气溶胶的化学组成对云凝结核活性的影响研究

Atmospheric aerosols take on complicated chemical composition and mixing status. The chemical characteristics determine the different hygroscopic properties, and thus determine which aerosols can act as cloud condensation nuclei. Basing on the study progress of mixed status aerosols hygroscopicity, this research will focus on the aerosols hygroscopic growth process, which aerosols is composed of inorganic components and the insoluble solid nuclear, to obtain the hygroscopicity parameter. We plan to organize one or two months comprehensive observations, by use of several observation instruments, such as ATOFMS，HTDMA，cloud condensation nuclei counter，Fog droplet spectrometer and so on . Aerosol spectrum, chemical components of one aerosol particle, hygroscopic parameter will be measured, then detailed analysis of the chemical characteristics of aerosols will be done ,to getting the actual percentage of nuclei-shell structure aerosols .At last, we will carry out aerosol -CCN closure study ,and then obtain the key factors influencing CCN activity, with some related parameters from observation and experimentation as initial model condition.

大气气溶胶有着复杂的化学成分和多种混合方式，气溶胶粒子不同的化学特征决定了它的吸湿特性，进而决定了它能否成为影响云和降水的云凝结核。根据对目前混合态气溶胶粒子的吸湿性研究进展的认识，本研究将对由可溶性无机组分和不溶性固态核组成的核壳结构的气溶胶粒子的吸湿增长过程进行研究，测定吸湿性参数。我们计划在黄山利用多种仪器（ATOFMS、HTDMA、WPS宽范围粒径谱仪、云凝结核计数器、雾滴谱仪、自动气象站等）组织一到两个月的综合观测，测定气溶胶的干湿谱、单个气溶胶粒子的化学组成、吸湿参数等，详细分析气溶胶的化学特征，获得核壳结构气溶胶占实际气溶胶的百分比等关键数据。通过实验和观测得到的相关参数来驱动多化学组分的气块云模式，做气溶胶-CCN的闭合分析，从而给出影响CCN活性的主要影响因子

大气气溶胶有着复杂的化学成分和多种混合方式，气溶胶粒子不同的化学特征决定了它的吸湿特性，进而决定了它能否成为影响云和降水的云凝结核。本项目利用外场观测、室内实验和数值模拟展开研究，得到以下主要结论。1.南京不同粒径气溶胶粒子的吸湿增长因子平均概率分布函数（GF-PDF）为双峰分布，由一个占主导地位的强吸湿模态和一个相对较小但仍很明显的弱吸湿模态组成，黄山不同粒径气溶胶粒子的吸湿增长因子平均概率分布函数（GF-PDF）主要呈现单峰和双峰分布，相比城市的双峰分布，黄山地区的气溶胶粒子弱吸湿比例较低，表明黄山地区较城市背景空气更为清洁。2.整体上白天的气溶胶粒子吸湿性大于夜间气溶胶粒子吸湿性，白天强吸湿模态的粒子数目比例高于夜间，夜间气溶胶粒子的外混合程度更高，且粒径越大的粒子更趋向于外混合状态。3.根据观测期间的气溶胶粒子吸湿性，得到影响粒子吸湿性的最主要理化特性，并构建吸湿参数Kappa（κ）的两个参数化方案。两个方案均能较好的预报κ，预报值与计算值存在较好的相关关系。4. CCN数浓度与气溶胶数浓度变化趋势一致， CCN活化率变化受到数浓度、化学组分以及吸湿特性综合影响。利用二参数公式和三参数公式，拟合CCN活化谱，三参数公式拟合程度更优，但两者均只能反映CCN数浓度的平均情况。根据吸湿性、化学组分，能够计算实时变化的CCN数浓度，且与实测CCN数浓度闭合分析吻合，内外混合方式对CCN数浓度计算差异不大；计算表明气溶胶数浓度粒径谱是影响CCN数浓度的最主要因素。5. 通过室内实验，发生核壳结构气溶胶粒子，建立了核壳结构气溶胶的核壳比与反应摄取系数之间关联方法，检测了典型粒子的吸湿性和CCN 活性。6. 利用中尺度WRF模式（V3.7）,采用WDM6双参数微物理方案，通过改变模式中初始云凝结核（CCN）数浓度及参数化方案，进行敏感试验，以一次层状云降水过程为例，研究CCN对降水过程的影响。结果表明CCN数浓度改变了降水的时空分布。其对降水的影响复杂、非线性，是通过影响云内微物理过程改变降水的。