祁连山北坡沙尘天气气溶胶特征的飞机观测.pdf

奚立宗,把黎,庞朝云,等.祁连山北坡沙尘天气气溶胶特征的飞机观测.应用气象学报,2 0 2 4,3 5(3):3 1 1-3 2 2.D O I:1 0.1 1 8 9 8/1 0 0 1-7 3 1 3.2 0 2 4 0 3 0 5祁连山北坡沙尘天气气溶胶特征的飞机观测奚立宗 把 黎*庞朝云 李宝梓 黄 山(甘肃省人工影响天气办公室,兰州 7 3 0 0 2 0)摘 要了解沙尘天气下气溶胶的垂直分布特征对于进一步认识气溶胶-云相互作用及其天气、气候效应至关重要。基于2 0 2 3年9月6日沙尘天气下的飞机观测数据,分析祁连山北坡沙尘气溶胶的垂直分布特征。结果表明:此次沙尘天气是在高空锋区及地面冷高压的共同作用下形成。受沙尘天气影响,气溶胶粒径谱宽增宽;气溶胶数浓度较背景可上升约23倍,且气溶胶数浓度大值区呈悬垂状态分布,粒子数浓度大值层位于4 0 0 04 5 0 0 m和3 0 0 04 0 0 0 m高度;对沙尘气溶胶数浓度贡献最大的细粒子和粗粒子粒径分别为1.21.8 m和6.51 6.6 m,且气溶胶数浓度的增大在粗粒子段更为明显。气溶胶来源及输送层、以及气象要素垂直分布演变在气溶胶垂直分布及谱分布中发挥了重要作用。关键词:沙尘气溶胶;飞机观测;祁连山北坡;垂直分布 引 言沙尘气溶胶通过改变地气辐射能量收支及云滴形成的基本元素,对区域乃至全球天气、气候及大气环境产生深远影响1-3。然而,由于沙尘气溶胶-云相互作用的复杂性,沙尘气溶胶-辐射-云反馈在预测气候变化方面存在很大不确定性4。因此,了解对流层沙尘气溶胶的垂直分布、数浓度、有效直径等物理性质及来源信息对认识气溶胶-云相互作用及其天气、气候效应至关重要5-6,有助于降低对其气候影响估计的不确定性。获取气溶胶相关信息可通过地面直接观测,包括气溶胶监测或膜取样设备、光度计等,也可通过激光雷达遥感、卫星反演等手段7-9,还可通过再分析数据1 0。但地面观测、卫星和遥感手段及再分析数据均不能直接获取垂直空间上大气气溶胶粒子谱特征,飞机携带观测探头仍是直接观测气溶胶粒子谱特征最有效和可行的办法1 1-1 2。游来光等1 3对我国阿拉善沙漠及附近地区沙尘暴天气下沙尘气溶胶的飞机观测研究具有开创性。牛生杰等1 4对西北地区沙漠上空的沙尘气溶胶开展飞机观测研究,指出沙尘气溶胶数浓度与下垫面状况密切相关,沙漠地表上空的粒子数浓度高于植被覆盖较好地区,且不同地区气溶胶谱型存在差异。马新成等1 5分析北京3次沙尘天气,指出沙尘中细粒子的有效直径是人为源气溶胶粒子的41 0倍,且逆温层对扬沙个例的垂直分布存在影响。董晓波等1 6分析华北平原一次沙尘天气,指出沙尘层使0.43 m气 溶 胶 数 浓 度 显 著 增 加。C a i等1 7分析黄土高原上空的气溶胶飞机观测数据,发现边界层的气溶胶主要来自局地排放,边界层以上的气溶胶主要为长距离输送的沙尘气溶胶。上述试验得到不同地区、下垫面及天气背景下沙尘气溶胶数浓度、粒径及分布、谱型存在差异,而气象条件、大气边界层结构及气团输送的差异是造成气溶胶分布差异的重要因素。由于飞行费用、飞行安全、空域限制等原因,在西北半干旱区开展的气溶胶飞机观测研究较少1 8。西北地区是东亚沙尘气溶胶的主要源区和输送通道1 9,同时也是全球气候变化的敏感地带及生态环境脆弱区2 0-2 1,地处西北腹地的祁连山在我国“两屏2 0 2 4-0 3-0 5收到,2 0 2 4-0 4-0 8收到再改稿。资助项目:甘肃省重点研发计划(2 2 Y F 7 F A 0 4 1),中国气象局创新发展专项(C X F Z 2 0 2 3 J 0 4 0),甘肃省自然科学基金项目(2 3 J R R A 1 5 7 6)*通信作者,邮箱:b l l n u i s t h o t m a i l.c o m 第3 5卷 第3期 2 0 2 4年5月 应 用 气 象 学 报J OUR NA L O F A P P L I E D ME T E O R O L OG I C A L S C I E N C E V o l.3 5,N o.3 M a y 2 0 2 4三带”生态安全战略中发挥着青藏高原生态屏障和北方防沙带的作用2 2-2 3。因此,在上述区域开展飞机观测研究,考察沙尘气溶胶分布、物理性质及其来源,对准确评估其气候效应、改善模式模拟能力十分重要。2 0 1 7年西北区域人工影响天气能力建设项目立项,其中设计建设的新舟6 0国家高性能增雨探测飞机于2 0 2 1年8月成功首飞,后续甘肃省人工影响天气办公室针对西北半干旱区沙尘天气开展了飞机观测试验。本文基于2 0 2 3年9月6日沙尘天气的飞机探测数据,分析祁连山北坡沙尘天气下气溶胶的垂直分布特征及其成因。1 数据和方法1.1 飞机观测及相关信息2 0 2 3年9月6日受冷空气过境影响,祁连山北坡河西走廊一带出现沙尘天气。冷空气移速快,2 0:0 0(北京时,下同)沙尘区前缘到达甘肃武威古浪县一带,沙尘影响区地面能见度为36 k m,最低能见度出现在武威民勤县,不足1 0 0 m。2 3:0 0沙尘影响区南压至武威南部至白银北部一带,此时武威南部高山站点乌鞘岭(海拔高度为3 0 4 5.1 m)北风风速增大至1 1.2 ms-1,且能见度下降至1 5 k m,白银北部站点景泰(海拔高度为1 6 3 0.9 m)能见度下降至2 0 k m(图1)。2 0 2 3年9月6日甘肃省人工影响天气办公室在祁连山北坡河西走廊地区组织开展了1架次的飞行作业及探测试验。飞机于2 0:2 3从兰州中川机场起飞向北飞行,2 0:4 4垂直爬升至6 5 0 0 m高度,到达武威古浪县上空后开始平飞,2 3:1 9飞机返航到达白银北部景泰县上空后开始下降,2 3:3 5飞机返回中川机场落地(图2)。图1 2 0 2 3年9月6日地面天气图(数字为能见度(单位:k m),风羽为地面风,填色为沙尘区域,红圈为中川机场)F i g.1 G r o u n d m a p p i n g o n 6 S e p 2 0 2 3(t h e n u m b e r d e n o t e s v i s i b i l i t y(u n i t:k m),t h e b a r b d e n o t e s g r o u n d w i n d,t h e s h a d e d d e n o t e s d u s t a r e a,t h e r e d c i r c l e d e n o t e s Z h o n g c h u a n A i r p o r t)图2 2 0 2 3年9月6日飞机飞行轨迹和飞行区概况F i g.2 F l i g h t p a t h a n d f l i g h t a r e a o f a i r c r a f t o n 6 S e p 2 0 2 3213 应 用 气 象 学 报 第3 5卷 1.2 机载仪器和数据处理执行探测任务的新舟6 0增雨飞机是西北区域人工影响天气能力建设项目设计建设的集催化作业、云宏微观探测及实时通信与综合集成显示功能于一体的国家高性能人工增雨飞机2 4。本文使用飞机上搭载的气溶胶粒子探头(p a s s i v e c a v i t y a e r o-s o l s p e c t r o m e t e r p r o b e,P C A S P)、云 粒 子 谱 探 头(f a s t c l o u d d r o p l e t p r o b e,F C D P)、飞机综合气象测量系统(a i r c r a f t i n t e g r a t e d m e t e o r o l o g i c a l m e a s u r e-m e n t s y s t e m,A I MM S)的观测数据。其中P C A S P用于观测大气中0.13 m的气溶胶粒子,设置间隔为0.0 10.2 m不等的3 0个粒径档进行探测,F C D P用于观测大气中15 0 m的云滴,设置间隔为1.53 m不 等 的2 0个 粒 径 档 进 行 探 测,A I MM S用于观测大气中的温度、气压、湿度、风、经纬度等信息(表1)。表1 新舟6 0增雨飞机搭载主要探测设备T a b l e 1 D e t e c t i o n e q u i p m e n t i n f o r m a t i o n o f MA 6 0 a i r c r a f t探头名称分档数量测量范围探测粒子类型P C A S P3 00.13 m气溶胶F C D P2 015 0 m霾、云滴A I MM S 温度、气压、湿度、风、经纬度 气溶胶数浓度、云滴数浓度、有效直径、云液态水含量的计算方式参见文献2 5。考虑到P C A S P通道1受 较 大 误 差 影 响2 6,且F C D P通 道1与P C A S P通道1观测范围重合,将P C A S P和F C D P第1档探测数据剔除。飞机 入 云 的 判 断 标 准 是 云 滴 数 浓 度 大 于1 0 c m-3,且液态水含量大于0.0 0 1 gm-32 7-2 8。基于上述标准结合飞行轨迹(图2)及观测全时段时序图(图3),判断飞机在爬升阶段尚未进入沙尘区,下降阶段进入沙尘区,且上升阶段存在云层,高度为图3 飞行观测全时段的气溶胶数浓度和云滴数浓度F i g.3 A e r o s o l n u m b e r c o n c e n t r a t i o n a n d c l o u d d r o p l e t n u m b e r c o n c e n t r a t i o n f o r t h e w h o l e p e r i o d o f f l i g h t o b s e r v a t i o n 313 第3期 奚立宗等:祁连山北坡沙尘天气气溶胶特征的飞机观测 5 0 5 06 2 0 0 m,下降阶段无云。因此,选择垂直阶段云下P C A S P及F C D P探测数据用于分析沙尘天气下气溶胶垂直分布演变。1.3 其他数据本文采用环境监测站数据用于地面颗粒物质量浓度分析。多种再分析数据在祁连山地区适用性的检验表明,E R A 5再分析数据的多个物理量表现较优2 9,因此本文采用E R A 5逐小时数据诊断天气形势。沙尘气溶胶轨迹模拟采用HY S P L I T-4(h y b r i d s i n g l e-p a r t i c l e L a g r a n g i a n i n t e g r a t e d t r a j e c t o r y)模式,该模式为拉格朗日-欧拉混合计算、用于模拟大气污染物输送、扩散轨迹的专业模式,其中平流和扩散利用拉格朗日 算法跟踪空 气 团 的 运 动 计 算 得到3 0。2 沙尘及天气概况2.1 天气形势图4为2 0 2 3年9月6日2 0:0 0 5 0 0 h P a和地面天气图。由图4 a可见,5 0 0 h P a中高纬为一槽一脊的形势,冷涡位于乌拉尔山附近,中心强度为-2 4,图4 2 0 2 3年9月6日2 0:0 0 5 0 0 h P a位势高度(黑线,单位:d a g p m)、温度(红线,单位:)、水平风场(风羽)、风速(填色)(a)和地面等压线(黑线,单位:h P a)、水平风场(风羽)、风速(填色)(b)(+为中川机场)F i g.4 5 0 0 h P a g e o p o t e n t i a l h e i g h t(t h e b l a c k l i n e,u n i t:d a g p m),t e m p e r a t u r e(t h e r e d l i n e,u n i t:),w i n d f i e l d(t h e b a r b),w i n d s p e e d(t h e s h a d e d)(a)a n d g r o u n d i s o b a r(t h e b l a c k l i n e,u n i t:h P a),w i n d f i e l d(t h e b a r b),w i n d s p e e d(t h e s h a d e d)(b)a t 2 0 0 0 B T 6 S e p 2 0 2 3(+d e n o t e s Z h o n g c h u a n A i r p o r t)其底部及前部存在风速超过3 0 ms-1的西风急流轴,祁连山区、甘肃河西及陇中处在高空冷槽的底前部,高空风速显著增大,高空锋区强度达到2(1 0 0 k m)-1。地面图(图4 b)上,地面冷高压压至祁连山北坡甘肃中部,高压中心强度达到1 0 2 0 h P a,地面风速显著增大,内蒙古西部及河西走廊沿祁连山北坡一带地面风速普遍超过1 2 ms-1,局地超过1 6 ms-1。结合图1沙尘区可知,此次沙尘天气是在高空锋区及地面冷高压的共同作用下形成。2.2 地面颗粒物质量浓度变化选择2 0 2 3年9月6日2 0:4 92 0:5 1和2 3:2 02 3:2 5两个时间段分析飞机在祁连山北坡武威上空平飞且在云外观测的气溶胶数浓度,并与武威环境监测站逐时地面颗粒物质量浓度进行对比。2 0:0 0武威站PM1 0和PM2.5质量浓度大幅上升,2 1:0 0达到峰值,分别为1 1 5 0 gm-3和2 8 2 gm-3,随后回落;2 4:0 0 PM1 0和PM2.5质量浓度分别降至8 7 gm-3和4 1 gm-3。飞机北飞时,高空气溶胶数浓度由7 6 9 c m-3上升至4 2 1 0 c m-3,向南返航 时 高 空 气 溶 胶 数 浓 度 由7 1 8 4 c m-3下 降 至8 9 7 c m-3。由此可见,在武威境内飞机观测的高空气溶胶数浓度与地面颗粒物质量浓度变化趋势一致,但该变化趋势也可能受飞机航线的影响。此外,地面质量浓度峰值出现的时间早于高空数浓度峰值,这反映了高低空粒子在尺度和浓度分布上的差异。413 应 用 气 象 学 报 第3 5卷 3 飞机观测结果3.1 气溶胶粒子垂直分布分析云外探测数据可进一步了解此次沙尘天气下气溶胶粒子的垂直分布情况。此次垂直探测过程中并无逆温层存在,受沙尘天气影响,气溶胶粒子在整个粒径段均表现为数浓度增多、粒子尺度增大。图5为飞机上升和下降阶段P C A S P和F C D P探测的气溶胶数浓度和有效直径的垂直分布。由图5可知,P C A S P量程范围(0.13 m)简称细粒子段,沙尘过境前,气溶胶数浓度在3 7 0 0 m高度以下随高度变化不明显,约为4 0 0 0 c m-3,3 7 0 0 m高度以上数浓度随高度升高增大至6 0 0 0 c m-3;粒子有效直径图5 2 0 2 3年9月6日飞机上升和下降航迹 P C A S P和F C D P探测的气溶胶数浓度和有效直径垂直分布F i g.5 V e r t i c a l d i s t r i b u t i o n o f a e r o s o l p a r t i c l e n u m b e r c o n c e n t r a t i o n a n d e f f e c t i v e d i a m e t e r d e t e c t e d b y P C A S P a n d F C D P f o r a s c e n d i n g a n d d e s c e n d i n g t r a c k s o f a i r c r a f t o n 6 S e p 2 0 2 3513 第3期 奚立宗等:祁连山北坡沙尘天气气溶胶特征的飞机观测 在垂直方向上并无明显变化,主要为0.30.7 m。沙尘过境后,气溶胶数浓度在4 0 0 04 5 0 0 m高度显著增多,且气溶胶数浓度由6 0 0 5 c m-3增大至1 2 9 3 4 c m-3,粒子有效直径的变化主要在4 0 0 0 m高度以下,粒径显著增大至1.21.8 m。F C D P量程范围内(15 0 m)简称粗粒子段,沙尘过境前,气溶胶数浓度随高度变化不明显,约为0.20.9 c m-3,粒子有效直径在垂直方向上并无明显变化,主要为3 1 3 m。沙尘过境后,气溶胶数浓度在3 0 0 0 4 0 0 0 m高度显著增多,气溶胶数浓度由0.9 c m-3增大至7.0 c m-3,粒子有效直径略增大至6.51 6.6 m。结合2.2节地面颗粒物质量浓度与同时段高空数浓度的对比分析可知,沙尘天气下粗粒子在总数浓度中的占比较少,但这部分粒子可能对地面颗粒物质量浓度起主要作用。对比沙尘过境前后气溶胶粒子在整个粒径段的变化可以看到,气溶胶粒子从低浓度小粒径向高浓度大粒径转变。观测时段内,沙尘过境后贡献最大的细粒子和粗粒子的粒径分别为1.21.8 m和6.51 6.6 m,且气溶胶数浓度大值位于4 0 0 04 5 0 0 m和3 0 0 04 0 0 0 m高度,与起沙前相比,粒子平均数浓度在细粒子段和粗粒子段分别增大2倍和3.5倍,平均粒径分别增大3倍和1.5倍。西北地区沙尘气溶胶的观测和数值模拟研究结果并不一致:牛生杰等3 1在内蒙古、宁夏等地基于激光空气动力学气溶胶粒子谱仪开展近地面气溶胶数浓度观测,得到上述地区的背景气溶胶数浓度为1 5 2 3 c m-3,沙尘天气下的气溶胶数浓 度为4 82 8 8 c m-3;王研峰等3 2在甘肃、宁夏开展了一次层积云天气下的气溶胶飞机观测,研究指出大气逆温层结对气溶胶的垂直分布有重要影响,气溶胶数浓度随高度升高呈减小趋势,近地层气溶胶数浓度可达8 1 8 3 c m-3,而粒径随高度增高减小或变化不大;孙建华等3 3通过模拟北方34月3次沙尘天气过程得到起沙中贡献最大的粒子直径为21 1 m和1 12 2 m。由于探测仪器、研究重点及方法不同,对西北地区气溶胶的研究结果存在差异。以文献3 2 分析结果作为西北地区背景气溶胶的代表,同时结合本文起沙前气溶胶垂直观测结果,认为沙尘天气下气溶胶数浓度较背景气溶胶数浓度上升约23倍,沙尘粒子直径分布的差异可能与季节、下垫面及研究手段等因素有关。3.2 气溶胶粒子谱分布图6为沙尘天气下气溶胶数浓度谱垂直分布的演变情况。由图6可见,在细粒子段,沙尘过境前气溶胶粒子谱整层呈三峰分布,峰值分别位于0.1 4、0.2 m和0.4 m。沙尘过境后,粒子谱大值区向右拓宽,3 7 0 0 m高度以上峰值分别位于0.1 8、0.2 2 m和0.4 m。在粗粒子段,沙尘过境前,气溶胶粒子谱整层呈双峰分布,峰值分别位于3 m和8 m。图6 2 0 2 3年9月6日飞机上升和下降航迹P C A S P和F C D P探测的气溶胶数浓度谱垂直分布F i g.6 V e r t i c a l d i s t r i b u t i o n o f a e r o s o l p a r t i c l e n u m b e r c o n c e n t r a t i o n s p e c t r a d e t e c t e d b y P C A S P a n d F C D P p r o b e s f o r a s c e n d i n g a n d d e s c e n d i n g t r a c k s o f a i r c r a f t o n 6 S e p 2 0 2 3 613 应 用 气 象 学 报 第3 5卷 续图6沙尘过境后,气溶胶粒子谱整层呈三峰分布,粒子谱大值区也向右拓宽,在3 0 0 04 0 0 0 m高度峰值分别位于8、1 2 m和2 1 m。由此可见,沙尘天气下气溶胶粒径谱谱宽随时间变化增宽。粒径谱增大在细粒子段4 0 0 0 4 5 0 0 m高度及粗粒子段3 0 0 04 0 0 0 m高度更为明显,且数浓度大值区呈悬垂状。从谱分布的演变看,此次沙尘天气下气溶胶传输层主要为3 0 0 04 5 0 0 m高度,且粗粒子较细粒子在传输层上沉降特征明显。图7为不同高度平均气溶胶谱的分布。由图7可见,不同高度的气溶胶谱型具有相似特征。0.1 40.4 m气溶胶数浓度较高,随粒径增大数浓度下图7 2 0 2 3年9月6日不同高度平均气溶胶谱分布F i g.7 M e a n a e r o s o l s p e c t r a l d i s t r i b u t i o n a t d i f f e r e n t a l t i t u d e s o n 6 S e p 2 0 2 3713 第3期 奚立宗等:祁连山北坡沙尘天气气溶胶特征的飞机观测 续图7降。统计可知,在整个粒径段,细粒子数浓度占总数浓度的9 9.9%以上,粗粒子数浓度不足0.1%,低层粗粒子占比略有上升;在沙尘过境后,气溶胶数浓度的增大在粗粒子段更明显,且随高度降低粒子数浓度向大粒径段偏移。3.3 气溶胶来源及传输综上所述,沙尘天气下气溶胶垂直分布及谱分布存在差异,且气溶胶传输层在细粒子段主要集中在2 0 0 02 5 0 0 m高度,在粗粒子 段 主 要 集 中 在1 0 0 02 0 0 0 m高度。其原因可能与气溶胶粒子在传输过程中的沉降作用有关,也可能与气溶胶粒子的不同来源有关。为了分析气溶胶粒子的来源及传输特征,利用HY S P L I T模式模拟2 0 2 3年9月6日西北中部地区气团4 8 h后向轨迹,模拟开始时间为2 2:0 0,模拟高度分别为5 0 0、2 0 0 0 m和3 0 0 0 m,结果见图8。由图8可见,在5 0 02 0 0 0 m高度,气溶胶粒子主要来自新疆古尔班通古特沙漠,在2 0 0 03 0 0 0 m高度,气溶胶粒子主要来源于内蒙古巴丹吉林沙漠。由上述分析可见,不同来源的气团是造成此次沙尘天气下气溶胶垂直分布及谱分布差异的可能原因。根据前文分析,0.1 40.4 m细粒子段气溶胶数浓度高,以往研究表明小于0.3 m的沙尘粒子由于布朗聚合可在大气中保留,从而实现远距离输送3 4,西北地区沙尘气溶胶向东输送过程中,夏季在垂直方向上可被抬升至5 0 0 0 m以上高度3 5,模拟结果与此一致。除了分析气团来源及传输特征外,还需分析气图8 2 0 2 3年9月6日不同高度气团4 8 h后向轨迹F i g.8 B a c k w a r d t r a c k s o f a i r m a s s i n 4 8 h a t d i f f e r e n t a l t i t u d e s o n 6 S e p 2 0 2 3象要素演变的作用。图9为中川机场上空各物理量的垂直剖面。由图9可以看到,高空风速随时间逐渐增大,5 0 0 h P a高度以上风速超过2 0 ms-1,1 7:0 0 7 0 0 h P a以下存在西北向大风速带;1 4:0 0对流层中高层存在速度为0.1 P as-1的上升运动,且2 0:0 0最大垂直上升速度增大至0.6 P as-1,7 0 0 h P a高度以上均为垂直上升运动区,中心位于5 0 0 h P a高度。以上表明,对流层中层的垂直上升运动及近地层的西北向大风速对气溶胶的垂直分布及谱分布起重要作用。综上所述,此次沙尘天气下气溶胶粒子垂直分布及谱分布的特点与气溶胶来源及输送层有关,且气象要素垂直分布演变也发挥了重要作用。813 应 用 气 象 学 报 第3 5卷 图9 2 0 2 3年9月6日0 8:0 02 3:0 0风速(填色)、水平风场(风羽)、垂直速度(虚线,单位:P as-1,正值表示上升运动)垂直剖面F i g.9 V e r t i c a l p r o f i l e o f w i n d s p e e d(t h e s h a d e d),h o r i z o n t a l w i n d f i e l d(t h e b a r b),v e r t i c a l v e l o c i t y(t h e d a s h e d l i n e,u n i t:P as-1,t h e p o s i t i v e v a l u e d e n o t e s r i s i n g)f r o m 0 8 0 0 B T t o 2 3 0 0 B T o n 6 S e p 2 0 2 3 4 小 结针对2 0 2 3年9月6日西北地区的沙尘天气,在祁连山北坡开展了飞机探测及作业飞行,取得了气溶胶垂直探测数据。本文基于此开展沙尘天气下气溶胶垂直分布研究,得到主要结论如下:1)此次沙尘天气受高空锋区及地面冷高压的共同影响。受沙尘天气影响,祁连山北坡武威环境监测站PM1 0和PM2.5的峰值质量浓度分别达到1 1 5 0 gm-3和2 8 2 gm-3。2)受沙尘天气影响,气溶胶粒子在整个粒径段均表现为数浓度增加、粒子尺度增大。沙尘主要是直径为1.21.5 m和6.51 6.6 m的粒子,且在4 0 0 04 5 0 0 m和3 0 0 04 0 0 0 m高度存在气溶胶数浓度大值区。与起沙前相比,粒子平均数浓度在细粒子段和粗粒子段分别增大2倍和3.5倍,平均粒径分别增大3倍和1.5倍。3)沙尘过境后,气溶胶粒径谱谱宽增宽,且数浓度大值区呈悬垂状。在粗粒子段,气溶胶粒子谱由双峰型向三峰型转变。气溶胶数浓度的增大在粗粒子段更为明显。4)在5 0 02 0 0 0 m高度,气溶胶粒子主要来源于新疆古尔班通古特沙漠,在2 0 0 03 0 0 0 m高度,气溶胶粒子主要来源于内蒙古巴丹吉林沙漠。对流层中层的垂直上升运动及近地层的西北向大风速在气溶胶垂直分布及谱分布中发挥重要作用。本文基于一次发生在祁连山北坡沙尘天气下的飞机观测资料,分析沙尘气溶胶的垂直分布及谱分布特征,讨论沙尘气溶胶垂直分布的原因和相关气象因素及气团来源。然而祁连山区域云水资源丰富,沙尘气溶胶可通过间接和半直接效应对云微物理乃至降水产生影响3 6-3 7,由于云微物理数据稀缺及模式参数化方案不准确,祁连山区域沙尘气溶胶-云相互作用仍存在较大不确定性。因此,继续积累气溶胶及云微物理的观测数据、开展沙尘气溶胶-云相互作用研究是未来亟需开展的工作。致 谢:感谢中国气象局人工影响天气中心张荣高级工程师及河北省人工影响天气中心董晓波高级工程师在数据处理及质量控制方面提供的指导与帮助。参 考 文 献1 F a n J W,W a n g Y,R o s e n f e l d D,e t a l.R e v i e w o f a e r o s o l-c l o u d i n t e r a c t i o n s:M e c h a n i s m s,s i g n i f i c a n c e,a n d c h a l l e n g e s.J A t-m o s S c i,2 0 1 6,7 3(1 1):4 2 2 1-4 2 5 2.2 李占清.气溶胶对中国天气、气候和环境影响综述.大气科学学报,2 0 2 0,4 3(1):7 6-9 2.913 第3期 奚立宗等:祁连山北坡沙尘天气气溶胶特征的飞机观测 L i Z Q.I m p a c t o f a e r o s o l s o n t h e w e a t h e r,c l i m a t e a n d e n v i-r o n m e n t o f C h i n a:A n o v e r v i e w.T r a n s A t m o s S c i,2 0 2 0,4 3(1):7 6-9 2.3 M a s c i o l i N R,E v a n A T,R a l p h F M.I n f l u e n c e o f d u s t o n p r e-c i p i t a t i o n d u r i n g l a n d f a l l i n g a t m o s p h e r i c r i v e r s i n a n i d e a l i z e d f r a m e w o r k.J G e o p h y s R e s A t m o s,2 0 2 1,1 2 6(2 2).D O I:1 0.1 0 2 9/2 0 2 1/J D 0 3 4 8 1 3.4 I P C C.T h e P h y s i c a l S c i e n c e B a s i s.C o n t r i b u t i o n o f W o r k i n g G r o u p I t o t h e S i x t h A s s e s s m e n t R e p o r t o f t h e I n t e r g o v e r n m e n t a l P a n e l o n C l i m a t e C h a n g e.C a m b r i d g e:C a m b r i d g e U n i v e r s i t y P r e s s,2 0 2 1.5 R o y A,C h a t t e r j e e A,S a r k a r C,e t a l.A s t u d y o n a e r o s o l-c l o u d c o n d e n s a t i o n n u c l e i(C C N)a c t i v a t i o n o v e r e a s t e r n H i m a l a y a i n I n d i a.A t m o s R e s,2 0 1 7,1 8 9(1):6 9-8 1.6 李睿劼,黄梦宇,丁德平,等.基于7 0 m3膨胀云室的暖云滴谱试验研究.应用气象学报,2 0 2 3,3 4(5):5 4 0-5 5 1.L i R J,H u a n g M Y,D i n g D P,e t a l.W a r m c l o u d s i z e d i s t r i b u-t i o n e x p e r i m e n t b a s e d o n 7 0 m3 e x p a n s i o n c l o u d c h a m b e r.J A p p l M e t e o r S c i,2 0 2 3,3 4(5):5 4 0-5 5 1.7 L i u Y,H u a n g J,S h i G,e t a l.A e r o s o l o p t i c a l p r o p e r t i e s a n d r a d i-a t i v e e f f e c t d e t e r m i n e d f r o m s k y-r a d i o m e t e r o v e r L o e s s P l a t-e a u o f N o r t h w e s t C h i n a.A t m o s C h e m P h y s,2 0 1 1,1 1(2 2):1 1 4 5 5-1 1 4 6 3.8 王天河,孙梦仙,黄建平.中国利用星载激光雷达开展沙尘和污染研究的综述.大气科学学报,2 0 2 0,4 3(1):1 4 4-1 5 8.W a n g T H,S u n M X,H u a n g J P.R e s e a r c h r e v i e w o n d u s t a n d p o l l u t i o n u s i n g s p a c e b o r n e l i d a r i n C h i n a.T r a n s A t m o s S c i,2 0 2 0,4 3(1):1 4 4-1 5 8.9 李婉,赵胡笳,王昌双,等.2 0 0 32 0 2 2年东北地区气溶胶光学厚度变化特征.应用气象学报,2 0 2 4,3 5(2):2 1 1-2 2 4.L i W,Z h a o H J,W a n g C S,e t a l.V a r i a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f a e r o s o l o p t i c a l d e p t h i n N o r t h e a s t C h i n a f r o m 2 0 0 3 t o 2 0 2 2.J A p p l M e t e o r S c i,2 0 2 4,3 5(2):2 1 1-2 2 4.1 0 吴啸天,王晓妍,郑栋,等.不同类型气溶胶对长三角地区地闪活动影响.应用气象学报,2 0 2 3,3 4(5):6 0 8-6 1 8.W u X T,W a n g X Y,Z h e n g D,e t a l.E f f e c t s o f d i f f e r e n t a e r o-s o l s o n c l o u d-t o-g r o u n d l i g h t n i n g a c t i v i t y i n t h e Y a n g t z e R i v-e r D e l t a.J A p p l M e t e o r S c i,2 0 2 3,3 4(5):6 0 8-6 1 8.1 1 郭学良,付丹红,郭欣,等.我国云降水物理飞机观测研究进展.应用气象学报,2 0 2 1,3 2(6):6 4 1-6 5 2.G u o X L,F u D H,G u o X,e t a l.A d v a n c e s i n a i r c r a f t m e a s u r e-m e n t s o f c l o u d s a n d p r e c i p i t a t i o n i n C h i n a.J A p p l M e t e o r S c i,2 0 2 1,3 2(6):6 4 1-6 5 2.1 2 段婧,楼小凤,陈勇,等.基于航测的珠三角气溶胶垂直分布及活化特性.应用气象学报,2 0 1 9,3 0(6):6 7 7-6 8 9.D u a n J,L o u X F,C h e n Y,e t a l.A i r c r a f t m e a s u r e m e n t s o f a e r o s o l v e r t i c a l d i s t r i b u t i o n s a n d i t s a c t i v a t i o n e f f i c i e n c y o v e r t h e P e a r l R i v e r D e l t a.J A p p l M e t e o r S c i,2 0 1 9,3 0(6):6 7 7-6 8 9.1 3 游来光,马培民,陈君寒,等.沙暴天气下大气中沙尘粒子空间分布特点及其微结构.应用气象学报,1 9 9 1,2(1):1 3-2 1.Y o u L G,M a P M,C h e n J H,e t a l.A c a s e s t u d y o f t h e a e r o s o l c h a r a c t e r i s t i c s i n t h e l o w e r t r o p o s p h e r e d u r i n g a d u s t s t o r m e v e n t.J A p p l M e t e o r S c i,1 9 9 1,2(1):1 3-2 1.1 4 牛生杰,孙照