2015年大气物理学.ppt

均质核化？ 云滴的形成真的需要气溶胶吗？如果没有气溶胶的帮助，如何通过凝结成云？ 临界过饱和度/临界半径 吸湿参数hygroscopicity parameter 颗粒直径与临界过饱和度的关系 不可溶但可湿颗粒 己二酸 (可溶性弱) 硫酸铵 (可溶性强) 通过观测CCN可推测气溶胶吸湿性 观测CCN得到的大气气溶胶吸湿性 临界过饱和度与干粒径的关系 吸湿参数是气溶胶体积的线性组合 H2O + Solute A+B H2O + solute A H2O + solute B + Volume I + Volume II = Volume Mixture 假设 1: 体积可加性 ? mixes linearly with solute volume fraction ? water volume contributed by solute A 假设 2: ZSR关系 water volume contributed by solute B Total water volume of the mixture + = 混合规则预测的吸湿性与CCN观测得到的吸湿性 Svenningsson et al., ACP Raymond and Pandis, JGR Broekhuizen et al., GRL 有机-无机混合物 有机-无机混合物 有机+不可溶有机混合物 已知：850hPa， td=0 ℃, t=10 ℃ 请找出：tw、θ、 θe、 θw o o o LCL：730hPa Θ=23 ℃ Tw=4.8 ℃ Θe=35 ℃ Θw=11 ℃ 已知：850hPa， tw=3 ℃, t=10 ℃ 请找出：td、θ、 θe、 θw o o o o LCL：690hPa Θ=23 ℃ Td=-3.5 ℃ Θe=30 ℃ Θw=10 ℃ 思考题 为何天气存在可预报时效上限？不断提高观测能力和精度，不断完善认识，能突破天气预报时效上限吗？—可预报性 人类活动如何影响天气气候？影响程度有多大？ （植被、地形、排放大气成分-辐射或云、核战争）—人类能力 水（三相：气相、液相、冰相）在天气气候中的作用，尤其是云？ —相变、能量平衡 气溶胶在大气过程中的作用？—直接效应、间接效应、化学效应 哪些重要大气参数很难探测，为什么，如何克服这一难题？ * * * * * * * 风化后如进一步降低湿度，对干粒子的质量与大小的影响很小。 液相与固相在不同的饱和比条件下形成，这是一个迟滞现象，因为随着湿度的增高与降低有不同的路径。因此，要研究大气气溶胶如何影响空气质量、云形成、大气辐射平衡和地球气候，必须理解气溶胶粒子对湿度变化的响应。 潮解与粒子构成物质的可溶性直接相关联。潮解湿度对溶质可溶性的依赖关系可以用下图来说明，主要考虑三个相态之间的动态平衡。 整个系统有两个界面，考虑相平衡。 整个系统涉及两个成分，但只有液相既包含溶质，又包含水。 固-液平衡：溶质(s) ? 溶质(aq)，只有溶质离子输送；只要水溶液中存在任意固态溶质，则是饱和的。 液-气界面：只有水分子交换，所以平衡H2O(aq)?H2O (v)可用Raoult律表示：aw=e/es?S. 如果用van’t Hoff因子i表示水的活度，则可得到饱和溶液的潮解湿度： 其中nw是水浓度，ns,sat是饱和溶液中溶质浓度（即溶质可溶性）。各种不同盐的可溶性与离解有效度i是温度的函数，可以在文献中查到。 潮解与吸收水分是任何纯溶质的基本特性。从上式可见：可溶性越大，则潮解点越低。潮解点与吸湿增长（用粒径增长倍数表示）曲线可用下图表示。 注意，潮解点（反映可溶性）强烈依赖于酸性被中和程度： 硫酸铵，是硫酸完全中和形式的盐，可溶，但需要79%的相对湿度才能溶解。 硫酸是无限可溶于水的，所以无潮解点。纯硫酸是液体，水与硫酸的相对分配随湿度变化。 潮解点之上，粒子增长很快，并向S=1线渐近。 每条曲线表示粒子的吸湿增长，反映了溶质吸水能力。 大气气溶胶粒子一般由多种化合物组成，每一种成分有不同的理化特性，所以刻画潮解和吸湿增长的参数一般具有复杂的函数形式。混合粒子通常没有固定的潮解点，吸湿增长常常是经验性的。 霾粒子增长可以采用吸湿增长因子，GF ? Dp(S)/Dp(0), 其中Dp(0)=Dp0为干粒直径。吸湿增长函数为 其中Ahyg为吸湿拟合参数。 如果试验资料比较少，则常常采用一个比值来刻画吸湿增长： GF ? Dp, wet/Dp,dry, 其中Dp, wet可以是某一给定高湿（如90%）条件下测量的干粒直径，而Dp,dry是低湿（如10%）条件下测量的直径。 对于厌水物质，GF小