典型海域气象参数对海洋大气气溶胶粒子数密度谱的影响分析

摘要

大气气溶胶是大气的重要组成部分，它对大气环境、气候等都有着很大的影响，同时它对人类生活、生产的影响也是不容小觑的。研究大气气溶胶的物理和光学特性，建立大气模式，有助于了解大气气溶胶的气候效应以及大气污染物对人类的危害等问题。因此，研究大气气溶胶的特性很有必要。海洋气溶胶作为大气气溶胶的组成部分，通过多种方式直接或间接的影响地气系统的能量收支以及气候变化。研究海洋气溶胶可以帮助人类进一步地认识海洋的大气过程，了解海洋对全球气候变化的影响。海洋大气气溶胶参与海气交换过程，对海洋大气循环等有着重要的影响。因此，海洋大气气溶胶微物理特性已成为国内外重要的研究课题。 常见的大气气象参数有:温度、相对湿度、风速、风向、气压、雨量。常见的大气气溶胶光学参数有:粒子谱、能见度、吸收系数、散射系数以及消光系数。本文主要分析粒子的数密度谱受气象参数的影响。常见的测量大气参数的仪器有:自动气象站、能见度仪、光声光谱仪、激光雷达、光学粒子计数器等。 本文首先介绍了大气气溶胶的物理和光学特性:大气气溶胶的定义、分类、尺寸和来源。然后详细介绍了气象参数、光学参数等大气参数的定义。再给出了大气气溶胶浓度、粒子谱、能见度等大气参数的测量方法、测量设备和测量原理。再对海洋大气气溶胶粒子数密度谱的谱型进行了分析，研究了相对湿度和风速对粒子数密度谱的影响。最后，统计了典型海域的大气气溶胶消光和吸收特性，分析了各参数之间的相互关系。 本文利用2004年8月至2018年10月期间海上测量的气溶胶数据，研究了海洋大气气溶胶粒子数浓度和粒子谱受气象条件影响的变化规律。气溶胶数据测量地点为广东茂名近海、太平洋以及印度洋海域。数据内容包含两个部分:(1)利用光学粒子计数器(OPC)测得的大气气溶胶的粒子数;(2)自动气象站等设备测得的大气温度、相对湿度、气压、风速等气象参数。分析了不同气象条件下的粒子谱分布变化特征，即利用理论模型模拟了不同相对湿度和不同风速条件下粒子谱的变化规律，并将此理论模拟值与实际测量值进行对比。其结果表明:使用r(RH)/r=（1-RH）-2/2.9模型来模拟相对湿度对粒子谱的影响比较符合实际，使用lgN=a*U+b模型来模拟风速对粒子谱的影响比较合理。总的来说，理论模型与实际测量的契合度很高，这对于建立海洋大气气溶胶模式有着重要的指导意义。本文还对误差来源进行了分析，主要来源于仪器的测量误差，公式的反演误差等。虽然理论模拟结果存在一定的误差，但这对研究气象参数对不同海域的粒子谱分布的影响具有参考意义。 另外，本文还分析了茂名沿海及海上大气温度和相对湿度的变化规律。分别比较了相对湿度与能见度、温度、吸收系数以及散射系数的变化趋势;比较了晴天和雨天的温湿度、能见度和粒子数密度谱的差异;对比了沿海地区和海上的粒子数密度谱分布情况。 本文对下一步工作提出了几点展望:通过完善大气测量系统以保证数据的完整性;通过改善气象模型以提高模拟的准确性;通过拓宽探索的海域以实现模型的广泛适用性以及研究海洋大气气溶胶光学参数预报的可行性。