一次秋季冷锋降水过程气溶胶与云粒子分布的飞机观测

居丽玲，牛生杰，段英

(1.南京信息工程大学大气物理学院，江苏南京210044;2.河北省衡水市气象局，河北衡水053000;3.河北省人工影响天气办公室，河北石家庄050021)

一次秋季冷锋降水过程气溶胶与云粒子分布的飞机观测

居丽玲1，2，牛生杰1，段英3

(1.南京信息工程大学大气物理学院，江苏南京210044;2.河北省衡水市气象局，河北衡水053000;3.河北省人工影响天气办公室，河北石家庄050021)

利用机载PMS(Particle Measuring Systems)测量系统，对2008年10月4—5日石家庄地区一次冷锋降水云系的3次气溶胶和云粒子探测资料进行了分析。结果表明，冷锋过境降水前后，气溶胶粒子分布差异较大。降水发生前，气溶胶粒子平均数浓度约为103cm－3，平均直径为0.95 μm;气溶胶主要集中于3 000 m高度以下的对流层低层，云内气溶胶数浓度明显减少。降水发生后，气溶胶粒子平均数浓度约为102cm－3，比降水前约小1个量级，平均直径为1.28 μm;气溶胶主要集中于1 200 m以下的近地面层，其数浓度随高度增加而降低。气溶胶粒子浓度在低层云区内水平变化较小，而在无云区和云下近地层水平起伏较大。云粒子平均浓度比气溶胶小1～2个量级。气溶胶粒子平均谱主要呈双峰型，而云粒子谱主要为单峰型。

秋季冷锋;气溶胶;云粒子;飞机观测;石家庄地区

0 引言

气溶胶是大气的重要组成部分，虽然在大气中的含量很低，却对大气的许多物理过程有着重要影响，气溶胶对云、降水的形成以及气候、环境的变化均具有重要作用。气溶胶通过辐射效应对气候的影响可以分为两大方面，即直接效应和间接效应。直接效应是指气溶胶粒子吸收太阳辐射和地—气长波辐射，从而影响地—气辐射收支，使地表温度降低;间接效应是指气溶胶作为云的凝结核(CCN)，改变云的微物理特性，进而影响云量、云的辐射特性(刘强等，1999;王明星和张仁健，2001)。

在国外，气溶胶及云与降水的关系已得到大量研究。Mukai et al.(2003)通过分析卫星ADEOS/POLDER获得的气溶胶、水汽、云的资料和卫星传回的全球照片，认为气溶胶的数浓度与云滴半径成反比关系，气溶胶的特性、云的微物理结构和水汽含量之间具有相关性。Peng et al.(2002)分析了北大西洋和东太平洋云下气溶胶数浓度(CNa)和云滴数浓度(CNc)之间的关系，并得到CNc=197(1－exp(－6.13×10－3CNa))的关系式。Jin et al.(2005)研究了纽约和休斯顿地区城市气溶胶是如何随云和降水变化的;通过观测发现，休斯顿和纽约的地面降雨并没有季节性变化特征，因此认为，气溶胶对降雨的影响比对云的影响要小。

在国内，近些年机载PMS(Particle Measuring Systems)已成为大气探测的重要工具，对飞行得到的云观测资料分析是研究云微物理特征和大气气溶胶与云相互作用的重要手段，尤其在气溶胶与云相互作用的研究中作用重大(牛生杰等，2001;段婧和毛节泰，2008)。谷福印等(1989)分析1982年在北京沙河探测的大气气溶胶发现，气溶胶最大数浓度为70 cm－3，在2 000 m以上气溶胶数浓度水平变化较小，2 000 m以下波动较大，谱分布符合幂指数分布;同时，还讨论了逆温层、风和相对湿度对大气气溶胶粒子的影响。孙玉稳等(1990)利用1990年秋季在石家庄地区不同天气条件下对流层低层大气气溶胶的飞机观测资料，分析了气溶胶粒子数密度、质量浓度水平和垂直分布特征及其日变化。杨军等(2000)详细分析了1996、1997年春末夏初在辽宁省飞机探测的气溶胶粒子数浓度和尺度谱分布的垂直、水平变化特征，并讨论了它们与温度和相对湿度的关系。冯圆等(2005)分析了河南春季一次冷锋降水过程云的微物理结构，结果表明，冷锋前后云中粒子的浓度、液水含量及粒子谱型存在较大差异，锋前云粒子谱为单峰型，锋面过境时，谱型转变为双峰或多峰型。黄梦宇等(2005)研究发现，在河北观测到的云外气溶胶浓度值达到l04量级，层状云云下气溶胶数浓度与云滴数浓度存在正相关关系。黄梦宇等(2006)、张佃国等(2007)和范烨等(2007)分别分析了大气气溶胶排放、天气系统(如锋前、锋后)对北京及周边地区气溶胶的影响，结果表明，不同季节和天气条件下，北京及周边地区气溶胶粒子数浓度和尺度有较大差异，近地层逆温、风速、云状况对气溶胶的分布和谱分布影响很大。郝立生等(2008)和孙玉稳等(2010)研究华北衡水湖地区晴空PMS数据时发现，衡水湖上空的气溶胶粒子尺度比该市区和邻近城镇上空的小，且三地上空气溶胶特征和垂直分布不同;衡水湖不同高度的气溶胶平均谱呈单峰分布;多阶Γ函数对气溶胶粒子谱有较好的拟合效果。黄海燕等(2009)认为，北京市区南部气溶胶浓度大于北部，逆温层、风速等天气条件对气溶胶在不同高度的分布有重要影响。孙霞等(2010)分析了一次霾过程大气气溶胶(包括粗细粒子)的浓度、尺度谱分布及其时空变化特征，并对不同高度的谱分布进行了拟合。

华北地区是中国北方重要的经济地区，随着经济和城市建设的快速发展，城市大气环境的污染也日趋严重，石家庄是中国113个重点城市中空气污染较为严重的城市之一(国家环保总局，2004)。因此，研究石家庄地区大气气溶胶与云粒子及降水的关系具有重要的现实意义。

本文选取2008年10月4—5日石家庄市区一次冷锋降水前后获得的3架次气溶胶、云粒子飞机探测资料(PMS资料)，分析气溶胶粒子数浓度、平均直径和不同高度谱分布的变化特征，为进一步研究气溶胶与云和降水的关系创造条件。

1 飞行资料及PMS设备

探测过程中使用的飞机是我国民航部门引进的美国派珀飞机公司生产的夏延IIIA飞机，该飞机加装云物理探测仪器后最大飞行高度仍可达到8 000 m，巡航速度为300～400 km/h。机上安装了美国PMI公司(Particle Metrics，Inc.)生产的新型机载粒子测量系统PMS(Particle Measuring Systems)等仪器。本研究主要运用并分析了其中PCASP-100X和FSSP-100-ER两个探头的资料。所用机载探测设备基本情况见表1。

表1 机载探测设备的基本情况Table 1 Basic situation of airbone measuring equipments

2008年10月4—5日利用河北省改装的上述飞机及机载PMS系统，在石家庄市区(沿二环路)进行了大气气溶胶和云滴的探测，共飞行了3架次，详细飞行探测概况见图1。飞行航线结合了探测设计。飞机由正定机场起飞至配备高度后平飞至石家庄市区上空，根据探测目的和云系分布进行探测飞行，飞机采用盘旋式上升、下降和水平飞行相结合的飞行探测方案，每架次平均飞行时间为1.4～2.5 h，最高探测高度约为7 000 m，最低探测高度为550 m。水平探测飞行高度分别位于580、790、980、1 155、1 465、1 970、2 375、2 590、3 260、3 600、5 000、6 000和6 990 m。

2 统计特征

2.1 天气背景分析

表2给出了2008年10月4—5日3架次的宏观天气分析情况。由表2看出，10月4日第1架次处于冷锋云系的前部即冷锋前端，第2架次正好处于锋面过境前期，10月5日为冷锋过境后。水平能见度的变化范围为6 000～11 000 m。地面天气状况以轻雾、降水为主。3架次探测均为Sc云、As云，其中，第二架次还有Ci云存在。10月4日2架次地面风速不大，其变化范围为1～2 m/s，云量均为10/10。

2.2 数据统计特征分析

图1 2008年10月4—5日三架次三维飞行轨迹图(f1、f2、f3分别代表第一、第二、第三飞行架次)a.第一飞行架次;b.第二飞行架次;c.第三飞行架次Fig.1 Three-dimensional flight path of the three flights on 4—5 October 2008(f1，f2 and f3 presents the first，second and third flight，respectively)a.the first flight;b.the second flight;c.the third flight

表3给出了3架次垂直探测的气溶胶、云粒子浓度及尺度统计结果。从PCASP气溶胶探头探测结果来看，3架次飞行探测到的气溶胶粒子平均数浓度为102～103cm－3，最大值为5 110 cm－3，低于1990年石家庄地区秋季气溶胶的平均数浓度1.25×104～3.25×104cm－3(孙玉稳等，1990;黄梦宇等，2005)，与2005年秋季气溶胶的平均数浓度103cm－3的探测结果相差不大(张瑜，2007)。比较表2和表3可以看到，气溶胶数浓度的高低强烈依赖于天气状况，特别是地面风速大小和逆温层高度，气溶胶数浓度的高值出现在地面风速小(小于2 m/s)或有逆温的状态下。10月5日阴雨，近地面风速达到6 m/s，气溶胶数浓度最大值为2 104 cm－3，比在10月4日阴天有雾情况下少一半多。说明雨水对气溶胶粒子具有明显的冲刷作用;风速的增加也对气溶胶粒子的扩散起到积极的作用。从气溶胶尺度看，10月5日阴雨天气观测到的气溶胶粒子直径的平均值达到1.28 μm，其余2次为阴天有轻雾，其观测到的气溶胶平均直径主要集中在0.95～1.06 μm。这可能是由于在阴雨天气条件下，部分气溶胶粒子在过饱和条件下核化凝结增长为微小云滴的缘故。

由表3中FSSP云粒子探头的探测结果来看，3次飞行探测的云粒子平均数浓度值为101cm－3，比气溶胶粒子的小1～2个量级，表明在云内仅有极少数量的气溶胶可以核化为云粒子。

表2 观测期间的大气状况Table 2 Atmospheric conditions during the observation period

3 垂直分布特征

图2和图3分别给出了10月4日2次飞机盘旋下降和10月5日盘旋上升探测到的气溶胶粒子和云滴数浓度、直径、温度随高度的垂直分布。由图2a和图3a可以看出，10月4日上午Sc云高度为1 500～2 200 m(正好处在两个逆温高度层中间)，云层较薄，厚度约为700 m，As云高度为4 500～6 990 m;在Sc与As之间存在厚度约为2 300 m无云区。在Sc云云区里，云粒子数浓度、尺度有很好的一致性，在云底和云顶处较大，在云的中部则相对较小。在云底1 200 m以下，气溶胶数浓度随高度下降而增大，尤其800 m以下气溶胶粒子数浓度增大显著，这可能是由近地面轻雾造成的。在Sc云中部1 841 m处，出现了数浓度为2 630 cm－3的峰值区，随后又随高度波动减小;同时，在1 500 m层(Sc云底)和2 200 m层(Sc云顶)分别出现了2.50～2.75 μm的气溶胶峰值直径。在上述2 200～4 500 m的无云区内，在2 800 m高度处又出现了气溶胶数浓度的峰值，这可能是由于平流输送造成的。随后气溶胶数浓度随着高度增加而迅速减小，在3 500～4 500 m高度层内，气溶胶粒子数浓度均在50 cm－3以下。上述分析表明，云层对气溶胶垂直分布有很大影响，在Sc云内，气溶胶粒子数浓度和云粒子数浓度呈现负相关关系，而二者的粒子尺度则呈正相关关系。这可能是由于部分气溶胶粒子核化为云凝结核所致。

由图2b和3b可以看出，10月4日下午探测对象属于较深厚的层状云，Sc云在1 300～3 400 m，厚度达2 100 m;As云在3 600～5 900 m间，厚度达到2 300 m;Sc云与As云之间夹层(干层)只有200 m。气溶胶数浓度在1 200 m以下基本随高度迅速递减;1 200～1 400 m逆温层底随高度快速增加;在Sc云区内，云的中下部气溶胶数浓度随高度波动增大，在云的中部2 189 m处出现2 847 cm－3的峰值，云的中上部气溶胶数浓度随高度波动减小。在云的中下部1 300～2 200 m处出现2.1～2.5 μm的气溶胶直径峰值区，可能是粒子吸湿、碰并增长的结果;As云气溶胶数浓度基本维持在50～500 cm－3之间，比Sc云小1～2个量级。

表3 气溶胶、云粒子数浓度和直径的统计特征Table 3 Statistical characteristics of number concentration and diameter of aerosol or cloud particle

由图2c和3c可以看出，10月5日上午Sc云在550～1 250 m，As云在2 250～3 400 m，二者之间有约1 000 m的夹层。Sc云中的气溶胶数浓度一般为500～2 000 cm－3，且随高度增加明显下降，然而在逆温层底1 100 m高度，又迅速出现气溶胶数浓度的极值，且粒子尺度较大，粒子直径均为2.1～2.6 μm。夹层中的气溶胶数浓度一般为100～300 cm－3，随高度增加而下降，粒子尺度较小。As云及以上观测到的气溶胶数浓度基本维持在100 cm－3左右，但在As云中，粒子尺度较大。在As云中，云粒子数浓度与粒子尺度呈负相关。

综上所述，冷锋过境(降水)前后的气溶胶垂直分布有很大的差异。除有云或大气低层有逆温状况外，气溶胶数浓度总体上都随着高度增加而减小，逆温层底是数浓度的高值区，此高度往上数浓度值迅速减小30%左右，这就造成了粒子数浓度垂直分布的不连续。另外，近地面雾层的高度和云层厚度、云底高度也同样对气溶胶数浓度垂直分布有很大的影响。无论是低层云还是中高层云，在云区内，气溶胶数浓度的峰值区均位于云的中部。

图2 2008年10月4—5日气溶胶粒子数浓度、直径和温度的垂直分布a.10月4日上午;b.10月4日下午;c.10月5日Fig.2 Vertical distributions of aerosol number concentration，diameter and temperature during 4—5 October 2008a.in the morning of 4 October;b.in the afternoon of 4 October;c.on 5 October

图3 2008年10月4—5日云粒子数浓度、直径的垂直分布a.10月4日上午;b.10月4日下午;c.10月5日Fig.3 Vertical distributions of cloud number concentration and diameter during 4—5 October 2008 a.in the morning of 4 October;b.in the afternoon of 4 October;c.on 5 October

4 水平分布特征

图4—6分别给出了在近地层(570 m左右)(图4)、逆温层(图5)、飞行探测最高层(图6)进行平飞采样得到的气溶胶(PCASP)水平分布特征。

由图4可见，由于飞行期间的天气、大气层结状况存在显著差异，所以气溶胶在近地层水平分布也出现了显著不同。相比而言，冷锋过境降水发生前(图4a、b)，气溶胶数浓度显著偏高，水平分布不均匀性大，4日上午云下558 m高度的数浓度最大与最小差值达2 600 cm－3，下午云下588 m高度的数浓度最大与最小差值达1 000 cm－3，两次飞行气溶胶粒子直径基本维持在0.3～1.7 μm之间。冷锋过境降水发生后(图4c)，气溶胶的数浓度普遍偏低，水平分布极不均匀，起伏较大，粒子直径基本维持在0.3～2.6 μm之间，其中有三段记录表明粒子直径维持在2.2～2.6 μm，说明此时飞机在层积云云底570 m高度飞行，其他时段则在云区外或云区间隙飞行。

图5是气溶胶粒子在逆温层Sc云底或云顶的水平分布。可以看出，气溶胶粒子数浓度水平分布极不均匀。图5a为10月4日上午在层积云底部探测，出现粒子直径为2.1～2.5 μm的大值区，云区里粒子数浓度相对较均匀;其他两个时段在云区外或云区间隙飞行，气溶胶粒子数浓度比云区内偏大，而粒子直径相对较小，在0.4～1.5 μm之间。图5b为10月5日上午在层积云顶部探测，气溶胶粒子数浓度相对均匀，粒子直径在0.3～2.1 μm之间。

由图6可见，气溶胶粒子在6 000～7 000 m的水平分布差异也较大。10月4日上午在As云云顶6 990 m高度探测的气溶胶粒子数浓度分布均匀，分布曲线上的小抖动是由于飞机水平飞行中高度的微小差异造成的;而粒子直径起伏较大。10月4日下午在Ci云6 967 m高度探测的气溶胶粒子分布不均，起伏较大。10月5日上午在无云区6 084 m高度探测的气溶胶粒子分布较均匀。

3个架次平飞探测显示，冷锋过境降水前后，云下或云底气溶胶粒子数浓度变化显著，降水发生前比降水后大;而云内气溶胶粒子数浓度普遍比云外小，层积云和高层云气溶胶粒子的水平变化相对较小，而高层卷云粒子数浓度的水平分布起伏较大，可能与粒子是冰晶有关。高层无云区气溶胶粒子分布均匀，低层无云区和云下近地层气溶胶粒子数浓度水平分布不均，可能是由于大气状态(雾、风、湿度等)或飞机水平飞行过程中经过不同区域因污染原因造成的。云区内气溶胶粒子尺度较大，粒子直径基本维持在2.1～2.6 μm之间。

图4 近地层气溶胶粒子数浓度、直径的水平分布a.2008-10-04f1;b.2008-10-04f2;c.2008-10-05f3Fig.4 Horizontal distributions of aerosol number concentration and diameter at the near surface layera.2008-10-04f1;b.2008-10-04f2;c.2008-10-05f3

图5 逆温层气溶胶粒子数浓度、直径的水平分布a.2008-10-04f1;b.2008-10-05f3Fig.5 Horizontal distributions of aerosol number concentration and diameter at the inversion layera.2008-10-04f1;b.2008-10-05f3

5 气溶胶和云粒子平均谱的特征

5.1 总平均谱分布

图7给出了2008年10月4—5日3次飞行过程上升或下降阶段的气溶胶(取自PCASP探头)和云粒子(取自FSSP-100ER探头)平均谱。由图7a可以看出，气溶胶谱型相似，谱分布基本呈双峰结构，冷锋过境前飞行探测峰值直径均为0.275 μm和2.75 μm，而冷锋过境后探测峰值直径为0.11 μm和2.75 μm。冷锋过境前峰值数浓度比过境后大约1个量级，4日下午降水发生前峰值数浓度最大，为214.4 cm－3，估计与云层增厚有关。气溶胶粒子直径主要在0.11～2.75 μm范围内变化。由图7b可见，FSSP-100ER的谱分布，在冷锋过境前后均为单峰谱结构，峰值为3.5 μm。峰值数浓度最大值位于4日下午降水发生前，为31.3 cm－3，阴天有雾且云层较厚，由多层云组成，地面风速较小，只有1 m/s;峰值数浓度最小发生在5日，仅为7.5 cm－3，属于阴雨天气且地面风速较大。谱宽基本一致，变化范围均为3.5～45.5 μm。

图6 6000～7 000 m高度气溶胶粒子数浓度和直径的水平分布a.2008-10-04f1;b.2008-10-04f2;c.2008-10-05f3Fig.6 Horizontal distributions of aerosol number concentration and diameter at the height of 6 000—7 000 ma.2008-10-04f1;b.2008-10-04f2;c.2008-10-05f3

图7 2008年10月4—5日3次飞行探测的气溶胶粒子(a)和云粒子(b)的平均谱Fig.7 Mean spectra of(a)aerosol and(b)cloud particle from three flights during 4—5 October 2008

5.2 不同高度层的谱分布

不同来源的粒子会有不同的谱分布，由于大气条件的变化，会改变粒子的吸湿、碰并、凝结等微物理过程，从而使粒子谱发生变化(盛裴轩等，2003)。图8—10给出了不同天气条件下不同高度层飞机平飞观测的气溶胶粒子(取自PCASP探头)、云粒子(取自FSSP-100ER探头)平均谱分布情况。

10月4日上午冷锋过境前，在阴天、有轻雾情况下，气溶胶粒子谱呈多峰型分布，且谱宽较宽，但不同高度层的谱型不尽相同(图8)。近地层558 m和577 m谱型相似，谱线峰值位于0.11、0.155、1.75 μm处，峰值数浓度约为103cm－3;云下1 133 m和Sc云中1 540 m谱型相似，谱线峰值位于0.11、0.275、2.75 μm处，峰值数浓度约为102cm－3;高层云5 000 m和6 990 m谱型相似，谱线峰值位于0.11、0.155、2.25 μm处，峰值数浓度约为101cm－3。总之，从低层到高层气溶胶粒子主要为D＜0.275 μm的细粒子。云粒子谱呈单峰型分布，且随高度增加，谱宽变宽。云下1 133 m和云中1 540 m处峰值数浓度最大(102cm－3);近地层云粒子峰值数浓度为100cm－3;高层云粒子峰值数浓度为10－1cm－3。当D＞15.5 μm时，高层云大粒子增多。

图8 2008年10月4日上午气溶胶粒子(a)和云粒子(b)在不同高度的平均谱Fig.8 Mean spectra of(a)aerosol and(b)cloud particle at different height layers in the morning of 4 October 2008

图9 2008年10月4日下午气溶胶粒子(a)和云粒子(b)在不同高度的平均谱Fig.9 Mean spectra of(a)aerosol and(b)cloud particle at different height layers in the afternoon of 4 October 2008

图10 2008年10月5日气溶胶粒子(a)和云粒子(b)在不同高度的平均谱Fig.10 Mean spectra of(a)aerosol and(b)cloud particle at different height layers on 5 October 2008

10月4日下午冷锋即将过境时，降水发生前(图9)，气溶胶粒子谱也呈多峰分布，其不同高度层谱型与图7对应高度层极其相似;峰值数浓度、直径也大致相同。云粒子谱云下及近地层均为单峰分布，且随高度增加，谱宽拓宽，而高层6 967 m云粒子谱为多峰分布，可能与此时云层发展旺盛，高层有卷云有关。

10月5日冷锋过境后，降水天气下(图10)，气溶胶粒子谱较复杂，除云的中部1 970、2 590 m高度层为双峰结构外，其他基本为多峰分布，不同高度层，谱型差异较大。双峰结构峰值直径为0.11、2.75 μm;除高层6 005 m外，多峰结构峰值均位于0.11、0.275、2.75 μm处。云粒子谱除高层6 005 m谱不连续外，在云区内基本为双峰结构且谱型一致;其他均为单峰分布，但由于峰值直径不同造成谱型略有差异。由于受降水影响，气溶胶粒子谱和云粒子谱都比较宽。

由以上分析可知，冷锋过境降水发生前后，气溶胶粒子谱和云粒子谱在云区内有很大差别;不同高度层，谱型差异较大。降水发生前，气溶胶粒子在云下、近地层及云区内外基本呈多峰型分布;但降水发生后，云区内气溶胶粒子谱呈双峰型分布，其他为多峰型分布，且谱较宽。相同尺度的气溶胶粒子在不同的天气条件下，数浓度不同，近地面受雾和逆温层的影响，高空主要受云层的影响。降水后，气溶胶粒子数浓度比降水前少很多，主要是由于降水对气溶胶粒子具有清除作用。对气溶胶粒子数浓度贡献最大的是小于0.275 μm的细粒子。云粒子谱在降水发生前，除Ci云呈多峰型分布外，其他均为单峰型分布;而降水发生后，云区内云粒子谱则呈双峰型结构，其他基本呈单峰型分布，且随高度增加，谱宽拓宽。

6 结论

分析2008年10月4—5日石家庄市区上空利用PCASP探头探测的气溶胶粒子和FSSP-100ER探头探测的小云粒子资料，得到以下结论:

1)3次飞行探测表明，气溶胶粒子数浓度的高低强烈依赖于天气状况和云层分布，特别是地面风速大小和逆温层的存在对气溶胶数浓度影响明显，雨水对气溶胶粒子具有明显的冲刷作用。降水发生前，气溶胶粒子平均数浓度为103cm－3，比降水后大1个量级。云区内气溶胶粒子数低于云外，直径较大。云粒子数浓度比气溶胶粒子数浓度小1～2个量级。降水发生前期，也就是冷锋即将过境时，云粒子数浓度最大，冷锋过境后，在阴雨天气下云粒子数浓度相对较小。

2)冷锋过境降水前后，气溶胶垂直分布的差异较大。除有云或大气低层有逆温状况外，气溶胶数浓度总体上随高度增加而减小，逆温层底是数浓度的高值区。另外，近地面雾层的高度、云层厚度和云底高度也同样对气溶胶数浓度的垂直分布有很大影响。

3)冷锋过境降水前后，云下或云底气溶胶粒子数浓度变化显著，降水发生前比降水后的数浓度大;云内气溶胶粒子数浓度普遍比云外小。气溶胶粒子数浓度在层积云和高层云内水平变化相对较小，而在高层卷云内水平分布起伏较大，这可能与部分气溶胶粒子核化为冰晶有关。高层无云区气溶胶粒子分布均匀，低层无云区和云下近地层气溶胶粒子数浓度水平分布不均。云区内气溶胶粒子尺度较大，粒子直径基本维持在2.1～2.6 μm之间。

4)冷锋过境降水发生前后，气溶胶粒子谱和云粒子谱在云区内有很大差别;不同高度层，谱型差异较大。相同尺度的气溶胶粒子在不同的天气条件下，数浓度不同，近地层主要受雾以及逆温层的影响，高空主要受云层的影响。对气溶胶粒子数浓度贡献最大的为小于0.275 μm的细粒子。

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Aircraft observation of aerosol and cloud droplet during an autumn cold front precipitation process

JU Li-ling1，2，NIU Sheng-jie1，DUAN Ying3

(1.School of Atmospheric Physics，NUIST，Nanjing 210044，China;2.Hengshui Meteorological Bureau of Hebei Province，Hengshui 053000，China;3.Hebei Weather Modification Office，Shijiazhuang 050021，China)

Based on the airborne Particle Measuring Systems(PMS)，the aerosol and cloud particle observation data over Shijiazhuang during a cold-front precipitation cloud system on 4—5 October 2008 are analyzed.Results show that the aerosol distribution is obviously different before and after precipitation.Before precipitation，the average number concentration of aerosol is about 103cm－3with mean diameter of 0.95 μm.The aerosol particles are mainly concentrated on the low troposphere below 3 000 m and the aerosol concentration obviously decreases in cloud.After precipitation，the average number concentration of aerosol is about 102cm－3with mean diameter of 1.28 μm，and the number concentration is about one order of magnitude smaller than that before precipitation.The aerosol particles are mainly concentrated near the surface layer below 1 200 m，and the number concentration decrease with height.Horizontal fluctuation of the aerosol number concentration is smaller(larger)in lower level cloud area(in no cloud area or near the surface layer below cloud area).The mean number concentration of cloud particle is one or two orders of magnitude smaller than that of aerosol.The average aerosol spectrum is bimodal and the average cloud particle spectrum is unimodal.

autumn cold front;aerosol;cloud droplet;aircraft observation;Shijiazhuang area

P426

A

1674-7097(2011)06-0697-11

2010-11-23;改回日期:2011-10-11

国家科技支撑计划项目(2006BAC12B00-01-01-07);江苏省青蓝工程“云雾降水与气溶胶研究”创新团队项目

居丽玲(1968—)，女，河北秦皇岛人，博士生，高级工程师，研究方向为云和降水物理，qhd12121@sina.com.

居丽玲，牛生杰，段英.2011.一次秋季冷锋降水过程气溶胶与云粒子分布的飞机观测［J］.大气科学学报，34(6):697-707.

Ju Li-ling，Niu Sheng-jie，Duan Ying.2011.Aircraft observation of aerosol and cloud droplet during an autumn cold front precipitation process［J］.Trans Atmos Sci，34(6):697-707.

(责任编辑:倪东鸿)