溫度和相對濕度對氣溶膠質量濃度垂直分布的影響

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1、維普資訊http://www.cqvip.com第24卷第5期中國科學院研究生院學報V01．24No．52007年9月JoumaloftheGraduateSchooloftheChineseAcademyofSciencesSeptember2007文章編號：10021175(2007)05—061906溫度和相對濕度對氣溶膠質量濃度垂直分布的影響*韓道文劉文清張玉鈞陸亦懷劉建國趙南京(中國科學院環(huán)境與光學技術重點實驗室，中國科學院安徽光學精密機械研究所，合肥230031)(2007年1月19日收稿；2007年4月30日收修改稿)HanDW，LiuWQ，ZhangYJ，eta1．In

2、fluenceoftemperatureandrelativehumidityuponaerosolmassconcentrationsverticaldistributions．JournaloftheGraduateSchooloftheChineseAcademyofSciences，2007，24(5)：619—624摘要從理論上分析了溫度和相對濕度對氣溶膠質量濃度分布的影響．溫度影響空氣對流和氣溶膠粒子的布朗運動，進而影響氣溶膠的垂直分布，使其質量濃度的改變滿足負指數(shù)規(guī)律變化；相對濕度與氣溶膠質量濃度是正相關關系．根據(jù)分析，提出了一個氣溶膠質量濃度溫濕度修正反演模型，并通過實

3、驗數(shù)據(jù)對模型進行驗證．實驗結果表明，該模型能很好的反映溫濕度對氣溶膠質量濃度分布的影響．關鍵詞溫度，相對濕度，氣溶膠，質量濃度，垂直分布中圖分類號X831．031引言氣溶膠質量濃度垂直分布的研究一直是環(huán)境監(jiān)測領域的重要課題之一．由于技術條件的限制，人們一直缺乏有效的方法對氣溶膠質量濃度的空間垂直分布進行監(jiān)測分析．目前，人們研究的重點是期望通過激光雷達的空間探測能力來實現(xiàn)對氣溶膠質量濃度空間垂直分布的監(jiān)測．但是，激光雷達不能直接探測氣溶膠的質量濃度，只能通過氣溶膠的其他光學特性(例如消光系數(shù))來反演其質量濃度分布。然而，諸如消光系數(shù)這樣的光學特性與氣溶膠質量濃度之間并沒有嚴格的對應關系，

4、其他相關因素對消光系數(shù)和質量濃度的影響也不容忽視，因此僅僅利用激光雷達探測到的氣溶膠光學特性來反演其質量濃度分布，其準確性必將受到懷疑?．如果我們把影響氣溶膠質量濃度垂直分布的相關因素研究清楚，在此基礎上，運用激光雷達的空間探測能力，反演氣溶膠質量濃度的空間垂直分布，則反演結果的準確性將大大提高．將影響氣溶膠質量濃度垂直分布的因素與激光雷達的探測結果結合起來，建立一個氣溶膠質量濃度空間垂直分布的反演模型，充分考慮各種因素對氣溶膠質量濃度的影響和作用，有可能會獲得一個相對準確和合理的反演結果．根據(jù)相關文獻報道，氣象因素對氣溶膠的空間垂直分布有很大的影響．主要氣象因素包括溫度、相對濕度(R

5、H，RelativeHumidity)、氣壓、風速(風向)等．同時，高度和氣溶膠模式對氣溶膠質量濃度分布也有很大影響．本文研究溫度和相對濕度對氣溶膠質量濃度垂直分布的影響，著重研究在利用消光系數(shù)反演氣溶膠質量濃度時，溫度和相對濕度對氣溶膠質量濃度和消光系數(shù)的影響，以修正利用消光系數(shù)*863項目(2005AA641O0)資助十通訊聯(lián)系人，E-mail：wqliu@aiofm．aC．cn維普資訊http://www.cqvip.com620中國科學院研究生院學報第24卷來反演氣溶膠質量濃度的模型，使其更準確和更可靠．2理論分析溫度對氣溶膠質量濃度垂直分布的影響比較復雜．一方面溫度垂直結構可

6、形成空氣對流，在邊界層以下區(qū)域，溫度隨著高度的增加而減小，存在溫差的不同高度，大氣發(fā)生對流，使得粒子進一步混合；同時溫度會影響單個氣溶膠粒子的布朗運動，粒子布朗運動導致的擴散能力與溫度成正比]．大氣中的氣溶膠粒子主要來自于人類的生活和生產活動，因此近地面氣溶膠濃度較大．空氣對流和粒子的布朗運動，都使得氣溶膠粒子向濃度偏低的上空運動．地表溫度越高，空氣對流和粒子的布朗運動越劇烈．因此，低溫時，近地面氣溶膠濃度大，空中氣溶膠濃度低；隨著溫度升高，空氣對流和布朗運動加劇，近地面氣溶膠粒子濃度降低，空中粒子濃度升高．上述溫度對氣溶膠質量濃度垂直分布的影響可近似用負指數(shù)規(guī)律加以描述]．濕度對氣溶

7、膠質量濃度的影響相對簡單．隨著濕度的增加，吸濕性和溶解性氣溶膠粒子的尺度將隨之增大．這種增大一方面依賴于大氣中水汽的含量；另一方面，它還依賴于氣溶膠粒子的物理特性和化學成分．在粒子與周圍空氣相互作用的過程中，氣溶膠粒子將會與水混合，粒子的尺度及其分布、形狀以及化學構成均將發(fā)生變化，從而其折射指數(shù)和粒子的眾數(shù)半徑也隨之改變，并引起粒子消光特性和質量濃度的變化．絕對濕度可由相對濕度與溫度來共同描述．相對濕度是空氣中實際水汽含量(絕對濕度)與同溫度下