中国长江三角洲典型地区大气冰核的观测研究

The aerosol effect on climate and environment is one of the heated topics not only in the field of academic research, but also in the fields of politics, economy, environment, and diplomatic. The large uncertainty of characteristics of atmospheric ice nucleus is one of the factors of the uncertainty of aerosol climate effect. Particularly, the increase of anthropogenic aerosols, generating complex components of ice nucleus, were resulted in the larger uncertainty of potential climate impacts. The representative ice nucleus data will help to directly solve this scientific issues. In this project, a high-voltage ice nucleus collector and a static vacuum water vapor diffusion cloud chamber, which developed by the team, were combined with additional atmospheric aerosol and meteorological element observation instruments to simultaneously observed the aerosol, ice nucleus and meteorological elements at Yangtze River Delta. It will Improve methods and develop standards for observation of atmospheric ice nucleus; it can create database for characteristics of atmospheric ice nucleus and obtain the related between aerosol and ice nucleus. The implement of this project will benefit the improvement of the accuracy of observation ice nucleus and decrease the uncertainty of aerosol radiative climate effect. It will also benefit the study on artificial influenced weather.

大气气溶胶的气候与环境问题不仅是当前国际学术竞争中的热点，还涉及到政治、经济、环境、外交等方面，大气气溶胶的气候效应研究中不确定性之一是大气冰核特征尚存在较大不确定性，特别是当今人为气溶胶的增加，使得冰核形成及其特征变得更加复杂和不确定。获得科学合理具有代表性的冰核观测数据，成为解决上述科学问题最直接的办法。本项目拟采用冰核高压静电采样器多点、同步、连续收集大气冰核，利用自动计数云室及其系统分析我国长江三角洲典型地区大气冰核特征。完善大气冰核观测方法，制定观测标准；获得不同季节、不同区域和不同天气背景等条件下大气冰核分布特征，创建该区域大气冰核特征数据库；建立大气气溶胶与大气冰核相关性参数；探讨大气冰核对云、降水和气候效应的影响。本项目的实施将为今后提高我国大气冰核观测的精度、降低气溶胶气候效应的不确定性等方面有所贡献，同时为人工影响天气等方面提供科学数据。

大气气溶胶的气候效应研究中不确定性之一是大气冰核特征尚存在较大不确定性。获得科学合理具有代表性的冰核观测数据，成为解决上述科学问题最直接的办法。本项目分析了不同地区、不同季节、不同高度层大气冰核的特征；同时，获得大气气溶胶理化特性、气象要素和大气冰核变化之间的定量关系；改进了现有观测大气冰核的设备和完善了观测大气冰核的方法。结果发现：（1）大气冰核浓度有着明显的季节变化（冬>秋>春>夏）,在低温（-25℃）更加明显，冬季平均大气冰核数浓度约是夏季的4.1倍；（2）同步观测城市地区与背景高山地区大气冰核浓度，虽然数值差别不大，但变化明显不一致。在自由大气层控制下高山地区的大气冰核活化位密度均高于混合层控制下的大气冰核数浓度。（3）城市地区的大气冰核浓度与相对湿度有着显著负相关性（P值小于0.001）；在混合层内，高山地区大气冰核数浓度与EC-Aged和矿物类气溶胶有着重要相关性（r值>0.5）,在自由大气层内，高山大气冰核浓度与有机碳和NaK类气溶胶相关系数大于0.5（t=-25℃）；（4）优化了高压静电采集大气冰核仪器，其采集率可达到94%以上；完善了冰核采样片的清洗方法，能消除冰核采样膜片的污染物，满足后续实验要求，同时，尽可能延长冰核采样膜片的使用寿命；改进了冰（水）面过饱和度的自动控制系统，能够精准控制冰（水）面过饱和度，避免过冷水影响冰核测量的计数；探索了大气冰核的浸润冻滴实验、接触冻结实验和大气冰核活化率实验。本研究结果可丰富研究地区大气冰核数据库，提高了我国大气冰核观测的精度、降低气溶胶气候效应的不确定性，同时为模式预测预报和人工影响天气等方面提供科学数据。