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有云条件下云凝结核和气溶胶粒子垂直分布 吴志会张杏敏段英 石立新 (河北省人工影响天气办公室，石家庄050021) 引言 根据云的微物理学理论和实验研究，由水汽分子通过同质核化过程生成云雾滴及冰晶是极为困难 的，因为产生同质凝结过程需要的相对湿度高达百分之几百，纯水滴同质冻结核化需要--40℃～--30℃ 的低温。然而大气中的云雨过程是非常常见的，就是因为大气中存在着大量的气溶胶粒子，这些气溶胶 粒子起着凝结核、凝华核和冻结核的作用，它们是云雾滴能够产生和长大的基础。因此，研究气溶胶、凝 结核和云相互作用对了解云和降水的形成是至关重要的，黄梦宇n1等曾研究了华北地区气溶胶对云的 影响。本文利用2006年9月8日一次穿云探测资料分析了云滴、云凝结核和气溶胶粒子的分布特征。 探测仪器和探测方法 生产的粒子测量系统(PMS)，包括气溶胶探头PCASP一100X(0． 1～3．O(m)、云滴探头FSSP一100ER(1～95(m)、二维灰度云粒子 探头OAP2D—GA2(17．75～1567．75(m)、二维灰度降水粒子探 冒 头OAP2D—GB2(106．50～9406．50(m)，以及机载云凝结核计 谜 数仪(CCN)等仪器。 褪 辎 飞机由正定民航机场起飞，沿新乐一行唐一曲阳一涞源一易 雅 县一保定一行唐一新乐一石家庄进行探测飞行。飞行时间8：15 —10：40，飞机在爬升过程中，在行唐和曲阳一带上空穿越了厚度 为1000m的云层，其中8：15—9：27的时间段的飞行爬升过程中 的温度变化见图1。 温度(℃) 图1 温度随高度变化 2 资料分析 2．1 云粒子浓度、CCN浓度气、溶胶粒子浓度随高度分布特征 给出了云粒子浓度、CCN浓度、气溶胶粒子浓度随高度分布。根据飞机探测资料确定的层积云云顶高 2800 m，云底高1770m。利用地面温度(T)和露点温度(瓦)估算的抬升凝结高度为1786m，与飞机探 测结果资料基本一致。云顶高和逆温层顶高基本一致。 从图3可以看出，云凝结核浓度随高度分布分为三层，在800m以下，随高度升高而减小，平均浓度 ·760。 由828cmq减少到333cm_3；800～1900m高度层内随高度升高而增加，平均浓度由333cm-3增加到 1205 cm～，最大达到1866cm-3；1900～1940m以上急剧减少，1940～2800m高度层内随高度升高而 减小，平均浓度由490cm-3减少到226cm～。在剐入云的100～150m高度内云凝结核浓度达到最大， 随后急剧减少，与云的形成消耗大量的云凝结核有关。在云下，CCN浓度随高度分布特征与气溶胶基 本一致，而在云内分布有所不同。 从图4可以看到，在云下，气溶胶粒子浓度随高度分布分为两层，在8001TI以下随高度增加而减小， 800 m以上随高度升高而增大。初步分析认为，相对湿度在800m以上随高度升高而增加，一些尺度小 于0．1／．tm的粒子由于吸湿长进入探测范围心]。在云内，气溶胶粒子浓度随高度分布的总趋势是减少 的，但因为层积云结构并不均匀，气溶胶浓度分布起伏较大。在云下部(1770～2200m)粒子浓度比云 下有所减小；在云的中部(2200～2400m)粒子浓度有所增大；在云上部(2400～2800m)，粒子浓度明显 减小。 0 50 100 1502∞ Ⅳ(cm-3) 图2 云滴浓度随高度分布 图3 CCN浓度随高度分布(S一0．3)图4 气溶胶浓度随高度分布 2．2 气溶胶粒子谱特征 探测资料表明，云中和云下气溶胶粒子谱有所不同。计算了不同高度的气溶胶粒子体积浓度 (N口)，体积谱见图5和图6。从图中可以看出，在云