■冼甜 趙潤(rùn)澤

（蘭州大學(xué)2013級(jí)大氣科學(xué)基地班甘肅蘭州730107）

氣溶膠與降水的相互影響關(guān)系

■冼甜 趙潤(rùn)澤

（蘭州大學(xué)2013級(jí)大氣科學(xué)基地班甘肅蘭州730107）

氣溶膠、云、降水關(guān)系是現(xiàn)今大氣科學(xué)的前沿領(lǐng)域。氣溶膠作為云凝結(jié)核和冰核，能直接或間接影響到降水；而反過(guò)來(lái)降水也可以通過(guò)沖刷或雨除而減少大氣中氣溶膠濃度。通過(guò)對(duì)氣溶膠與降水相互關(guān)系的分析，可以進(jìn)一步尋找優(yōu)化大氣環(huán)境的方案。而酸性氣溶膠粒子能產(chǎn)生酸雨，反過(guò)來(lái)，氣溶膠粒子也對(duì)酸雨有緩沖能力。同時(shí)，針對(duì)酸雨提出了應(yīng)對(duì)的措施。

氣溶膠 云凝結(jié)核 冰核 酸雨 緩沖能力 降水

1 引言

氣溶膠主要來(lái)源于污染粒子、海鹽粒子、沙塵和煙霧等。能通過(guò)直接效應(yīng)或間接效應(yīng)等途徑影響氣候。氣溶膠的直接效應(yīng)是指氣溶膠通過(guò)吸收和散射太陽(yáng)輻射，直接影響地氣系統(tǒng)的輻射平衡，而氣溶膠的間接效應(yīng)則指氣溶膠作為云凝結(jié)核（CCN）或冰核（IN）影響云含水量、云光學(xué)特性、云量和云壽命等。本文主要討論氣溶膠的間接效應(yīng)。降水可對(duì)氣溶膠粒子起沖刷作用，氣溶膠粒子也可以作為云的凝結(jié)核而起到云內(nèi)清除作用，從而使氣溶膠的濃度得到減小。同時(shí)，氣溶膠粒子作為云凝結(jié)核可以對(duì)降水產(chǎn)生抑制或促進(jìn)作用。今年來(lái)雨水酸化已成為影響環(huán)境的重要問(wèn)題之一，而大氣降水的酸度受氣溶膠中水溶性化學(xué)成分的影響，其酸堿性質(zhì)和緩沖能力是決定雨水PH的主要因素。弄清氣溶膠和降水的關(guān)系可以尋求治理環(huán)境的方法。

2 氣溶膠對(duì)降水的影響

氣溶膠作為凝結(jié)核，可對(duì)降水產(chǎn)生促進(jìn)或抑制的作用。不同尺度、不同濃度的粒子會(huì)產(chǎn)生不一樣的作用。而氣溶膠粒子作為凝結(jié)核，也可達(dá)到云內(nèi)清除氣溶膠濃度的目的。

2.1 吸濕性氣溶膠

吸濕性氣溶膠主要有硫酸鹽、海鹽等，其能作為云凝結(jié)核通過(guò)吸濕增長(zhǎng)，改變?cè)频螖?shù)密度和水汽含量。

Andreaem等、Rosenfeld等通過(guò)模擬表明，當(dāng)CNN粒子半徑0.011.00μm時(shí)，增加氣溶膠濃度，有利于大云滴的形成，增加碰并效率，有利于降水。CNN主要在暖云降水中起關(guān)鍵作用。在含水量一定時(shí)，CNN數(shù)密度增加，吸濕性氣溶膠間相互奪取水分形成小云滴，但由于小云滴的半徑較小，碰并效率低，無(wú)法形成大云滴，因此能抑制降水的發(fā)生。

對(duì)于r>1.00μm的CNN，即GCNN,其爭(zhēng)奪水汽的能力強(qiáng)于其他CNN。在CNN濃度較高時(shí)，增加GCNN的濃度，形成的云滴數(shù)密度增加，云滴半徑較小，因此能抑制降水。在CNN濃度較低時(shí)，增加GCNN的濃度，由于GCNN的爭(zhēng)奪能力較強(qiáng)，能把半徑較小的CNN表面上的水汽奪過(guò)來(lái)，形成較大的云滴，能促進(jìn)降水。因此，CNN影響降水較復(fù)雜，需要對(duì)CNN的尺度、濃度、形狀等進(jìn)行具體分析才能判斷其對(duì)降水的影響。但在多數(shù)情況下，CNN已抑制降水為主。

2.2 非吸濕性氣溶膠

冰核：冰核為非吸濕性核，影響初始冰晶的數(shù)密度，繼而影響云中各水成物粒子的生成效率和含量、降水時(shí)間和降水量。非吸濕性氣溶膠主要有沙塵氣溶膠、黑炭氣溶膠等。

水汽以幾個(gè)水分子集合體為中心聚集成液體（凝結(jié)）或固體（凝華），或者以過(guò)冷卻水中的水分子集體為中心形成冰晶（凍結(jié)）。如把這些微小的水分子集合體看成核，則這種無(wú)異質(zhì)核存在時(shí)的核化現(xiàn)象稱(chēng)為自發(fā)核化或同質(zhì)核化。有異質(zhì)核存在時(shí)的核化凍結(jié)現(xiàn)象，稱(chēng)為異質(zhì)核化現(xiàn)象。云凝結(jié)核主要發(fā)生在暖云降水中，在冷云降水中，冰核起主要作用，而異質(zhì)核化在其中占主導(dǎo)地位。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)冰核濃度增大時(shí)，冰晶的數(shù)密度增大，冰晶平均尺度減小，碰并效率降低，地面降水減少。但也有研究認(rèn)為，冰核數(shù)密度增大，一方面引起碰并效率降低，減少降水量；另一方面冰核核化釋放潛熱增加降水量。所以最終降水是增多還是減少取決于冰核的數(shù)量、尺度等。

3 降水對(duì)氣溶膠的影響

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在雨前、雨中、雨后氣溶膠粒子濃度有較大變化。對(duì)于大尺度粒子和小尺度粒子，雨后粒子濃度明顯小于雨前濃度，說(shuō)明降水對(duì)去除大尺度和小尺度粒子有較大的作用。對(duì)于中尺度粒子，其清除作用沒(méi)那么明顯。利用多重Monte Carlo算法對(duì)降雨過(guò)程中氣溶膠沉降的數(shù)值模擬表明，大雨對(duì)任何尺度的濕去除效果依次強(qiáng)于中雨和小雨，而三種類(lèi)型的雨對(duì)大尺度粒子的濕去除效果依次強(qiáng)于小尺度粒子和中尺度粒子。對(duì)于小尺度氣溶膠粒子，其主要受布朗擴(kuò)散而被采集，而且越小的粒子越容易被采集。而對(duì)于大尺度氣溶膠粒子，主要由于慣性碰撞作用與雨滴碰撞而被濕去除，尺度越大的粒子，慣性越大，就越容易與雨滴碰撞而被去除。因此降水對(duì)大尺度粒子和小尺度粒子的濕去除效果比較明顯，而對(duì)中尺度粒子的濕去除效果不明顯。對(duì)于任意尺度的氣溶膠粒子，隨著降雨強(qiáng)度的增大，粒子與雨水碰撞的概率就會(huì)加大，因此隨著雨水強(qiáng)度的增大被濕去除的效果要更好。

4 總結(jié)

氣溶膠與云和降水的關(guān)系是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，其受很多因素的影響。氣溶膠濃度的增加可以導(dǎo)致降水的減少，而降水的減少又反過(guò)來(lái)使氣溶膠的去除途徑減少。而酸性氣溶膠粒子又可以使雨水酸化。不同云的型狀、不同氣溶膠的類(lèi)型和含量、不同環(huán)境條件下，氣溶膠對(duì)云和降水的影響具有很大的差異和不確定性，我們還沒(méi)有全面的認(rèn)識(shí)。全面認(rèn)識(shí)氣溶膠和降水的關(guān)系，有利于采取措施降低大氣污染，優(yōu)化環(huán)境。而根據(jù)氣溶膠與酸雨的關(guān)系，對(duì)于分析大氣顆粒物對(duì)降水影響及其對(duì)自身污染特性的分析十分有利，據(jù)此制定應(yīng)對(duì)措施，減少和控制污染排放，降低酸雨發(fā)生幾率，改進(jìn)環(huán)境質(zhì)量有重大意義。

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1000-405X（2016）-5-428-1