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南京雾滴谱分布的观测分析及分段拟合研究

雾,滴谱,观测,分峰拟合

主题2 大气物理、化学、环境 > 专题2.14 人工影响天气

雾滴粒径分布在多种物理过程的影响下不断演变，但其在整个雾生命周期中的发展规律仍未被充分认识，且在数值模型中难以准确描述，从而制约了雾预报的精度。为深入理解雾的演变过程，于2006—2009年及2017—2018年冬季在南京开展了污染背景下的外场观测。在观测到的27次雾事件中，包括雾滴数浓度、液态水含量、体积平均半径和有效半径在内的微物理特性表现出显著差异。观测到的雾滴粒径分布包括单峰、双峰和三峰型，不同模态转换直径分别为：单峰型为2微米；双峰型为2微米和6—18微米；三峰型为2微米、6—12微米和18—26微米。模态数量及其转换直径均随雾生命周期发生变化，在雾的形成和消散阶段，或当数浓度与液态水含量出现剧烈波动时，模态变化更为频繁且显著。与单峰分布相比，双峰和三峰分布的液态水含量、体积平均半径和有效半径的概率密度函数分布更宽。基于上述观测特征，以10微米和20微米为转折点，采用分段伽马和对数正态拟合对平均雾滴粒径分布进行了拟合。由拟合粒径分布导出的微物理参数与观测值的对比表明，三段式拟合不仅提高了数浓度和液态水含量的估算精度，还显著改善了对有效半径、吸收系数和光学厚度的表征能力，将相关偏差从高达90%降低至20%以内。