性气体的垂直分布还与微物理过程及局地化学等因素有关。其中,动力结构是控制源层高度气体浓度的主导因子,最大平均改变率可达-4.6 mol s-1;微物理过程和化学过程对气体在源层高度以外的分布影响较大,且二者对气体再分布的贡献随着气体溶解度的增大而增大,液滴蒸发及冰粒子升华是影响这一结果的关键物理过程。气体在液滴冻结时的保有率（RC）也会影响其垂直分布,且气体输送对RC的敏感性随着溶解度的增大而增大。对于高溶解性气体(H*>106 mol dm-3atm-1),RC从0增大到1时,输送到中上层的气体降低60%;而气溶胶数浓度增加50%时,输送到中上层的气体降低40%,这是高气溶胶背景下高的冰晶含量伴随强的蒸发释放导致的。同时,示踪气体的垂直输送对气体保有率及溶解度变化的敏感性主要受到近地层气溶胶的影响。云刚开始形成,氢离子集中在相对较大的液滴中,之后呈现相反的尺度依赖性,70min后雨滴和云滴的氢离子浓度比接近0.11。液滴酸度的尺度分布也与空间位置有关,反映了不同云宏、微观物理过程对液滴酸度的影响。其中,蒸发是云滴（尤其是直径小于100μm的液滴）pH值降低的主要过程,与云水质量的降低有关。凝结和碰并会改变氢离子生成速率,影响pH值,且积云阶段二者对液滴pH值的平均改变率分别为+0.0034s-1、+0.0025 s-1。敏感性试验表明气溶胶数浓度对云滴酸度及硫酸生成有重要的作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究目的及意义
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 对流条件下痕量气体的垂直分布
•     1.2.2 冰相过程对气体垂直分布的影响
•     1.2.3 云滴酸度的分布特征
•   1.3 本文主要内容
•     1.3.1 问题的提出
•     1.3.2 研究内容
• 第二章 模式介绍
•   2.1 动力及微物理过程
•   2.2 气体与水成物间的质量传输
•   2.3 液相化学过程及液滴酸度
• 第三章 深对流云对大气化学组分垂直输送作用的数值模拟研究
•   3.1 试验设计及模式初始化
•   3.2 模拟结果验证
•   3.3 结果与讨论
•     3.3.1 云的演变
•     3.3.2 深对流云对不同高度示踪气体层的垂直输送
•     3.3.3 对流输送对不同化学成分再分布的影响
•   3.4 本章小结
• 第四章 液固转化中气体的保留对示踪气体垂直分布的影响
•   4.1 试验设计
•   4.2 结果与讨论
•     4.2.1 RC值对示踪气体垂直分布的影响
•     4.2.2 不同气溶胶背景下气体输送和再分布差异及其对RC的敏感性
•   4.3 本章小结
• 第五章 深对流云中液滴酸度的尺度分布及演变特征
•   5.1 试验设计
•   5.2 结果与讨论
•     5.2.1 云水中液滴质量谱及浓度谱分布及演变特征
•     5.2.2 液滴酸度的尺度依赖性
•     5.2.3 微物理过程对液滴酸度谱分布的影响
•     5.2.4 污染物浓度对液滴酸度谱分布的影响
•   5.3 本章小结
• 第六章 总结与讨论
•   6.1 主要结论
•   6.2 本文特色
•   6.3 存在的问题与展望
• 参考文献
• 作者简介
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 胡嘉缨

导师: 银燕,陈倩

关键词: 深对流,垂直输送,物理过程,酸度谱,保有率

来源: 南京信息工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 气象学,环境科学与资源利用

单位: 南京信息工程大学

分类号: X16

DOI: 10.27248/d.cnki.gnjqc.2019.000045

总页数: 75

文件大小: 4985K

下载量: 25