降雪中不溶颗粒物的透射电镜制样方法及应用

摘要

大气气溶胶颗粒不仅对人体健康和大气辐射收支有重要影响，还能作为云凝结核（CCN）与冰核（IN）对降水过程产生影响。气溶胶、云以及降水之间的关系存在着巨大的不确定性，一直以来是研究的热点。利用单颗粒分析技术研究降水中的不溶颗粒物是近年来兴起的一种有力的研究方法，通过该方法可以探究气溶胶、云以及降水之间的相互作用。透射电子显微镜（TEM）观测是一种重要单颗粒分析技术，但由于观测前的样品的制备过程相对复杂，目前使用该技术对降水成分的研究相对较少。本文尝试利用透射电子显微镜分析降雪样品中的不溶颗粒物，并以此间接研究不同种类与来源的气溶胶对云和降雪过程的影响。首先，设计了6种不同的透射电镜样品制作方法，结果发现：（1）直接滴样制样法（DDM）操作简单便捷，但雪融液中的可溶成分在干燥过程中会析出生成新的可溶颗粒物或覆盖包裹在不溶颗粒物表面，这些会对不溶颗粒的观测带来不便；（2）直接过滤制样法（DFM）不具备可行性，因为TEM铜网膜透水能力极差，不能用于雪融液的过滤；（3）过滤并转移制样法（FTM）虽然除去了绝大部分可溶物质，但该过程中使用的超声震荡会破坏不溶颗粒物的新貌结构；（4）冷冻干燥制样法（FDM）会导致可溶物质生成新的颗粒；（5）稀释静置制沉淀样法（DGM）能有效的减少可溶物质对观测的干扰，但是吸附强或密度较小的不溶颗粒物会在该过程中受到损失；（6）正切过滤-稀释制样法（TFF-D）具有去除融液中可溶物质和浓缩不溶颗粒物的能力，在6种制样方法对比中效果最佳。通过制样方法对比，选取正切过滤-稀释制样法对2015年2月12日吉林市市区和2015年2月22日吉林市郊区的两场降雪样品进行透射电镜的样品制备与观测。最终，结合透射电镜观测结果、卫星云和气溶胶产品数据、地面指定站点的沙尘数据以及气团后向轨迹模式的研究分析发现：2月12日吉林市市区降雪过程中，来自于日本本部周边海域的老化的海盐气溶胶和一定量的人为污染排放气溶胶参与了这次降雪的云成核过程，以至于在云有效温度较低的情况下，云顶冰云的含量却相对较低；而2月22日吉林市郊区的降雪过程中，由于大量沙尘颗粒（包括自然沙尘颗粒与人为沙尘颗粒）作为冰核参与了该次云降雪过程，使云在有效温度较高的情况下却有较高含量的冰云。低压气旋是这两次降雪过程中的主要天气系统，气旋结构使低层的水汽与各层的气溶胶相互混合形成云与降雪。
　　理解气溶胶、云以及降水之间的相互关系是一项长远而困难的研究，仍需要大量的观测来认识它们之间的相互影响以及为模式区域参数化提供数据支持。本文利用透射电镜单颗粒技术对两次降雪中的不溶颗粒物进行分析，以独特的视角揭示大气气溶胶在我国东北区域两次降雪中不同特征。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 气溶胶的来源

1.2通过降水成分研究气溶胶-云-降水之间的关系

1.3 单颗粒分析方法对降水中不溶颗粒物研究现状

1.4 本论文研究内容及意义

第二章 实验方法与数据资料介绍

2.1 采样介绍

2.2 降雪样品处理与仪器介绍

2.3 全球观测资料与后向轨迹模式

第三章 不同透射电子显微镜样品制作方法

3.1 直接滴样制样法

3.2 直接过滤制样法

3.3 过滤并转移制样法

3.4 冷冻干燥制样法

3.5 稀释静置沉淀制样法

3.6 正切过滤-稀释制样法

3.6 小结

第四章 不同透射电子显微镜样品制作方法的结果对比

4.2 直接过滤制样法结果

4.3 过滤并转移制样法结果

4.4 冷冻干燥制样法结果

4.6 正切过滤-稀释制样法结果

4.7 小结

第五章 两次降雪过程颗粒物成分分析及其环流场特征

5.1 降雪中不同成分的含量与相应云属性的关系

5.2 两次降雪样品中不溶颗粒物的来源分析

5.3 两次降雪个例的天气环流形势分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 不足与展望

参考文献

在学期间的研究成果

致谢