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在遭受着严重气溶胶污染的中国华北平原地区,与霾天气相伴随的低能见度事件在华北平原频繁发生,严重危及着人类健康与社会经济生活。研究低能见度现象产生的物理化学机制,不仅有助于低能见度事件的预报与顸警,而且会进一步加深有关气溶胶光学特性、辐射效应、及其对天气气候影响的理解。 本文基于在华北地区所开展的几次综合的气溶胶外场观测实验,对该地区气溶胶的数浓度谱分布,光学和吸湿特性等进行了分析,并从气溶胶消光计算的物理本质出发,利用Mie模式对影响能见度的关键因子进行了敏感性分析,提出了一种霾天气下低能见度的参数化方案。同时,还分别针对气溶胶吸湿性参量κ的两种常用描述方式,气溶胶粒径吸湿增长因子和光学吸湿增长因子(f(RH)),就华北地区这二者的观测结果及主要影响因素展开了讨论,并对不同κ推算方法及其推算结果进行了比较研究。 对天津地区历史能见度的长期变化趋势分析表明,在过去的30多年里,天津地区的区域污染较普遍,能见度总体呈现出恶化的趋势,但同时也表现出较显著的空间差异性。能见度、相对湿度和风速的季节变化特征非常显著,但不同于季节平均风速的普遍下降特点,相对湿度的长期趋势变化并不明显。以天津城区和汉沽等地为代表的天津地区季节平均能见度呈现出“冬夏反转”的特点。武清和香河两地的气溶胶数浓度谱分布具有明显的地方性和季节性差异,但总体上华北地区的亚微米细粒子对消光贡献起主导作用。 气溶胶光学吸湿增长因子的观测研究结果显示,相比于气溶胶数谱分布的影响,f(RH)对与气溶胶化学组分相关的气溶胶吸湿性的变化更敏感,对于给定相对湿度下,f(RH)在不同的污染水平下会呈现出较大的波动。由于受测量本身的限制,本文所用到的随粒径分布的气溶胶粒径吸湿增长因子是通过将数谱拟合方法与实测值相结合的方法来获取的,推算结果也可以较好的应用到环境气溶胶消光的计算中。Mie理论的消光敏感性实验进一步验证了我们的观测结果,在高湿环境中,气溶胶的吸湿特性是导致能见度严重衰减的关键因素。在同时考虑了气溶胶污染和吸湿增长作用的情况下,本文基于实测的气溶胶数谱分布和相对湿度所提出的低能见度参数化方案被证实是可信的,可进一步应用到各种数值模式中。