海洋大气边界层中气粒转化过程地研究.pdfVIP

海洋大气边界层中气粒转化过程的研究+ 赵春生秦瑜 、 (北京大学地球物理系北京100871) 摘要 本文建立了一个包舍凝结过程．核化过程．凝并过程并可以描述粒子尺度变化的大气气 溶胶模式。模拟丁遥远海洋边界层中由气粒转化过程形成的大气气溶胶的发展演变过程。计算 结果表明新粒子的产生决定于已经存在的粒子分布(总数目和直径大小)和S02浓度。已经存在 粒子减弱了新粒予的产生能力，而SO：浓度则明显地对粒予的产生有加强作用。 关键词数值模式，凝并过程，凝结过程 1 引 言 远离大陆的海洋边界层中，大气气溶胶一般由海盐气溶胶和海洋背景气溶胶组成。 海盐气溶胶是由于风在海面引起的海浪飞溅产生的大粒子(粒子尺度在2pm以上)。海 洋背景气溶胶一般通过气粒转化过程而来．它们的粒径尺度小，主要集中于次微米粒子 部分，这是因为该部分粒子可在海洋空气中滞留10天或更长11l，而且其分布可维持几天 不变。因此次微米粒子是海洋边界层中背景气溶胶的主要组成部分，研究它们的物理、 化学特性可以更好地了解整个海洋气溶胶的一般特性。 形成的动力机制”J。这种模式通过粒子总质量和总数浓度两个变量来描述气溶胶的演变 过程，它只提供了气溶胶发展过程中粒子的平均半径，不能给出气溶胶尺度分布的发展 演变的详细信息。这种模式对于研究气溶胶粒子尺度分布的演变过程是不合适的。Lin 等(1992)的模式中考虑了不同尺度大小的粒子．但忽略，凝并过程在气溶胶粒子谱演变 过程中的作用【3J。本文建立了一个包含基本的气溶胶动力过程(凝结过程，核化过程， 凝并过程等)的大气气溶胶模式。利用这个模式我们模拟了遥远海洋边界层中由气粒转 化过程形成的大气气溶胶的发生、发展的演变过程。 2气溶胶分档模式的描述 气溶胶动力过程包括凝结过程．凝并过程和许名源汇过程。描述这一系列动力过程 的方程叫作一般动力方程(General DynamicEquation．GDE)。气溶胶分档模式是将气溶 胶的尺度分布函数分成若干档，在每一档内给定该函数的分布形式，然后求解其随时问 的演变过程。描述气溶胶尺度分布的各个函数部可以作为求解的对象，如数浓度分布． 表面积分布．体积分布和质量分布。这里我们选取质量分稚作为求解的分布函数。这样 选取有两个好处，一是可直接满足质量守恒，二是质量分布函数的数值量级跨度比数目 分布函数的数值量级跨度小．这样可以增加计算的精度。得到质量分布函数以后，其它 分布函数可以相应推导出来。 定义g例为连续的质量分布函数，则每一档内总质量可表示为 ‘本工作由国家自然科学基金资助 一300—— Q。=fx,q(x)dx，一，．2 这里，xn，和轴是，档的下边界和上边界，ms为总的分档数，x是粒子直径的自然对数。 描述物种f在，档内的质量浓度演变的分档方程，可以表示为如下的形式． 1一～l■-—————■ 型：型I +型l +到 (2) dt dt}；。。，。哆，：。，dt…t“ l。，m，。。。dt～～… l。。。，。。6 一I 分档凝并过程和分档凝结方程的方程是 蛔‘1 II 7Q‘Q。’一∑6万。Q’Q (4) 破I ¨∑H 也叫 =H‘D‘一1“7+1 (5) dt I。。d 式中凝并系数p，凝结生长速率H 7Q2和档间的质量传输速率，“7的具体表达式见pI。 andMirabel 核化速率^。“采用类似Jaecker-Vorial f1989)1狗经验公式％ 1091。I，。。“=l0910(t)一(6424+4．7兄阿)+(6 (6)