大气冰核浓度的时空变异性及其影响因素观测研究

了解大气冰核的浓度分布在冷云降水物理过程、人工影响天气、云和气溶胶的气候效应乃至全球变化等大气和气候方面的研究中具有重要意义。国内外已有观测研究表明，随着工业发展、人类活动加剧，冰核浓度呈增加的趋势。但近40年来，我国东北地区几乎没有直接的冰核观测。本项目以重化工业集中的辽宁中部地区为研究基地，利用4个地面大气成分监测站和一架人工增雨飞机进行空-地结合的冰核观测。试图通过连续三年的冰核与气溶胶的同步观测，结合同期、同一地点大气成分站的地面气溶胶、黑碳气溶胶的连续常规观测资料，针对大气冰核浓度在时间和空间上的分布的变化以及与之联系的天气、气候和环境因素，揭示大气中冰核气溶胶、黑碳气溶胶和可吸入颗粒物的时空分布规律，认识气溶胶吸收特征和物理特性及其与冰核浓度的相互关系，初步确定影响冰核浓度的主要因素，为我国大气水循环以及气溶胶的间接辐射强迫等方面的研究提供基础依据。

了解大气冰核的浓度分布在冷云降水物理过程、人工影响天气、云和气溶胶的气候效应乃至全球变化等大气和气候方面的研究中具有重要意义。近40年来，我国东北地区几乎没有直接对大气冰核的采样观测，为此，本项目利用辽宁4个地面大气成分监测站和一架人工增雨飞机开展了地面以及空-地结合的大气冰核观测。取得了3年的大气冰核与气溶胶的同步观测结果和2年的飞机与地面同步冰核观测资料，分析了沈阳及周边地区大气冰核的时空分布规律，研究并初步探讨了影响大气冰核浓度的因素及冰核与其它气溶胶参数的相互关系，基本完成了项目计划任务。初步得到以下结果：1）沈阳地区-20 ℃时的IN浓度在0.4～843.2 L-1 之间，平均值35.8 L-1；抚顺市IN浓度为30.49个•L-1，最大浓度值约为最小浓度值的50倍。沈阳和抚顺大气冰核浓度均表现为春夏季节浓度较小，秋冬季节浓度较大。大气冰核浓度在5km以下随垂直高度增加呈现幂指数递减趋势，人工增雨催化作业可能导致高层冰核多、低层冰核少的反现象。2）春季不同天气（晴天、雨天、阴天、沙尘天）状况下，冰核浓度在沙尘天明显高于非沙尘天，尤其是低温核（即低活性冰核）表现更为突出，高活性冰核浓度较高时一般都出现在阴天，雾霾天、沙尘天和春节期间的冰核浓度都比较高，降水日冰核浓度明显降低，尤其是连续的绵绵细雨。3）不同季节各气象要素对冰核浓度的影响及影响程度有很大差异。春季与冰核浓度关系密切的气象因子主要是风向、本站气压和云的状况，其他因素如气温、风速和相对湿度的影响程度相对较弱些；夏秋季节风向、本站气压和云的状况这些因子对IN浓度的影响不太明确。利用HYSPLIT后向轨迹模式对观测期间的气团来源进行模拟并对气团轨迹进行分类表明，西北气团和东南气团对沈阳大气冰核浓度的影响最大，其次是西部气团和局地气团。4）IN浓度随活化温度的降低近似呈指数增加，参数N0和b随季节和天气变化而不同。沈阳N0和b变化范围分别为0.0294-0.9131和0.2025-0.3523；抚顺N0和b的变化范围分别是0.0193-0.0739和0.3179-0.3967。5）大气冰核浓度与其粒子直径呈现对数相关关系，相关系数高达0.98。6）在稳定度较高的大气状态下，冰核浓度与黑碳质量浓度和气溶胶的数浓度与质量浓度均有较明显的正相关关系。 .更进一步的研究成果将逐步整理、完善并陆续发表。.