沙尘气溶胶表面变性影响区域降水的数值研究

【摘要】：国内外许多观测事实以及理论研究表明,一定条件下沙尘气溶胶粒子在传输过程中表面化学特性可能受S污染物作用产生变性,使得沙尘粒子表面覆盖着可溶性硫酸盐。在我国沙尘暴发生的季节大气中S的含量较大,一定湿度条件下不可溶的沙尘粒子表面有机会硫化而成为表面包裹一层可溶性硫酸盐的混合气溶胶粒子。本文从两个方面研究这种变性的沙尘气溶胶对区域降水的影响。 (1)利用97年5月14日在辽宁观测的气溶胶和云滴谱航测资料,首先讨论混合气溶胶粒子作为凝结核的增长规律,计算了由混和核形成的云滴谱特征,并与纯硫酸铵盐核上形成的云滴谱进行对比。结果显示,混和核上初期形成的云滴谱比纯硫酸铵盐核上初期形成的云滴谱要宽,更接近观测到的实际云滴谱分布。因此,对于S污染严重的沙尘传输下游地区的降水混合气溶胶对云微物理过程影响较大。 (2)选取2003年4月8日到11日发生在我国北方的一次沙尘暴天气过程,利用NCEP的全球1×IFNL分析资料,使用MM5V3-7版中尺度模式,研究混合气溶胶对区域降水的影响。考虑模拟地区和辽宁皆为S污染严重的沙尘传输下游地区,根据混合气溶胶对云微物理过程的影响,在Reisner霰方案中加入沙尘气溶胶形成的云滴的表面平衡水汽压对饱和水汽混合比q_(vsw)的影响,设计了6种模式方案进行敏感性试验,详细对比分析各个方案模拟的温度、水汽混合比、6小时降水量、雪混合比和雨水混合比等物理量场的分布特点,从而研究混合气溶胶与冷云降水发展之间的关系,并探讨沙尘气溶胶对云和下游降水的影响机制。分析结果显示:1.与控制试验相比,敏感试验中的各个方案24小时区域降水量以及降水范围都有不同程度的增加;2.考虑云滴表面平衡水汽压的敏感试验方案在湿度条件好并且温度适宜的地区局地降水有所加强;3.不同的云滴平衡水汽压不同程度地影响冷云降水中冰晶蒸凝过程和冰晶与过冷却水滴的碰冻过程从而影响区域降水。