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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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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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