温度和相对湿度对气溶胶质量浓度垂直分布的影响

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第24卷第5期中国科学院研究生院学报V01．24No．52007年9月JoumaloftheGraduateSchooloftheChineseAcademyofSciencesSeptember2007文章编号：10021175(2007)05—061906温度和相对湿度对气溶胶质量浓度垂直分布的影响*韩道文刘文清张玉钧陆亦怀刘建国赵南京(中国科学院环境与光学技术重点实验室，中国科学院安徽光学精密机械研究所，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摘要从理论上分析了温度和相对湿度对气溶胶质量浓度分布的影响．温度影响空气对流和气溶胶粒子的布朗运动，进而影响气溶胶的垂直分布，使其质量浓度的改变满足负指数规律变化；相对湿度与气溶胶质量浓度是正相关关系．根据分析，提出了一个气溶胶质量浓度温湿度修正反演模型，并通过实

3、验数据对模型进行验证．实验结果表明，该模型能很好的反映温湿度对气溶胶质量浓度分布的影响．关键词温度，相对湿度，气溶胶，质量浓度，垂直分布中图分类号X831．031引言气溶胶质量浓度垂直分布的研究一直是环境监测领域的重要课题之一．由于技术条件的限制，人们一直缺乏有效的方法对气溶胶质量浓度的空间垂直分布进行监测分析．目前，人们研究的重点是期望通过激光雷达的空间探测能力来实现对气溶胶质量浓度空间垂直分布的监测．但是，激光雷达不能直接探测气溶胶的质量浓度，只能通过气溶胶的其他光学特性(例如消光系数)来反演其质量浓度分布。然而，诸如消光系数这样的光学特性与气溶胶质量浓度之间并没有严格的对应关系，

4、其他相关因素对消光系数和质量浓度的影响也不容忽视，因此仅仅利用激光雷达探测到的气溶胶光学特性来反演其质量浓度分布，其准确性必将受到怀疑⋯．如果我们把影响气溶胶质量浓度垂直分布的相关因素研究清楚，在此基础上，运用激光雷达的空间探测能力，反演气溶胶质量浓度的空间垂直分布，则反演结果的准确性将大大提高．将影响气溶胶质量浓度垂直分布的因素与激光雷达的探测结果结合起来，建立一个气溶胶质量浓度空间垂直分布的反演模型，充分考虑各种因素对气溶胶质量浓度的影响和作用，有可能会获得一个相对准确和合理的反演结果．根据相关文献报道，气象因素对气溶胶的空间垂直分布有很大的影响．主要气象因素包括温度、相对湿度(R

5、H，RelativeHumidity)、气压、风速(风向)等．同时，高度和气溶胶模式对气溶胶质量浓度分布也有很大影响．本文研究温度和相对湿度对气溶胶质量浓度垂直分布的影响，着重研究在利用消光系数反演气溶胶质量浓度时，温度和相对湿度对气溶胶质量浓度和消光系数的影响，以修正利用消光系数*863项目(2005AA641O0)资助十通讯联系人，E-mail：wqliu@aiofm．aC．cn维普资讯http://www.cqvip.com620中国科学院研究生院学报第24卷来反演气溶胶质量浓度的模型，使其更准确和更可靠．2理论分析温度对气溶胶质量浓度垂直分布的影响比较复杂．一方面温度垂直结构可

6、形成空气对流，在边界层以下区域，温度随着高度的增加而减小，存在温差的不同高度，大气发生对流，使得粒子进一步混合；同时温度会影响单个气溶胶粒子的布朗运动，粒子布朗运动导致的扩散能力与温度成正比]．大气中的气溶胶粒子主要来自于人类的生活和生产活动，因此近地面气溶胶浓度较大．空气对流和粒子的布朗运动，都使得气溶胶粒子向浓度偏低的上空运动．地表温度越高，空气对流和粒子的布朗运动越剧烈．因此，低温时，近地面气溶胶浓度大，空中气溶胶浓度低；随着温度升高，空气对流和布朗运动加剧，近地面气溶胶粒子浓度降低，空中粒子浓度升高．上述温度对气溶胶质量浓度垂直分布的影响可近似用负指数规律加以描述]．湿度对气溶

7、胶质量浓度的影响相对简单．随着湿度的增加，吸湿性和溶解性气溶胶粒子的尺度将随之增大．这种增大一方面依赖于大气中水汽的含量；另一方面，它还依赖于气溶胶粒子的物理特性和化学成分．在粒子与周围空气相互作用的过程中，气溶胶粒子将会与水混合，粒子的尺度及其分布、形状以及化学构成均将发生变化，从而其折射指数和粒子的众数半径也随之改变，并引起粒子消光特性和质量浓度的变化．绝对湿度可由相对湿度与温度来共同描述．相对湿度是空气中实际水汽含量(绝对湿度)与同温度下