气溶胶与降水的相互影响关系

■冼甜 赵润泽

（兰州大学2013级大气科学基地班甘肃兰州730107）

气溶胶与降水的相互影响关系

■冼甜 赵润泽

（兰州大学2013级大气科学基地班甘肃兰州730107）

气溶胶、云、降水关系是现今大气科学的前沿领域。气溶胶作为云凝结核和冰核，能直接或间接影响到降水；而反过来降水也可以通过冲刷或雨除而减少大气中气溶胶浓度。通过对气溶胶与降水相互关系的分析，可以进一步寻找优化大气环境的方案。而酸性气溶胶粒子能产生酸雨，反过来，气溶胶粒子也对酸雨有缓冲能力。同时，针对酸雨提出了应对的措施。

气溶胶 云凝结核 冰核 酸雨 缓冲能力 降水

1 引言

气溶胶主要来源于污染粒子、海盐粒子、沙尘和烟雾等。能通过直接效应或间接效应等途径影响气候。气溶胶的直接效应是指气溶胶通过吸收和散射太阳辐射，直接影响地气系统的辐射平衡，而气溶胶的间接效应则指气溶胶作为云凝结核（CCN）或冰核（IN）影响云含水量、云光学特性、云量和云寿命等。本文主要讨论气溶胶的间接效应。降水可对气溶胶粒子起冲刷作用，气溶胶粒子也可以作为云的凝结核而起到云内清除作用，从而使气溶胶的浓度得到减小。同时，气溶胶粒子作为云凝结核可以对降水产生抑制或促进作用。今年来雨水酸化已成为影响环境的重要问题之一，而大气降水的酸度受气溶胶中水溶性化学成分的影响，其酸碱性质和缓冲能力是决定雨水PH的主要因素。弄清气溶胶和降水的关系可以寻求治理环境的方法。

2 气溶胶对降水的影响

气溶胶作为凝结核，可对降水产生促进或抑制的作用。不同尺度、不同浓度的粒子会产生不一样的作用。而气溶胶粒子作为凝结核，也可达到云内清除气溶胶浓度的目的。

2.1 吸湿性气溶胶

吸湿性气溶胶主要有硫酸盐、海盐等，其能作为云凝结核通过吸湿增长，改变云滴数密度和水汽含量。

Andreaem等、Rosenfeld等通过模拟表明，当CNN粒子半径0.011.00μm时，增加气溶胶浓度，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关键作用。在含水量一定时，CNN数密度增加，吸湿性气溶胶间相互夺取水分形成小云滴，但由于小云滴的半径较小，碰并效率低，无法形成大云滴，因此能抑制降水的发生。

对于r>1.00μm的CNN，即GCNN,其争夺水汽的能力强于其他CNN。在CNN浓度较高时，增加GCNN的浓度，形成的云滴数密度增加，云滴半径较小，因此能抑制降水。在CNN浓度较低时，增加GCNN的浓度，由于GCNN的争夺能力较强，能把半径较小的CNN表面上的水汽夺过来，形成较大的云滴，能促进降水。因此，CNN影响降水较复杂，需要对CNN的尺度、浓度、形状等进行具体分析才能判断其对降水的影响。但在多数情况下，CNN已抑制降水为主。

2.2 非吸湿性气溶胶

冰核：冰核为非吸湿性核，影响初始冰晶的数密度，继而影响云中各水成物粒子的生成效率和含量、降水时间和降水量。非吸湿性气溶胶主要有沙尘气溶胶、黑炭气溶胶等。

水汽以几个水分子集合体为中心聚集成液体（凝结）或固体（凝华），或者以过冷却水中的水分子集体为中心形成冰晶（冻结）。如把这些微小的水分子集合体看成核，则这种无异质核存在时的核化现象称为自发核化或同质核化。有异质核存在时的核化冻结现象，称为异质核化现象。云凝结核主要发生在暖云降水中，在冷云降水中，冰核起主要作用，而异质核化在其中占主导地位。据研究发现，当冰核浓度增大时，冰晶的数密度增大，冰晶平均尺度减小，碰并效率降低，地面降水减少。但也有研究认为，冰核数密度增大，一方面引起碰并效率降低，减少降水量；另一方面冰核核化释放潜热增加降水量。所以最终降水是增多还是减少取决于冰核的数量、尺度等。

3 降水对气溶胶的影响

通过研究发现，在雨前、雨中、雨后气溶胶粒子浓度有较大变化。对于大尺度粒子和小尺度粒子，雨后粒子浓度明显小于雨前浓度，说明降水对去除大尺度和小尺度粒子有较大的作用。对于中尺度粒子，其清除作用没那么明显。利用多重Monte Carlo算法对降雨过程中气溶胶沉降的数值模拟表明，大雨对任何尺度的湿去除效果依次强于中雨和小雨，而三种类型的雨对大尺度粒子的湿去除效果依次强于小尺度粒子和中尺度粒子。对于小尺度气溶胶粒子，其主要受布朗扩散而被采集，而且越小的粒子越容易被采集。而对于大尺度气溶胶粒子，主要由于惯性碰撞作用与雨滴碰撞而被湿去除，尺度越大的粒子，惯性越大，就越容易与雨滴碰撞而被去除。因此降水对大尺度粒子和小尺度粒子的湿去除效果比较明显，而对中尺度粒子的湿去除效果不明显。对于任意尺度的气溶胶粒子，随着降雨强度的增大，粒子与雨水碰撞的概率就会加大，因此随着雨水强度的增大被湿去除的效果要更好。

4 总结

气溶胶与云和降水的关系是一个复杂的过程，其受很多因素的影响。气溶胶浓度的增加可以导致降水的减少，而降水的减少又反过来使气溶胶的去除途径减少。而酸性气溶胶粒子又可以使雨水酸化。不同云的型状、不同气溶胶的类型和含量、不同环境条件下，气溶胶对云和降水的影响具有很大的差异和不确定性，我们还没有全面的认识。全面认识气溶胶和降水的关系，有利于采取措施降低大气污染，优化环境。而根据气溶胶与酸雨的关系，对于分析大气颗粒物对降水影响及其对自身污染特性的分析十分有利，据此制定应对措施，减少和控制污染排放，降低酸雨发生几率，改进环境质量有重大意义。

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P4[文献码]B

1000-405X（2016）-5-428-1