發(fā)布時間：2021-04-06 23:34

　　2017年12月22日至2018年1月18日利用無人機攜帶溫、濕和顆粒物濃度探測儀對南京地區(qū)灰霾污染條件下大氣邊界層垂直結(jié)構(gòu)開展加密觀測。通過比較不同灰霾污染條件下溫度、濕度和PM_2.5（直徑小于2.5微米的顆粒物）濃度的垂直結(jié)構(gòu)差異,結(jié)合地面熱通量、2米空氣溫度、相對濕度、風(fēng)速、風(fēng)向及主要大氣污染物(如臭氧和PM_2.5)濃度,定量評估了氣溶膠輻射效應(yīng)對邊界層和夾卷過程的影響。分析表明,灰霾或氣溶膠削弱到達地表太陽輻射,減小地表感熱通量,延遲邊界層發(fā)展,增加近地層大氣穩(wěn)定度,降低邊界層高度,并加重灰霾污染�；姻参廴疚镌诨旌蠈禹斕幚鄯e,導(dǎo)致PM_2.5濃度最大變化出現(xiàn)在邊界層頂部而不是近地層。氣溶膠輻射效應(yīng)對夾卷特征及其特征參數(shù)有重要影響�；姻矟舛壬邥r,夾卷區(qū)厚度增加;無量綱化夾卷速度隨對流理查遜數(shù)的變化不再符合負1次方冪函數(shù)關(guān)系,與大渦模擬結(jié)果一致。本研究進一步指出,為提高重霾污染條件下天氣和空氣質(zhì)量數(shù)值預(yù)報水平,必須考慮氣溶膠輻射效應(yīng)對邊界層和夾卷參數(shù)化的影響。 

【文章來源】：大氣科學(xué). 2020,44(06)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

2017年12月23日至2018年1月18日落橋試驗站（32°30"N,118°37"E）觀測的2 m溫度、相對濕度（RH）、風(fēng)速（WS）、風(fēng)向（WD）及南京環(huán)監(jiān)站（全市站點平均）臭氧、PM2.5濃度（C）時間序列

2018年1月12日受高壓天氣系統(tǒng)影響，天氣晴好，地面最大風(fēng)速為0.72 m s-1，最高氣溫為1.7°C，空氣質(zhì)量良好。與重霾日相比，當(dāng)日08:00近地層逆溫強度明顯弱得多[約為0.73 K (100 m)-1]。同時，當(dāng)日08:00～12:00近地層位溫增量（8.2 K）大于重霾日（6.6 K）。由于灰霾濃度較低，氣溶膠對到達地表太陽輻射的衰減作用不顯著，最大地表感熱通量150.8 W m-2，是重霾日3.1倍，且邊界層高度達810 m，是重霾日（490 m）的1.65倍�？梢�，驅(qū)動邊界層發(fā)展的關(guān)鍵因子是地表感熱通量，而與地表溫度高低關(guān)系不大。PM2.5廓線顯示，早晨08:00邊界層頂部有一濃度達56μg m-3的灰霾累積層（圖3b）；隨著地表太陽輻射增大，湍流加強，邊界層頂部灰霾累積層消失；湍流發(fā)展旺盛時（12:00～16:00），灰霾在邊界層內(nèi)充分混合，其濃度垂直分布與位溫相似；邊界層頂部不存在灰霾累積現(xiàn)象，灰霾濃度增加不明顯。氣溶膠輻射效應(yīng)對邊界層熱力結(jié)構(gòu)及其演變有著重要影響。高濃度灰霾衰減到達地表短波輻射，顯著降低到達地表感熱通量。同干凈日（2018年1月12日）相比，重霾日（2017年12月23日）感熱通量顯著減少（圖4），日間平均地表感熱通量降低了67%（將感熱通量為正值的時間段判定為白天），日最大感熱通量減少了102 W m-2，與中尺度大氣模式（Meso NH）模擬結(jié)果（100～150 W m-2;Mallet et al.,2009）相近。又如，張晗宇等（2018）利用WRF-Chem模式對京津冀地區(qū)氣溶膠直接反饋效應(yīng)對各氣象要素的影響進行模擬研究發(fā)現(xiàn)，氣溶膠直接反饋效應(yīng)導(dǎo)致京津冀地區(qū)整個時段太陽輻射量降低39.8 W m-2，氣溫下降0.34°C，邊界層高度降低37 m�？紤]到模式分析存在一定的理想性且所選個例本身天氣形勢不同，導(dǎo)致最終結(jié)果存在一定差異。

圖6給出了這次觀測期間白天08:00～16:00夾卷厚度隨近地層PM2.5濃度變化。其中夾卷厚度是根據(jù)PM2.5濃度廓線梯度變化確定。觀測顯示，夾卷厚度在60～250 m之間變化，與大渦模擬（LES）初值的設(shè)定較為吻合，如Huang et al.(2011）在LES研究中設(shè)置80 m。當(dāng)PM2.5濃度從20μg m-3增加到160μg m-3時，夾卷厚度增加了47%，驗證了LES模式關(guān)于氣溶膠輻射效應(yīng)對于夾卷厚度影響的結(jié)論。Liu et al.(2019）利用LES研究氣溶膠對于夾卷厚度的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)大氣氣溶膠光學(xué)厚度從0增加到1.5時，夾卷厚度增加了16%～28%。因此，利用LES研究灰霾條件下邊界層和夾卷過程時，夾卷厚度初值的設(shè)定應(yīng)隨PM2.5濃度的升高而適當(dāng)增加。圖5 地表感熱通量（Hs）隨地面觀測PM2.5濃度變化關(guān)系。

【參考文獻】：
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碩士論文
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本文編號：3122362