吳 進,孫兆彬,翟 亮,李 琛

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北京地區(qū)不同類型降水對氣溶膠粒子的影響

吳 進1,2,孫兆彬1*,翟 亮3,李 琛4

(1.中國氣象局北京城市氣象研究所,北京 100081；2.京津冀環(huán)境氣象預報預警中心,北京 100081；3.北京市氣象臺,北京 100089；4.北京市氣象服務中心,北京 100089)

利用2013~2015年大氣成分與氣象觀測資料,分析了北京地區(qū)不同類型降水對氣溶膠粒子的影響,結(jié)果表明:隨著降水強度增大,PM10、PM2.5、PM1濃度下降的時次比例、濃度下降比例均增大,PM10下降幅度大于PM2.5和PM1;不同類型降水對氣溶膠濃度影響不同,對流性降水中大氣運動劇烈,對3種顆粒物都有快速而顯著的清除效果;穩(wěn)定性降水細分為3類,顯著冷空氣型的冷空氣垂直下沉運動和降水濕清除可使粒子濃度緩慢下降,無顯著冷空氣但有顆粒物傳輸型的降水過程對氣溶膠粒子的濕沉降效果有限,無顯著冷空氣無傳輸型氣溶膠粒子吸濕增長可能導致粒子濃度不會下降;降雪或雨夾雪過程中隨著降雪強度增大,氣溶膠粒子濃度下降比例增大,但下降時次比例呈指數(shù)或者對數(shù)變化.雨雪相態(tài)轉(zhuǎn)換的降水過程更為復雜,除了上述因素之外,還需考慮雨雪相態(tài)轉(zhuǎn)變帶來的水滴(雪)粒徑、降水粒子對周邊氣流的動力拖曳作用的變化、冷空氣下沉運動對流型的改變.

對流性和穩(wěn)定性降水；降雪或雨夾雪；大氣運動；濕清除；氣溶膠；粒徑

近年來京津冀地區(qū)已成為我國氣溶膠污染最為嚴重的地區(qū)[1].在空氣重污染過程中,如何有效降低氣溶膠濃度已是當今社會關注的熱點之一.冬季強冷空氣伴隨的大風由于源地清潔且能快速提升大氣容量,能在較短時間內(nèi)凈化空氣,但僅多發(fā)于冬半年,此外降水等天氣現(xiàn)象可降低氣溶膠濃度,即濕沉降清除.大氣濕沉降是大氣污染物從源到匯的重要環(huán)節(jié),降水粒子通過慣性碰并等作用將云底下的干氣溶膠粒子帶走;另一方面,氣溶膠粒子作為凝結(jié)核先變?yōu)樵频?再由成百萬個云滴結(jié)合成降水粒子而下落.本文僅對云層下部即降水過程中對顆粒物的的清除開展研究.

目前不同類型降水過程對氣溶膠顆粒的清除作用大小,至今還沒有統(tǒng)一定論.已有研究表明,降雨過程對粗粒子和細粒子均有去除作用,對細粒子的去除作用尤為明顯[2],降雪對粒徑小于0.03μm的氣溶膠粒子的清除能力較強[3],同時降水對氣溶膠堿性化學組分沖刷效果尤為顯著,且濕沉降作用對降水化學組成產(chǎn)生了重要影響[4-11];但是,也有研究表明,降水對清除氣溶膠粗粒子和改善大氣能見度作用明顯,但降雨前后細粒子數(shù)濃度變化不大,甚至有所升高[12-13].同時,一些學者將降水的濕沉降作用剝離出來進行量化[14],利用斯托克斯數(shù)分析了不同粒徑雨滴對顆粒物的慣性碰并作用,這一研究是在假定大氣穩(wěn)定,空氣中的粒子靜止不動的前提下,運動氣流中的粒子被靜止障礙物(雨滴被假設為一球體)所捕獲,氣流速度等于雨滴的末速度.另外,早在1967年Friedlandev就利用雷諾數(shù)和貝克來數(shù)來討論雨滴對氣溶膠粒子的捕獲效率,并得到了捕獲效率就是擴散到雨滴上的粒子數(shù)與下落雨滴所掃出體積重包含的粒子數(shù)之比.以上假設和理論對于理解氣溶膠粒子運動及降水對氣溶膠粒子的清除效率具有重要意義,但以上所描述的對氣溶膠粒子的清除作用可能與真實大氣相距甚遠,在大氣層結(jié)相對穩(wěn)定的條件下,以上理論可能能夠解釋實際大氣的部分問題,但當大氣層結(jié)不穩(wěn)定的條件下,用以上理論分析降水過程則與實際結(jié)果相距甚遠.

總體看來,以上研究結(jié)論說明降水對不同粒徑粒子的影響效果不一,尤其對細顆粒物的去除作用仍有很大爭議.在實際大氣中,一次完整的降水過程中氣溶膠濃度變化是大氣運動和降水濕清除等多種因素的綜合結(jié)果,在云下空氣中,不僅包含雨滴對氣溶膠粒子的“慣性碰并”等,同時,大氣在降水過程中的垂直和水平動力條件對氣溶膠粒子也具有很大的影響.以往的研究多重視降水量級、雨滴譜、雨滴的慣性碰并作用等,而對降水天氣中與之相伴的大氣動力機制有所忽視,不同類型的降水天氣可導致雖具有相同的降水量級,但對氣溶膠粒子卻產(chǎn)生完全迥異的清除效果.所以,本文為深入研究真實大氣中降水過程對氣溶膠粒子的影響,從不同降水的性質(zhì)(穩(wěn)定性、對流性)及降水量級角度出發(fā),將降水濕沉降與大氣動力條件有機結(jié)合,更全面闡釋氣溶膠粒子降水前后濃度變化機制.

1 材料與方法

選取北京市氣象局大氣成分觀測站朝陽(39°57￠N, 116°30￠E)、昌平(40°13￠N, 116°13￠E) PM10、PM2.5、PM1質(zhì)量濃度逐時監(jiān)測數(shù)據(jù)(圖1),數(shù)據(jù)時間長度為2013年1月1日~2015年12月31日,兩個測站均采用GRIMM180環(huán)境顆粒物監(jiān)測儀.同時,還使用京津冀地區(qū)國控大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測站的PM2.5質(zhì)量濃度逐時監(jiān)測數(shù)據(jù),其中北京有12站,天津15站,河北53站(http://www.cnemc.cn/).氣象資料來源于人工觀測和地面自動氣象觀測數(shù)據(jù), NCEP(1o×1o)再分析逐6小時氣象資料.風廓線雷達分別位于北京市代表站北京市觀象臺(39°48￠N,116°28￠E,簡稱觀象臺)、海淀(39°59￠N,116°17￠E)(圖1),兩部雷達均為頻率1270~1375MHz、探測高度10km的L波段低對流層風廓線雷達,探測數(shù)據(jù)的垂直分辨率120m,共分59層,時間分辨率為6min.地面風場采用流線形式顯示.海淀雨滴譜儀HSC-OTT Parsivel EF 是由北京華創(chuàng)維想公司與德國OTT公司聯(lián)合開發(fā)的基于現(xiàn)代激光技術的光學測量儀器,液態(tài)降水類型粒徑的測量范圍為0.2~5mm,固態(tài)降水類型粒徑測量范圍為0.2~25mm,可對速度為0.2~20m/s的降水粒子進行測量.氣象數(shù)據(jù)均通過北京市氣象局信息中心質(zhì)控后使用.文中無特殊說明均為北京時.

圖1 觀象臺、海淀、朝陽、昌平氣象觀測站位置

▲觀象臺、海淀,●朝陽、昌平

2 降水過程中不同粒徑顆粒物的濃度變化

對朝陽、昌平站2013~2015年平均2036個降水時次進行了詳細統(tǒng)計(表1),分析PM10、PM2.5、PM1濃度變化.利用降水前后濃度對比,反映的應是降水濕沉降和大氣動力耦合的共同結(jié)果.分析表明,隨著降水雨強(1h降水量)增大,3種粒徑顆粒物下降時次比例、濃度下降比例均有所增大,粗顆粒物(PM10)的下降幅度大于細顆粒物(PM2.5、PM1);當雨強0~1mm/h時, PM10濃度上升582個時次,占總樣本45%,PM2.5濃度上升691個時次,占總樣本51%,PM1濃度上升677個時次,占總樣本52%.降水過程對不同粒徑的顆粒物清除效果不明顯,尤其PM2.5和PM1濃度超過50%的時次都不降反升,且濃度上升比例顯著大于PM10;當雨強310mm/h時,PM10下降時次占總樣本71%,濃度平均下降35%, PM2.5下降時次占總樣本70%,濃度平均下降32%,PM1下降占總樣本67%,濃度平均下降31%.降水過程對不同粒徑的顆粒物清除效果明顯,對粗顆粒物的清除效果尤為顯著.總體上,結(jié)論與已有研究結(jié)果基本一致[15-16].雖然雨強增大時對顆粒物的清除作用增強,但即使雨強310mm/h,仍有28%~33%的時次不同粒徑顆粒物濃度上升,且相同雨強下,顆粒物濃度時而下降時而上升,這與降水的類型和天氣系統(tǒng)的特點密不可分,所以還需進一步分析降水性質(zhì)及對應的大氣垂直和水平動力作用.

表1 不同雨強下PM10、PM2.5、PM1濃度變化

3 不同類型降水過程對氣溶膠粒子的影響

2013~2015年共計降水151次,根據(jù)降水類型進行分類,其中對流性降水(降水伴有雷電、冰雹、雷暴大風、短時強降水等強對流性天氣)114次,樣本時次1177個;穩(wěn)定性降水37次,樣本時次499個;雨夾雪及降雪過程14次,樣本時次360個.

3.1 對流性降水過程

通過對1177個對流性降水樣本時次進行統(tǒng)計,結(jié)果顯示(表2),隨著雨強增大,PM10、PM2.5、PM1下降時次比例、濃度下降比例都顯著增大,結(jié)論與表1相似,但3種粒子濃度下降比例增幅更大.

以2014年6月6日一次典型對流性降水為例,在12:00~13:00小時降水量最大的時段中,PM10、PM2.5、PM1濃度分別從73、60、40μg/m3快速降至10μg/m3以下(圖2).

表2 對流性降水不同雨強下PM10、PM2.5、PM1濃度變化

圖2 朝陽站2014年6月6日PM10、PM2.5、PM1濃度和降水量

強對流天氣發(fā)生過程中,大氣運動極為劇烈.圖3是用2014年6月6日12:00的觀象臺地面溫度訂正了8:00的溫度壓力對數(shù)圖(又稱探空圖),灰色陰影代表CAPE(大氣不穩(wěn)定能量)的大小,陰影越大則不穩(wěn)定能量越大.本次降水前CAPE達1327J/kg.14:00前后700~500hPa出現(xiàn)最大值為0.42m/s的上升運動,而天氣學中天氣尺度系統(tǒng)的上升運動量級為10-2m/s,0.42m/s已接近中小尺度系統(tǒng)的上升量級(100m/s),故大氣垂直方向上強上升運動極有利于氣溶膠粒子的擴散和稀釋[17];與此同時,13:00前后地面還出現(xiàn)了雷暴大風天氣,雷暴大風[18]一旦產(chǎn)生不僅短時間內(nèi)在大氣垂直方向上下沉運動劇烈,本個例中最大下沉速度達7m/s以上,遠超出了天氣尺度垂直運動的量級(圖4),同時,水平風速突增,13:00朝陽地區(qū)水平風速達8~10m/s(圖5),即5級風力.總體上,該次降水發(fā)生過程中強上升與中小尺度的強下沉運動共存,大氣運動劇烈,極有利于氣溶膠粒子的擴散和清除,故在1h甚至更短時間內(nèi)對不同粒徑的顆粒物都有快速而顯著的清除效果.王莉莉等[19]通過分析天氣型表明槽或槽前降水常使區(qū)域環(huán)境質(zhì)量達到谷值,為清除天氣型.而該類降水大氣多為不穩(wěn)定狀態(tài).

圖3 北京市觀象臺2014年6月6日探空圖

圖4 2014年6月6日觀象臺風廓線風場和下沉速度

圖5 北京地區(qū)2014年6月6日13:00地面風場

3.2 穩(wěn)定性降水過程

非對流性(穩(wěn)定性)降水雨強較小,統(tǒng)計時段內(nèi)未有雨強310mm/h的個例.499個降水時次中(表3),隨著雨強增大,PM10下降時次和濃度下降比例呈增大趨勢,而PM2.5、PM1雖然下降時次比呈增大趨勢,但濃度下降比例在1~5mm/h時基本無變化,35mm/h呈減小趨勢,說明在穩(wěn)定性降水中細顆粒物濃度變化較為復雜.當降水過程中大氣運動不劇烈時,細顆粒物濃度變化與多種因素有關,如降水前空氣質(zhì)量[20]、冷空氣強度、區(qū)域傳輸、氣溶膠吸濕增長等條件.根據(jù)細顆粒物變化情況,再將穩(wěn)定性降水分為顯著冷空氣型、無顯著冷空氣有傳輸型、無顯著冷空氣無傳輸型.

表3 穩(wěn)定性降水不同雨強下PM10、PM2.5、PM1濃度變化

3.2.1 顯著冷空氣型穩(wěn)定性降水 圖6為2015年3月31日一次穩(wěn)定性降水,此次過程雨強均在4mm/h以內(nèi),未出現(xiàn)對流性天氣現(xiàn)象.降水期間08:00~13:00 3種粒徑的粒子濃度變化緩慢, PM2.5、PM1在09:00~10:00雨強最大時段未出現(xiàn)顯著下降,11:00之后3種粒徑粒子均緩慢下降, 14:00PM2.5、PM1濃度回落至100μg/m3以下.

圖6 朝陽站2015年3月31日PM10、PM2.5、PM1濃度和降水量

圖7 2015年3月30~31日NCEP再分析資料垂直分布

時間為世界時,陰影部分為垂直速度(Pa/s),虛線為溫度(℃)

該次降水過程中,天氣尺度上升運動較弱,但弱冷空氣活動清晰,從31日08:00 高度為850hPa的8℃等溫線不斷下降(圖7),說明低層有冷平流影響,冷空氣的下沉運動從最大雨強出現(xiàn)后的11:00開始逐漸加強,最強出現(xiàn)在20:00,與3種粒徑的氣溶膠粒子開始緩慢下降的時間段相同,且粒子濃度下降幅度增大時段(11:00~14:00)與下沉運動加強時段一致;期間地面風場一直維持2~3m/s的偏東風.粒子濃度下降時段與冷空氣下沉增強時段基本一致.綜合看來,冷空氣的垂直下沉運動與降水清除作用共同導致3種粒徑粒子濃度緩慢下降.

3.2.2 無顯著冷空氣有傳輸型穩(wěn)定性降水 北京地區(qū)大氣污染過程中顆粒物濃度迅速增長大多與對流層底層西南風或東南風的區(qū)域輸送密切相關[21-25].圖8為2015年2月20日一次穩(wěn)定性降水過程,該降水23:00前為小雨,之后轉(zhuǎn)為雨夾雪或雪.從13:00開始PM10、PM2.5、PM1濃度一直呈陡升趨勢,同時從100μg/m3以下上升至170μg/m3以上,19:00~23:00降水期間3種粒徑的氣溶膠粒子濃度仍快速上升.

圖8 朝陽站2015年2月20~21日PM10、PM2.5、PM1濃度和降水量

20日13:00京津冀PM2.5濃度分布呈南高北低模態(tài),PM2.5濃度高值區(qū)位于河北邯鄲一帶(圖略),隨著對流層底層南風流場維持,21:00PM2.5濃度高值區(qū)北推至河北中部太行山沿山一帶,北京地區(qū)的PM2.5濃度隨之顯著升高(圖9).后向軌跡分析表明(圖10),地面10m、500m氣團來源于北京以南地區(qū),500m移速略大于10m,1000m氣團來自高空下沉,進一步驗證了北京地區(qū)近地面污染物來源于河北中部區(qū)域輸送,而降水對氣溶膠的濕沉降作用遠遠小于氣溶膠區(qū)域輸送作用.所以,當在區(qū)域重污染背景下有明顯污染物輸送的穩(wěn)定性降水過程中,弱降水的濕沉降作用基本可被忽略,而且因地面水汽和雨滴在空氣中蒸發(fā)會增加空氣中的相對濕度,顆粒物吸濕度增長,在雨滴和顆粒物共同消光作用下能見度進一步降低.

圖9 京津冀地區(qū)2015年2月20日21:00 PM2.5濃度和流場

圖10 北京地區(qū)2015年2月19日20:00~20日20:00后向軌跡分布

3.2.3 無顯著冷空氣無傳輸型穩(wěn)定性降水 此類降水過程中氣溶膠粒子濃度變化機制較為復雜,為重污染天氣預報的難點之一.本文提出幾種可能機制.圖11為2014年5月24日一次穩(wěn)定性降水,雨勢平緩,未伴隨對流性天氣現(xiàn)象.4:00~ 12:00降水期間,除5:00~6:00小時雨強大于5mm時,3種粒徑粒子濃度略有下降之外,其他時次基本穩(wěn)定維持或略有上升,其中6:00~8:00上升幅度較大.

京津冀地面流場顯示(圖12),6:00~8:00北京盛行偏東氣流,但風速不大,上游PM2.5濃度較北京略低.但在濕偏東氣流影響下,北京的相對濕度在2:00~6:00升高了50%(圖13),露點升高了3.3 ℃,說明北京地區(qū)的絕對水汽含量大幅上升,且8:00~ 9:00相對濕度略有下降的同時氣溶膠粒子濃度也略有下降,二者變化趨勢接近,故推斷氣團快速增濕導致氣溶膠粒子吸濕增長可能是粒子濃度上升的氣象原因.5:00~6:00小時雨強大于5mm/h時氣溶膠粒子濃度略有下降,考慮可能與雨滴濕沉降作用有關.當不存在明顯區(qū)域輸送,大氣垂直和水平運動并不劇烈的條件下,降水濕沉降作用可能有所凸顯,影響規(guī)律基本遵循本研究第二部分的統(tǒng)計結(jié)果,但與此同時,近地面濕度的增大又對氣溶膠粒子吸濕增長有正貢獻,此類過程中氣溶膠粒子濃度上升還是下降的不確定性較大.

圖11 朝陽站2014年5月24日PM10、PM2.5、PM1濃度和降水量

圖12 京津冀地區(qū)2014年5月24日06:00 PM2.5濃度和流場

圖13 朝陽站2014年5月24日露點和相對濕度

3.3 降雪或雨夾雪過程

通過統(tǒng)計降雪或雨夾雪360個時次(表4)顯示,隨著小時降雪量增大,3種粒徑的粒子濃度下降百分比都呈增大趨勢,但濃度下降時次百分比呈拋物線變化,1~2mm時下降時次百分比最大,隨著降雪量增大或者減小,下降時次百分比均上升.

以2013年2月3日中雪過程為例,小時降雪量均小于1mm,降雪期間PM10、PM2.5、PM1濃度呈上升趨勢(圖14).降雪期間無明顯冷空氣影響,對流層中低層垂直溫度梯度小,925hPa維持-4℃左右,且無強烈垂直運動(圖15).氣溶膠粒子的濃度變化受降雪濕清除影響較小,主要是由于區(qū)域傳輸以及氣溶膠內(nèi)部因素等影響.

表4 降雪或雨夾雪過程中PM10、PM2.5、PM1濃度變化

圖14 朝陽站2013年2月3日PM10、PM2.5、PM1濃度和降雪量

圖15 2013年2月2~3日NCEP再分析資料垂直分布

世界時,陰影部分為垂直速度Pa/s,虛線為溫度,高度單位hPa

4 討論

上述幾類降水都發(fā)生在同一相態(tài)下,水滴相態(tài)并未發(fā)生改變.但當發(fā)生雨雪相態(tài)轉(zhuǎn)變后,雨滴粒徑也將發(fā)生變化,這類降水對氣溶膠粒子的影響機制更為復雜.2016年11月20~21日北京出現(xiàn)初雪過程(圖16),20日以穩(wěn)定性小雨為主, 16:00~ 23:00 3種粒徑氣溶膠粒子濃度從60~ 120mg/m3逐漸下降至20mg/m3;22:00~24:00轉(zhuǎn)為雨夾雪后繼而轉(zhuǎn)為雪,21日以降雪為主,0:00~ 4:00降雪期間除了PM1.0外,PM2.5、PM10濃度有所上升.

圖16 2016年11月20~21日PM10、PM2.5、PM1濃度

如圖17所示,17(a)、(b)、(c)為降雨過程,(d)、(e)、(f)為雨轉(zhuǎn)雪的過程,降水粒子粒徑明顯增大.對于使用斯托克斯數(shù)(Stk)來討論雨滴對顆粒物的清除作用,Stk正比于/,為降水粒子的末速度,為降水粒子的半徑.Twomey[26]提出當降水粒子的半徑超過40mm時,就會明顯偏離斯托克斯定律,當Stk=1時,粒子均能被有效捕獲,而斯托克斯數(shù)很小的粒子捕獲效率很低甚至不能被捕獲.20~21日雨雪期間無論其中哪個階段在慣性捕獲顆粒物的過程中U/R的比值都非常小,對小粒徑顆粒物捕獲效率很低.但是實際上真實大氣中的顆粒物濃度出現(xiàn)兩次明顯下降,尤其是在20日16:00~ 23:00降水粒子的粒徑接近1000mm時,PM1濃度也出現(xiàn)了明顯下降.Twomey[26]認為對于小雨滴來說,流型呈粘滯性,當雨滴半徑接近或者超過1000mm時,流型逐漸變?yōu)橥牧餍?因此U/R隨半徑增加而減少被由于流型改變而造成的更有效捕獲所彌補,由降水粒子拖曳和大氣冷空氣混合在一起形成下沉運動(圖略)與以上提到的由于流型改變所形成的捕獲效應一起降低了大氣中顆粒物的濃度,而僅僅用斯托克斯數(shù)的相關討論來指導大氣中降水天氣對污染物清除是不妥當?shù)?降水和降雪粒子對周邊空氣的動力拖曳,配合系統(tǒng)冷空氣的動力作用對流型的改變,將給用斯托克斯數(shù)來討論降水過程對顆粒物的清除效果帶來極大障礙.

(a)、(b)、(c) 2016年11月20日, (d)、(e)、(f) 2016年11月21日

另外,氣溶膠中包含著大量彼此相互作用著的粒子,在湍流、空氣動力、布朗運動、電學、漂移及其他因素作用下,粒子間產(chǎn)生相對運動,彼此接觸及凝聚.通過凝聚,粒子能從一種尺度范圍快速轉(zhuǎn)化為另一種很不相同的尺度范圍[26].需要說明的是,氣溶膠中粒子的運動十分復雜,本研究并非對氣溶膠粒子的相關規(guī)律面面俱到,僅從不同降水類型的大氣動力機制和濕清除作用為切入點來研究降水對氣溶膠粒子的影響.但在具體降水過程中,尤其是大氣復合型重污染天氣下,應針對氣象條件和大氣物理化學等因素綜合考慮.

5 結(jié)論

5.1 通過對2013~2015年觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示,隨著降水雨強增大,PM10、PM2.5、PM13種粒徑粒子下降時次比例、濃度下降比例均有所增大,但PM10的下降幅度大于PM2.5和PM1.當雨強0~1mm/h時,PM2.5、PM1上升比例均顯著大于PM10;當雨強310mm/h時,降水過程對不同粒徑的顆粒物清除效果明顯,對粗顆粒物去除效果尤為顯著.

5.2 對流性降水由于大氣運動劇烈,不同粒徑的顆粒物濃度能在短時間內(nèi)迅速降低,且隨著雨強增大,下降時次比例和濃度下降比例越大.

5.3 顯著冷空氣型穩(wěn)定性降水可使3種粒徑粒子濃度緩慢下降;無顯著冷空氣有傳輸型穩(wěn)定性降水對氣溶膠粒子的濕沉降作用基本可忽略,以傳輸作用為主;無顯著冷空氣無傳輸型穩(wěn)定性降水的氣溶膠粒子濃度變化機制較為復雜,本研究提出幾種可能機制,氣團快速增濕時氣溶膠粒子吸濕增長可能導致粒子濃度不會下降.

5.4 降雪或雨夾雪過程隨著降雪強度增大,氣溶膠濃度下降比例增大,但下降時次比例呈指數(shù)或?qū)?shù)變化,降雪量在1~2mm/h下降時次比例最大.

5.5 雨雪相態(tài)轉(zhuǎn)換的降水過程更為復雜,除了上述因素之外,還需考慮雨雪相態(tài)轉(zhuǎn)變帶來的水滴(雪)粒徑、降水粒子拖曳和冷空氣下沉運動與流型改變的影響.

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致謝：本文雨滴譜數(shù)據(jù)處理及應用是由北京旗云創(chuàng)科科技有限責任公司王永博士協(xié)助完成,在此表示感謝.

Effects of different types of precipitation on aerosol particles in Beijing.

WU Jin1,2, SUN Zhao-bin1*, ZHAI Liang3, LI Chen4

(1.Institute of Beijing Urban Meteorology, China Meteorlolgical Adminstration, Beijing 100081, China；2.Beijing-Tianjin-Hebei Prediction and Early Warning Center for Environmental Meteorology, Beijing 100081, China；3.Beijing Municipal Weather Forecast Center, Beijing 100089, China；4.Beijing Meteorological Service Center, Beijing 100089, China)., 2018,38(3)：812~821

Based on the environmental and meteorological data during 2013~2015, the influence of different types of precipitation on aerosol particles was analyzed. The results showed that with the increasing rainfall precipitation, the concentration decrease ratio and mean of PM10, PM2.5, PM1increased. PM10declined more than PM2.5and PM1. Different types of precipitation leaded to different effect on aerosol concentration. To the convective precipitation, atmospheric motion was fierce, which had a rapid and significant effect on scavenging of particles with different diameters. Stable rainfall was subdivided into three categories. To significant cold air type, the descending motion and wet scavenging may make particles concentration decreased slowly. To no-significant cold air and transmission type, the wet scavenging of stability weak precipitation could be neglected. To no-significant cold air and no-transmission type, rapid air humidification which made aerosol particle hygroscopic growth may lead to the concentration of particles not decreased. In snow or sleet process, with snowfall intensity increased, aerosol particle concentration decreased ratio increased.The ratio of the decrease was exponential and logarithmic. The precipitation process with snow and snow phase transition was more complicated. Besides the above factors, it was necessary to consider the influence of the change of the water droplet (snow) size caused by the change of snow phase phase, the dynamic drag action of precipitation particles on the surrounding air, the cold air subsidence movement and the change of flow situation type.

convection and stability precipitation；snow and sleet；atmospheric motion；wet scavenging；particles；particle sizes

X513

A

1000-6923(2018)03-0812-10

吳 進(1984-),女,新疆五家渠人,工程師,碩士,主要從事大氣環(huán)境相關的研究工作.發(fā)表論文6篇.

2017-08-25

北京市自然科學基金資助項目(8161004,8172051);北京市科技計劃課題(Z151100002115045);國家自然科學基金青年項目(41605110);中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務費專項(IUMKY201724)

* 責任作者, 副研究員, zbsun@ium.cn