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基于航测的珠三角气溶胶垂直分布及活化特性

段婧 楼小凤 陈勇 高扬 李霞 周荣斌 毛辉 卢广献 汪会 林俊君

段婧, 楼小凤, 陈勇, 等. 基于航测的珠三角气溶胶垂直分布及活化特性. 应用气象学报, 2019, 30(6): 677-689. DOI: 10.11898/1001-7313.20190604..
引用本文: 段婧, 楼小凤, 陈勇, 等. 基于航测的珠三角气溶胶垂直分布及活化特性. 应用气象学报, 2019, 30(6): 677-689. DOI: 10.11898/1001-7313.20190604.
Duan Jing, Lou Xiaofeng, Chen Yong, et al. Aircraft measurements of aerosol vertical distributions and its activation efficiency over the Pearl River Delta. J Appl Meteor Sci, 2019, 30(6): 677-689. DOI:  10.11898/1001-7313.20190604.
Citation: Duan Jing, Lou Xiaofeng, Chen Yong, et al. Aircraft measurements of aerosol vertical distributions and its activation efficiency over the Pearl River Delta. J Appl Meteor Sci, 2019, 30(6): 677-689. DOI:  10.11898/1001-7313.20190604.

基于航测的珠三角气溶胶垂直分布及活化特性

DOI: 10.11898/1001-7313.20190604
资助项目: 

国家自然科学基金项目 41675137

国家重点研究发展计划 2017YFC1501404

详细信息
    通信作者:

    段婧, duanjing@cma.gov.cn

Aircraft Measurements of Aerosol Vertical Distributions and Its Activation Efficiency over the Pearl River Delta

  • 摘要: 2017年9月14—27日在珠江三角洲地区开展了6个架次飞机观测试验。利用飞行获取的气溶胶、云凝结核、云滴及常规气象探头观测资料,结合天气形势、气象条件及气团后向轨迹分析,研究了珠江三角洲地区深圳气溶胶数浓度及其谱的垂直分布特征,配合不同过饱和度条件下云凝结核浓度观测,分析了气溶胶活化特性。结果表明:在不同天气条件下,深圳低层气溶胶数浓度变化范围为500~9000 cm-3;边界层内气溶胶分布相对均匀,谱型随高度变化与气象条件相关。将6个架次气溶胶观测资料根据数浓度及谱型分为3种类型:类型Ⅰ为海洋型气溶胶,数浓度小,粒子尺度大,谱型呈双峰分布;类型Ⅲ为大陆型气溶胶,数浓度高,粒子尺度小,谱宽较宽且呈三峰分布;类型Ⅱ为海洋大陆影响型气溶胶,即受海洋和大陆共同影响,数浓度低于类型Ⅲ高于类型Ⅰ,谱型为双峰分布。拟合了包含海洋型及大陆型气溶胶的3个架次近地面云凝结核活化谱,计算了气溶胶在不同过饱和度条件下的活化效率。
  • 图  1  2017年9月深圳机场6个架次飞行航路

    Fig. 1  Six-flight paths around Shenzhen Airport in Sep 2017

    图  2  2017年9月6个架次飞机观测深圳地区气溶胶数浓度及粒子半径垂直分布

    Fig. 2  The vertical profile of number concentration and radius for six flights around Shenzhen Airport in Sep 2017

    图  3  2017年9月6个架次飞机观测400 m, 1200 m和2000 m高度24 h后向轨迹

    Fig. 3  24-hour backward tracks for six flights at 400 m, 1200 m and 2000 m heights in Sep 2017

    图  4  2017年9月6个架次飞机观测深圳低空气溶胶数浓度谱垂直分布

    Fig. 4  The low-level number concentration distribution for six flights around Shenzhen Airport in Sep 2017

    图  5  2017年9月6个架次探测深圳机场近地面层(1.5 km高度以下)气溶胶数浓度谱特征

    Fig. 5  The aerosol number concentration spectrum (below 1.5 km height) of six flights around Shenzhen Airport in Sep 2017

    图  6  2017年9月深圳南、北部气溶胶数浓度垂直分布

    Fig. 6  The vertical profile of aerosol number concentration of six flights in southern and northern parts of Shenzhen in Sep 2017

    图  7  2017年9月6个架次飞机观测深圳南部、北部地面PM2.5质量浓度(a)和近地面(100 m)气溶胶数浓度(b)

    Fig. 7  The surface PM2.5 mass concentration(a) and low-level (100 m) aerosol number concentration(b) for six flights in southern and northern parts of Shenzhen in Sep 2017

    图  8  2017年9月深圳地区近地面100 m处CCN活化谱

    Fig. 8  Activation spectrums of CCN in 100 m height in Shenzhen in Sep 2017

    图  9  不同过饱和度条件下2017年9月深圳地区近地面100 m处气溶胶活化效率

    Fig. 9  Ratio of number concentration between CCN and aerosol in different supersaturation in Shenzhen in Sep 2017

    表  1  2017年9月飞机观测过程天气形势及地面气象条件

    Table  1  Synoptic situation and surface weather condition for six flights in Sep 2017

    飞行日期 垂直探测时间 天气形势 温度/℃ 风向 风速/(m·s-1) 相对湿度/%
    09-14 13:34—13:45
    17:27—17:33
    副高南侧,热带气旋北侧偏东气流 28.4 东风 5.1 66
    09-18 12:05—12:13
    14:04—14:11
    高空东北气流,地面弱高压后部 27.0 东东南 5.1 80
    09-23 15:15—15:31
    17:58—18:08
    副高西侧东南气流,地面低槽 27.2 东东南 5.1 87
    09-24 11:52—12:21
    13:59—14:05
    副高西侧东南气流,地面高压后部 25.0 东东南 11.8 92
    09-26 13:28—13:44
    15:22—15:28
    副高南侧偏东气流,地面弱低压场 25.0 东东南 1.5 89
    09-27 11:25—11:31
    13:07—13:18
    副高南侧偏东气流,地面弱脊控制 24.8 西南 1.0 94
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    表  2  2017年9月深圳近地层(1.5 km高度以下)气溶胶数浓度与半径的平均值及标准差

    Table  2  Mean value and standard deviation of aerosol number concentration and its radius (below 1.5 km height) in Sep 2017

    飞行日期 气溶胶数浓度/cm-3 有效半径/μm 体积半径/μm
    09-14 2306±465 0.151±0.011 0.182±0.037
    09-18 5807±1454 0.143±0.010 0.166±0.027
    09-23 927±314 0.136±0.009 0.185±0.025
    09-24 353±307 0.174±0.032 0.315±0.116
    09-26 919±313 0.120±0.012 0.169±0.030
    09-27 5352±3246 0.148±0.010 0.167±0.021
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    表  3  拟合的CCN活化谱参数以及与其他观测的比较

    Table  3  Comparison of parameters C and k for different continental atmospheric regimes

    观测地点 时间 C/cm-3 k 类型 出处
    澳大利亚帕克斯 1958年春 2000 0.4 大陆型 文献[39]
    美国布法罗 3500 0.9 城市型 文献[40]
    美国圣迭戈 1976年秋 2500 0.7 污染 文献[41]
    巴西亚马逊 2002年秋 2220 1.28 污染 文献[42]
    中国石家庄 2005—2007年 16821 0.71 污染 文献[43]
    韩国济州岛 2006—2009年 4194 0.47 岛屿 文献[44]
    中国内蒙古 2010年 1615 1.42 污染 文献[45]
    中国黄山 2012年秋 8895 0.41 文献[46]
    中国深圳 2017-09-18 3236 1.04 本文
    中国深圳 2017-09-23 695 0.65 本文
    中国深圳 2017-09-27 4108 1.11 本文
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  • [1] Andreae M O, Rosenfeld D.Aerosol-cloud-precipitation interactions.Part 1.The nature and sources of cloud-active aerosols.Earth Sci Rev, 2008, 89(1/2):13-41. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=47c3888b0d75f9d6b1c3df665be21e3b
    [2] 吴兑.华南气溶胶研究的回顾与展望.热带气象学报, 2003, 19(增刊Ⅰ):145-151. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/rdqxxb2003z1016
    [3] Li C, Mao J, Lau K H, et al.Characteristics of distribution and seasonal variation of aerosol optical depth in eastern China with MODIS products.Chin Sci Bull, 2003, 48(22):2488-2495. http://cn.bing.com/academic/profile?id=342a178633813ac8a518389330bf32a1&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn
    [4] 李成才, 刘启汉, 毛节泰, 等.利用MODIS卫星和激光雷达遥感资料研究香港地区的一次大气气溶胶污染.应用气象学报, 2004, 25(6):641-650. http://qikan.camscma.cn/jamsweb/article/id/20040695
    [5] Cao J J, Lee S C, Ho K F, et al.Spatial and seasonal variations of atmospheric organic carbon and elemental carbon in Pearl River Delta Region, China.Atmos Environ, 2004, 38(27):4447-4456. doi:  10.1016/j.atmosenv.2004.05.016
    [6] Wu D, Tie X, Li C, et al.An extremely low visibility event over the Guangzhou region:A case study.Atmos Environ, 2005, 39(35):6568-6577. doi:  10.1016/j.atmosenv.2005.07.061
    [7] 吴兑, 廖国莲, 邓雪娇, 等.珠江三角洲霾天气的近地层输送条件研究.应用气象学报, 2008, 19(1):1-9. http://qikan.camscma.cn/jamsweb/article/id/20080102
    [8] 黄健, 吴兑, 黄敏辉, 等.1954-2004年珠江三角洲大气能见度变化趋势.应用气象学报, 2008, 19(1):61-70. doi:  10.3969/j.issn.1001-7313.2008.01.009
    [9] Cheng Y F, Wiedensohler A, Eichler H, et al.Aerosol optical properties and related chemical apportionment at Xinken in Pearl River Delta of China.Atmos Environ, 2008, 42(25):6351-6372. doi:  10.1016/j.atmosenv.2008.02.034
    [10] 林云, 孙向明, 张小丽, 等.深圳市大气能见度与细粒子浓度统计模型.应用气象学报, 2009, 20(2):252-256. http://qikan.camscma.cn/jamsweb/article/id/20090216
    [11] 谭浩波, 吴兑, 邓雪娇, 等.珠江三角洲气溶胶光学厚度的观测研究.环境科学学报, 2009, 29(6):1146-1155. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hjkxxb200906004
    [12] Wu D, Mao J T, Deng X J, et al.Black carbon aerosols and their radiative properties in the Pearl River Delta region.Sci China(Earth Sciences), 2009, 52(8):1152-1163. doi:  10.1007/s11430-009-0115-y
    [13] Deng X J, Jou X J, Wu D, et al.Effect of atmospheric aerosol on surface ozone variation over the Pearl River Delta region.Sci China(Earth Sciences), 2011, 54(5):744-752. doi:  10.1007/s11430-011-4172-7
    [14] 孙天乐, 何凌燕, 黄晓锋, 等.深圳市冬季黑碳气溶胶的粒径分布和混合态特征.科学通报, 2011, 56(21):1703-1710. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=kxtb201121004
    [15] 杨红龙, 李磊, 杨溯, 等.深圳城市气溶胶物理光学特性的观测研究.光子学报, 2012, 41(12):1427-1434. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gzxb201212008
    [16] 吴兑.近十年中国灰霾天气研究综述.环境科学学报, 2012, 32(2):257-269. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hjkxxb201202001
    [17] 陈林, 王莉莉, 吉东生, 等.广州亚运会期间鼎湖山站大气污染特征.应用气象学报, 2013, 24(2):151-161. http://qikan.camscma.cn/jamsweb/article/id/20130203
    [18] 林楚勇, 邓玉娇, 徐剑波, 等.基于MODIS的广东省气溶胶光学厚度时空分布特征分析.热带气象学报, 2015, 31(6):821-826. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/rdqxxb201506010
    [19] Dusek U, Frank G P, Hildebrandt L, et al.Size matters more than chemistry for cloud-nucleating ability of aerosol particles.Science, 2006, 312(5778):1375-1378. doi:  10.1126/science.1125261
    [20] 游来光, 马培民, 胡志晋.北方层状云人工降水试验研究.气象科技, 2002, 30(增刊Ⅰ):19-63.
    [21] 严采蘩, 陈万奎.层状云云滴尺度谱分布及其谱参数计算.应用气象学报, 1990, 1(4):352-359. http://qikan.camscma.cn/jamsweb/article/id/19900452
    [22] 苏正军, 王广河, 刘卫国, 等.青海省春季降水云的微物理特征分析.应用气象学报, 2003, 14(增刊Ⅰ):36-40. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yyqxxb2003Z1005
    [23] 姚展予, 濮江平, 刘卫国, 等.飞机探测云物理数据集的建立和应用.应用气象学报, 2004, 15(增刊Ⅰ):68-74. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yyqxxb2004z1010
    [24] 段婧, 毛节泰.气溶胶与云相互作用的研究进展.地球科学进展, 2008, 23(3):252-261. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dqkxjz200803005
    [25] Liu P, Zhao C, Liu P, et al. Aircraft study of aerosol vertical distributions over Beijing and their optical properties.Tellus B, 2009, 61(5):756-767. doi:  10.1111/j.1600-0889.2009.00440.x
    [26] 马新成, 吴宏议, 嵇磊, 等.北京春季不同天气条件下气溶胶垂直分布特征.气象, 2011, 37(9):1126-1133. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Conference/7275898
    [27] Duan J, Chen Y, Guo X.Characteristics of aerosol activation efficiency and aerosol and CCN vertical distributions in North China.Acta Meteor Sinica, 2012, 26(5):579-596. doi:  10.1007/s13351-012-0504-6
    [28] 陈鹏飞, 张蔷, 权建农, 等.北京上空气溶胶浓度垂直廓线特征.环境科学研究, 2012, 25(11):1215-1221. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hjkxyj201211004
    [29] 李军霞, 李培仁, 陶玥, 等.山西春季层状云系数值模拟及与飞机探测对比.应用气象学报, 2014, 25(1):22-32. http://qikan.camscma.cn/jamsweb/article/id/20140103
    [30] Wang W, Ren L H, Zhang Y H, et al.Aircraft measurements of gaseous pollutants and particulate matter over Pearl River Delta in China.Atmos Environ, 2008, 42:6187-6202. doi:  10.1016/j.atmosenv.2008.06.001
    [31] 游积平, 高建秋, 黄梦宇, 等.珠江三角洲地区大气气溶胶特征的飞机观测分析.热带气象学报, 2015, 31(1):71-77. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/rdqxxb201501008
    [32] Fitzgerald W J.Marine aerosols:A review.Atmos Environ, 1991, 25(3/4):533-545. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zgyl201706015
    [33] 唐孝炎, 张远航, 邵敏.大气环境化学(第二版).北京:高等教育出版社, 2006:275-290.
    [34] Qiang Z, Quan J, Tie X, et al.Impact of aerosol particles on cloud formation:Aircraft measurements in China.Atmos Environ, 2011, 45(3):665-672. doi:  10.1016/j.atmosenv.2010.10.025
    [35] 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.中国环境科学, 2011, 31(5):705-713. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zghjkx201105001
    [36] 李军霞, 银燕, 李培仁, 等.山西夏季气溶胶空间分布飞机观测研究.中国环境科学, 2014, 34(8):1950-1959. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zghjkx201408006
    [37] 王维佳, 郭学良, 李宏宇, 等.基于飞机观测的四川盆地初夏云下气溶胶特征.干旱气象, 2018, 36(2):167-175. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/ghqx201802002
    [38] 孔亚文, 盛立芳, 刘骞, 等.海洋-大气过程对南海气溶胶数浓度谱分布的影响.环境科学, 2016, 37(7):2443-2452. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hjkx201607005
    [39] Twomey S, Squires P.The influence of cloud nucleus population on the microstructure and stability of convective clouds.Tellus, 1959, 11:408-411. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=10.1111/j.2153-3490.1959.tb00050.x
    [40] Kocmond W.Investigation of Warm Fog Properties and Fog Modification Concepts.Annual Report, 1965.
    [41] Sax R I, Hudson J G.Continentality of the South Florida summertime CCN aerosol.J Atmos Sci, 1981, 38:1467-1479. doi:  10.1175/1520-0469(1981)038<1467:COTSFS>2.0.CO;2
    [42] Martins J A, Fábio L T G, Morales C A, et al.Cloud condensation nuclei from biomass burning during the Amazonian dry-to-wet transition season.Meteor Atmos Phys, 2009, 104:83-93. doi:  10.1007/s00703-009-0019-6
    [43] 段婧.气溶胶对区域云和降水影响的研究.北京:北京大学, 2008.
    [44] Kim J H, Yum S S, Shim S, et al.On aerosol hygroscopicity, cloud condensation nuclei (CCN) spectra and critical supersaturation measured at two remote islands of Korea between 2006 and 2009.Atmos Chem Phys, 2011, 11(24):12627-12645. doi:  10.5194/acp-11-12627-2011
    [45] Yang J, Lei H, Lü Y.Airborne observations of cloud condensation nuclei spectra and aerosols over East Inner Mongolia.Adv Atmos Sci, 2017, 34(8):1003-1016. doi:  10.1007/s00376-017-6219-y
    [46] Fang S S, Han Y X, Chen K, et al.Parameterization and comparative evaluation of the CCN number concentration on Mt Huang, China.Atmos Res, 2016, 181:300-311. doi:  10.1016/j.atmosres.2016.07.004
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-07-15
  • 修回日期:  2019-09-30
  • 刊出日期:  2019-11-30

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