| 作者： | 顾宇丹 |
| 专业： | 大气物理学与大气环境 |
| 导师： | 牛生杰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京信息工程大学 |
| 关键词： | 沙尘气溶胶;粒子浓度;粒子粒径;瞬时谱;空气动力学;非线性最小二乘法;沙尘暴天气 |
| 摘要： | 利用美制APS-3310A型激光空气动力学气溶胶粒子谱仪在巴音浩特、盐池、银川等地获得了具有代表性的背景大气、浮尘、扬沙、沙尘暴天气的沙尘气溶胶资料。统计分析了不同天气沙尘气溶胶的浓度变化，粒子谱的瞬时演变特征，并用非线性最小二乘法对粒子谱进行拟合，并做了误差分析。 1、不同天气，沙尘气溶胶的浓度(数浓度、表面积浓度和质量浓度)的变化特征。背景、浮尘、扬沙、沙尘暴天气沙尘气溶胶浓度依次增大。背景大气沙尘气溶胶数浓度、表面积浓度和质量浓度分别为25～29个/cm3、223～255μm2/cm3、0.32～0.4mg/m3；浮尘天气分别为28～45个/cm3、249～412μm2/cm3和0.25～0.43mg/m3；扬沙天气分别为56～156个/cm3、405～1419μm2/cm3和0.43～1.89mg/m3；沙尘暴天气分别为209～359个/cm3、1337～2533μm2/cm3和1.42～2.95mg/m3。浮尘期间，粒子数浓度主要集中在1.0～2.0μm范围内；扬沙期间，粒子数浓度主要分布在0.1～1.0μm、1.0～2.0μm之间；沙尘暴天气，粒子数浓度集中在小于2.0μm范围内，且在0.1～1.0μm范围内的比重略大，达0.5以上。沙尘天气，表面积浓度在小于等于2.0μm和大于2.0μm范围内的比重相接近，分别在0.45和0.55附近；质量浓度在大于2.0μm范围内的比重超过小于等于2.0μm范围内的比重，达0.7以上。 2、分析不同沙尘天气气溶胶瞬时谱(浓度谱、质量谱、表面积谱)的演变特征。不同等级的沙尘天气，数浓度谱、表面积谱和质量谱的谱型之间存在差异。同一天气条件下，三种浓度谱的峰值浓度存在明显变化，变化趋势与总浓度保持一致。浮尘三种浓度谱的谱型较窄，对应的峰值直径主要在1.036～1.286μm、2.128～2.287μm和2.287～3.050μm之间，浮尘结束时峰值粒径范围略有减小。扬沙浓度谱的谱型较宽。数浓度谱的峰值浓度在前30min内由5个/cm3增至8个/cm3左右，之后不断下降，结束时仅为3个/cm3；峰值直径主要在0.835～0.897μm和0.897～0.964μm两个粒径档中变动。表面积谱的峰值浓度随时间由36μm2/cm3增至56μm2/cm3，再减少到20μm2/cm3左右；峰值直径范围开始为2.287～3.050μm，中期为2.128～2.838μm，末期为2.128～2.458μm。质量谱峰值直径在2.458～5.829μm之间波动。沙尘暴发生时，数浓度谱的峰值浓度高达23个/cm3，维持该浓度水平一段时间后，峰值浓度开始下降，终止时降为14个/cm3；对应峰值直径在0.723～0.835μm范围内变动。表面积谱的峰值浓度从初始120μm2/cm3降为结束时的60μm2/cm3；峰值直径范围由起初的2.287～2.458μm扩大到2.128～2.838μm之间。质量谱也有同样的峰值浓度变化趋势，峰值粒径的变化范围为2.838～4.697μm。 3、对粒子谱进行了拟合和误差分析。沙尘气溶胶瞬时谱分布用对数正态分布函数拟合的参数如下：浮尘天气，数浓度谱、表面积谱、质量谱的峰值直径、标准差σ和常数c分别为1.114～1.158μm、1.50～1.53和3.3～5.3个/cm3，1.611～1.689μm、1.60～1.63和20.4～32.8μm2/cm3，2.011～2.121μm、1.53～1.62和0.016～0.027mg/m3。扬沙天气，不同浓度谱对应的谱参数分别为0.565～0.762μm、1.75～2.03和10.3～25.5个/cm3，1.134～1.675μm、1.83～2.20和35.9～95.3μm2/cm3，2.249～2.641μm、1.73～1.88和0.027～0.082mg/m3。沙尘暴不同浓度谱的三个参数依次为0.498～0.686μm、1.66～2.0和55.3～80.3个/cm3，1.150～1.56μm、1.88～2.12和121～199μm2/cm3，2.192～2.519μm、1.71～1.84和0.078～0.143mg/m3。扬沙和沙尘暴期间，拟合峰值直径有小幅的变化，常数c变化范围较大。浮尘三种浓度谱的标准差σ在1.5～1.7之间；扬沙、沙尘暴表面积谱的标准差σ位于2附近，它们的数浓度谱、质量谱的σ在1.6～2.0之间。拟合参数落在常见值范围内，基本能反映沙尘过程中气溶胶的演变特征。 对数正态分布函数对沙尘气溶胶的瞬时谱(数浓度谱、表面积谱、质量谱)的拟合效果优于D分布函数和Junge分布函数的分段拟合，D谱和Junge谱函数的拟合误差比对数正态分布函数的拟合误差大10～60％左右。多数情况下，D谱函数和Junge谱函数对同一粒径范围内粒子谱的拟合不能同时取得良好的拟合效果。 |