北京地区气溶胶分档成核率观测及CCN闭合试验研究

气溶胶对云形成的作用是当前国际气溶胶－云相互作用和气溶胶间接气候效应研究的焦点问题。其核心问题是对大气中存在的各种纳米尺度的粒子，在不同的水汽条件下，究竞有多少会起到凝结核的作用。本工作利用先进的气溶胶化学成分、粒径分布、散射系数亲水增长测量系统和云凝结核（CCN）测量仪器对北京城市、乡村背景地区（北京市区和上甸子大气本底污染监测站）大气气溶胶－CCN关系进行深入研究。通过各测量仪器的适当配置和联接，重点研究（1）北京地区气溶胶分档成核率及其与化学组分关系；（2）开展"CCN闭合试验"，定量评估Kohler理论预报CCN的不确定性；（3）建立适合地区特点，由实际工作中较易测量的气溶胶散射系数亲水增长因子预报CCN浓度的方法。为气溶胶－云模式的改进，及进一步研究气溶胶对云、降水的影响和气溶胶的间接气候效应提供科学基础。

气溶胶对云形成的作用是当前国际气溶胶－云相互作用和气溶胶间接气候效应研究的焦点。其核心问题是对大气中存在的各种纳米尺度的粒子，在不同的水汽条件下，有多少会起到凝结核（CCN）的作用。几年来，课题选择在京津之间的郊区测点（武清气象局站点）、市区测点（中国科学院大气所大塔基地）和区域大气背景站点（云南香格里拉大气本底站）观测了包括气溶胶粒子谱、云凝结核CCN、分档气溶胶成核率观测、气溶胶散射系数亲水增长特性以及气溶胶化学成分采样分析等。获得了上述三个不同区域平均分档气溶胶活化率分布特征，并根据观测的分档气溶胶活化率曲线，应用Petters and Kreidenweis(2007）提出的单参数κ值方法估算了不同地区气溶胶的吸湿增长κ参数，进一步比较和评估了这几个不同地区分粒径气溶胶（无机和有机气溶胶）的活化能力及CCN预报的不确定性，并对某些测点的观测开展了CCN闭合试验。结果显示：在所研究的过饱和比（0.056%～1.00%）下，粒径在300nm以上的粒子绝大多数都能够活化，而30nm 以下的粒子则几乎都不能够活化。气溶胶活化率强烈依赖于气溶胶的粒径大小，数值随粒径增大而增大。对三个地区的分档气溶胶活化率对比发现，不同地理位置、不同污染状况下气溶胶活化特性具有不同的特点：在污染的北京市区和京近郊区测点（武清测点），气溶胶亲水性和成核能力较强，而在偏远清洁的高原地区（香格里拉站）气溶胶亲水增长和成核能力相对较差，即在偏远的高原清洁地区气溶胶活化需要有更大的粒子或更高的过饱和比条件，其中北京与武清的气溶胶平均活化特征和吸湿增长特性较为接近。比较而言，武清的气溶胶吸湿性较北京强，而北京的观测较香格里拉强。作为国内首次进行的高原站点CCN的浓度分布和分档气溶胶活化率的观测研究，课题对云南香格里拉测点的结果显示该地区大气较为清洁，其大气气溶胶数浓度都很低，数浓度远低于北京、上海等城市地区，也显著低于华北乡村地区，而与全球大气本底地区的浓度水平相当；该地区云凝结核浓度也很低，且气溶胶吸湿性和成核能力较另外两个地区为弱。总体看，当过饱和比在0.2-0.8%下气溶胶的分档活化特性随时间变化不太大，在0.1%的过饱和比下，测点气溶胶粒子一般需要具有200-300nm的尺度，平均约250nm，才能被活化，相应的，气溶胶粒子需要大于130nm、80nm和60nm才能分别在0.2%、0.4%