积云中硫酸盐形成机制的研究-气象科学.PDF

维普资讯 第10卷 第2期 气 象 科 学 Vo1．1 Nol2 ]990年6月 SCIENTIA METEOROLOGICA SINICA Jun．， 1990 积云中硫酸盐形成机制的研究 王明康 刘小红 (南京大学大气科学系) 摘 要 本文在参数化云物理模式与化学模式的基础上讨论了积云降水过程中，云内硫酸盐 形 成的 各种反应机制的相对重要性。计算结果表 明t在反应的韧始降段，(sIV)的H202液相 氧 化 的 氧化速率最大，即对云内硫酸盐形成 的贡献为最大。随着反应的进行，其氧化速率很快 减 小， s(IV)的0。液相氧化成为硫酸盐形成的最重要的来源。S(IV)的 Fe 、Mn 催化氧化及S02的 气相反应的贡献相对来说比较小。计算结果表明t在积云降水过程中，液相反应对云内硫 酸 盐 形成的重要性大于气相反应。 一 、 引 言 由于人类活动的日益频繁，酸雨问题愈来愈受到人们的关注。今天，酸雨研究已成为全 球重大的环境课题。为了控制，减少酸雨的危害，必须对酸雨形成的机制有 比较充 分 的 了 解。硫酸盐是雨水中非常重要的化学成分，降水中的大部分酸性是由它引起的，愈来愈多的 证据表明；云对硫酸盐的形成和清除起很重要的作用，大气中很大部分的硫酸盐来 自云内的 化学反应，所以，必须对云内发生的各种硫酸盐形成机制，尤其是这些机制的相对重要性进 行研究。 Hegg等 [1)建立了一个暖锋降水的二维模式，模式考虑了比较详细的微物理过程，其中 包括五种不同的 水态；雪、云冰、云水、水汽、雨水，但 他 们 的 化 学 处 理 很 简 单。 Tremblay等[2)[3]把云动力学和云化学相互结合起来，云物理的处理包括三 种 不 同 的水 态：水汽、云水、雨水，他们的化学处理包括l4种气、液相化学平衡及液相化学 反 应， 但 是，模式没有考虑气相化学反应。Seigneur等 “)[5]在他们的模式中考虑了一个简单的云物 理过程，而对气、液相化学反应进行了比较详细的处理，模式结果用于比较晴天及不同类型 云内云水硫酸盐的各个来源及其相对重要性。 本文建立了一个积云降水的云微物理、化学模式，用于模拟积云降水中云内硫酸盐的形 成。云攒韧理过程建立在scire等[6]的工作基础上，考虑了云底硫酸盐气溶胶的成核清除， 至于云内氧化反应，除了考虑各种液相SO 氧化反应生成S(VI)外，还考虑了气 相 SOz与 OH ·自由基反应生成H SO。气体，模式比较了这些硫酸盐形成机制的相对重要性。 198睥 6月 6目收到，1989年9月8日收到修改稿 维普资讯 气 象 科 1O卷 二、模式的建立 1．云物理横式 积云降水增长过程的参数化是建立在Seire等工作涪g基础上 采用拉氏方法，跟踪一个 闭合空气堍，它在上升过程 中经历了兰个区域：云滴凝结增长区、云滴碰并增长区及雨滴碰 并增长区。在云滴凝结增长区，水汽在凝结核上凝结成云消，新形成的云滴继续凝结增长到 10~20p,m,接着云滴随上升气流进入云滴碰 并增 艮区，通过相互着的碰并进一步增 大， 当 选 100p,m时，此时云滴巳足以在上升气流中下降，即变成雨滴。雨滴在雨滴碰井增长医下 降时捕获云滴进一步长大。 用tz表示云滴从云滴凝结增长区运动蓟云滴碰并增长 区顶的时间，tt表示被雨礴所捕获 的云滴在雨滴碰并增长区的平均滞留时间，t。表示雨滴通过雨滴碰并增长犀的时间． 在雨滴碰并增长区，雨滴 由于捕获云滴而增大的速率由ScottC73给出： =G一ME