溫度和相對(duì)濕度對(duì)氣溶膠質(zhì)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(guó)科學(xué)院研究生院學(xué)報(bào)V01．24No．52007年9月JoumaloftheGraduateSchooloftheChineseAcademyofSciencesSeptember2007文章編號(hào)：10021175(2007)05—061906溫度和相對(duì)濕度對(duì)氣溶膠質(zhì)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(guó)趙南京(中國(guó)科學(xué)院環(huán)境與光學(xué)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)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(duì)濕度對(duì)氣溶膠質(zhì)量濃度分布的影響．溫度影響空氣對(duì)流和氣溶膠粒子的布朗運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而影響氣溶膠的垂直分布，使其質(zhì)量濃度的改變滿(mǎn)足負(fù)指數(shù)規(guī)律變化；相對(duì)濕度與氣溶膠質(zhì)量濃度是正相關(guān)關(guān)系．根據(jù)分析，提出了一個(gè)氣溶膠質(zhì)量濃度溫濕度修正反演模型，并通過(guò)實(shí)

3、驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證．實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該模型能很好的反映溫濕度對(duì)氣溶膠質(zhì)量濃度分布的影響．關(guān)鍵詞溫度，相對(duì)濕度，氣溶膠，質(zhì)量濃度，垂直分布中圖分類(lèi)號(hào)X831．031引言氣溶膠質(zhì)量濃度垂直分布的研究一直是環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的重要課題之一．由于技術(shù)條件的限制，人們一直缺乏有效的方法對(duì)氣溶膠質(zhì)量濃度的空間垂直分布進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析．目前，人們研究的重點(diǎn)是期望通過(guò)激光雷達(dá)的空間探測(cè)能力來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)氣溶膠質(zhì)量濃度空間垂直分布的監(jiān)測(cè)．但是，激光雷達(dá)不能直接探測(cè)氣溶膠的質(zhì)量濃度，只能通過(guò)氣溶膠的其他光學(xué)特性(例如消光系數(shù))來(lái)反演其質(zhì)量濃度分布。然而，諸如消光系數(shù)這樣的光學(xué)特性與氣溶膠質(zhì)量濃度之間并沒(méi)有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，

4、其他相關(guān)因素對(duì)消光系數(shù)和質(zhì)量濃度的影響也不容忽視，因此僅僅利用激光雷達(dá)探測(cè)到的氣溶膠光學(xué)特性來(lái)反演其質(zhì)量濃度分布，其準(zhǔn)確性必將受到懷疑?．如果我們把影響氣溶膠質(zhì)量濃度垂直分布的相關(guān)因素研究清楚，在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用激光雷達(dá)的空間探測(cè)能力，反演氣溶膠質(zhì)量濃度的空間垂直分布，則反演結(jié)果的準(zhǔn)確性將大大提高．將影響氣溶膠質(zhì)量濃度垂直分布的因素與激光雷達(dá)的探測(cè)結(jié)果結(jié)合起來(lái)，建立一個(gè)氣溶膠質(zhì)量濃度空間垂直分布的反演模型，充分考慮各種因素對(duì)氣溶膠質(zhì)量濃度的影響和作用，有可能會(huì)獲得一個(gè)相對(duì)準(zhǔn)確和合理的反演結(jié)果．根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，氣象因素對(duì)氣溶膠的空間垂直分布有很大的影響．主要?dú)庀笠蛩匕囟?、相?duì)濕度(R

5、H，RelativeHumidity)、氣壓、風(fēng)速(風(fēng)向)等．同時(shí)，高度和氣溶膠模式對(duì)氣溶膠質(zhì)量濃度分布也有很大影響．本文研究溫度和相對(duì)濕度對(duì)氣溶膠質(zhì)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(zhì)量濃度時(shí)，溫度和相對(duì)濕度對(duì)氣溶膠質(zhì)量濃度和消光系數(shù)的影響，以修正利用消光系數(shù)*863項(xiàng)目(2005AA641O0)資助十通訊聯(lián)系人，E-mail：wqliu@aiofm．a(chǎn)C．cn維普資訊http://www.cqvip.com620中國(guó)科學(xué)院研究生院學(xué)報(bào)第24卷來(lái)反演氣溶膠質(zhì)量濃度的模型，使其更準(zhǔn)確和更可靠．2理論分析溫度對(duì)氣溶膠質(zhì)量濃度垂直分布的影響比較復(fù)雜．一方面溫度垂直結(jié)構(gòu)可

6、形成空氣對(duì)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(duì)流，使得粒子進(jìn)一步混合；同時(shí)溫度會(huì)影響單個(gè)氣溶膠粒子的布朗運(yùn)動(dòng)，粒子布朗運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的擴(kuò)散能力與溫度成正比]．大氣中的氣溶膠粒子主要來(lái)自于人類(lèi)的生活和生產(chǎn)活動(dòng)，因此近地面氣溶膠濃度較大．空氣對(duì)流和粒子的布朗運(yùn)動(dòng)，都使得氣溶膠粒子向濃度偏低的上空運(yùn)動(dòng)．地表溫度越高，空氣對(duì)流和粒子的布朗運(yùn)動(dòng)越劇烈．因此，低溫時(shí)，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(duì)流和布朗運(yùn)動(dòng)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(duì)氣溶膠質(zhì)量濃度垂直分布的影響可近似用負(fù)指數(shù)規(guī)律加以描述]．濕度對(duì)氣溶

7、膠質(zhì)量濃度的影響相對(duì)簡(jiǎn)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(lài)于大氣中水汽的含量；另一方面，它還依賴(lài)于氣溶膠粒子的物理特性和化學(xué)成分．在粒子與周?chē)諝庀嗷プ饔玫倪^(guò)程中，氣溶膠粒子將會(huì)與水混合，粒子的尺度及其分布、形狀以及化學(xué)構(gòu)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(zhì)量濃度的變化．絕對(duì)濕度可由相對(duì)濕度與溫度來(lái)共同描述．相對(duì)濕度是空氣中實(shí)際水汽含量(絕對(duì)濕度)與同溫度下