中国春季沙尘气溶胶的辐射效应及对气候影响的研究

本文在区域气候模式RIEMS2．0中引入沙尘气溶胶的起沙机制,同时建立了与气候模式连接的沙尘气溶胶输送模式,并在辐射模块中加入沙尘气溶胶的影响,模拟沙尘气溶胶的输送、扩散、沉降等过程以及对辐射的影响．利用此模式得到了1998年春季3、4、5月中国地区沙尘气溶胶的主要源区分布、沙尘气溶胶的柱浓度分布、光学厚度等物理量及其辐射效应和气候效应．结果表明春季中国沙尘源区主要集中在内蒙古西部的腾格里沙漠、巴丹吉林沙漠,中部的浑善达克沙地,南疆塔克拉玛干沙漠东部,河西走廊地区以及青海的柴达木盆地附近,这些地区的起沙率大于5μg／（m^2·s）,最大为65μg／（m^2·s）;沙尘气溶胶柱浓度最大值达0．55g／m^2,出现在塔克拉玛干沙漠地区,相应的光学厚度最大值是0．50．沙尘气溶胶使得中国地区地面短波辐射收入平均减小了4．10w／m^2,地面长波辐射收入增大了,＋0．46w／m^2,地面净辐射强迫为-3．64w／m^2,大气辐射收支与地面相反,净辐射强迫为＋3．10w／m^2;同时沙尘气溶胶通过影响到达地面的辐射使得地面有较强的降温,整个模拟区域平均地面气温降低了0．24K,而北方地区地面气温降低了0．37K;沙尘对于降水的影响主要体现在对小雨的影响上,沙尘气溶胶使得模拟区域内小雨减小了20％左右;另一方面,华北地区降水受沙尘气溶胶影响最大,总降水减少了13．8％,而全区域总降水只减少了2％．     

亚洲地区沙尘和人为气溶胶的分布及直接气候效应

利用耦合气溶胶化学过程的高分辨率区域气候模式RegCM4,模拟研究了2000~2009年亚洲地区沙尘和3种人为气溶胶（硫酸盐、黑碳、有机碳）的时空分布和直接气候效应。结果表明,模拟的气溶胶光学厚度在沙尘源区附近较为准确,但在人为活动影响较大的地区偏小。4种气溶胶的综合作用引起大气层顶负的辐射强迫,从而造成了地表气温的下降。降水方面,冬夏两季气溶胶对模拟区域的影响都以降水减少为主,这与气溶胶增加了大气稳定度,减少了地表蒸发并产生了偏北风距平有关。沙尘和人为气溶胶各自都能引起气温的下降和降水的减少,两类气溶胶都能造成的偏北风距平对我国南方降水的减少有重要作用。在人类活动密集区,人为气溶胶引起的气候效应约占总的4种气溶胶气候效应的50%。     

亚洲地区沙尘和人为气溶胶的分布及气候效应

利用耦合气溶胶化学过程的高分辨率区域气候模式RegCM4,模拟研究了2000~2009年亚洲地区沙尘和3种人为气溶胶（硫酸盐、黑碳、有机碳）的时空分布和直接气候效应。结果表明,模拟的气溶胶光学厚度在沙尘源区附近较为准确,但在人为活动影响较大的地区偏小。4种气溶胶的综合作用引起大气层顶负的辐射强迫,从而造成了地表气温的下降。降水方面,冬夏2季气溶胶对模拟区域的影响都以降水减少为主,这与气溶胶增加大气稳定度,减少地表蒸发并产生了偏北风距平有关。沙尘和人为气溶胶各自都能引起气温的下降和降水的减少,2类气溶胶都能造成的偏北风距平对我国南方降水的减少有重要作用。在人类活动密集区,人为气溶胶引起的气候效应约占总的4种气溶胶气候效应的50%。     

沙尘天气对安徽寿县大气气溶胶光学特性的影响

在美国能源部实施的国际大气辐射测量计划(ARM)移动观测站(AMF)2008年在安徽寿县的观测资料基础上,研究了沙尘天气对该观测站大气气溶胶光学特性的影响。研究发现,沙尘天气过程中,大气边界层内的气溶胶消光系数平均值达到0.1 km-1左右。当近地层污染严重时,消光系数最大值达到了1.1 km-1,ngstrm波长指数在最低值达到0.21,单次散射反照率(ω0)在沙尘天气过程中的平均值为0.79,最大值为0.888。     

张掖地区春季大气气溶胶的光学特性

利用2008年4-6月份张掖气候观象台CE-318的观测资料,结合同期PM₁₀质量浓度和地面常规气象资料,分析了气溶胶光学厚度AOD,Angstrom指数和PM₁₀质量浓度的时间变化特征,讨论了AOD与气象要素的关系以及AOD与PM₁₀质量浓度的相关性.结果表明,观测期间AOD与浑浊度系数β的日均值变化趋势较为一致,与波长指数α呈较弱的负相关.AOD大致存在四种日变化形式:1)平缓稳定;2)早晚低,中午较高;3)早晨低,傍晚高;4)早晨高,傍晚低.观测点受西北（偏北）风控制时,AOD易出现较高值,相对湿度的变化对AOD大小影响不明显.日平均情况下AOD和PM₁₀质量浓度的相关系数R²为0.735 9,大于小时平均情况下的0.4035.     

中国碳气溶胶时空分布与辐射强迫的数值模拟

为了更好地了解我国区域碳气溶胶,利用意大利国际理论物理中心ICTP(International Center forTheoretical Physics)的气溶胶资料和区域气候模式R egCM 3对2000年我国碳气溶胶时空分布与辐射强迫进行了数值模拟。结果表明:我国碳气溶胶主要分布在黄河以南、青藏高原以东的广大区域,且柱含量分布具有明显的季节性。春季最大,冬季次之,夏季最小;除东部沿海等少数地区外,碳气溶胶大气顶辐射强迫在全国绝大部分地区符号均为正,而地表辐射强迫符号为负。各单种气溶胶之间存在复杂的相互作用,研究综合气溶胶分布和气候效应时,不能简单地将各单种气溶胶的作用进行叠加。     

对大气气溶胶的辐射效应的数值试验

采用两流近似辐射模式,应用半球常数法近似,采用累加法和倍加法,计算了不同月份大气气溶胶的辐射加热率和减温率的日变化。结果表明,从气候角度而言,气溶胶浓度的差别使得即使是在6月份,气溶胶层既可以是冷源也可以是热源;从天气尺度而言,气溶胶的垂直分布和浓度对层结稳定度有着重要影响,并由此从物理上指出了沙尘暴天气过程中辐射效应所起的重要作用。     

新疆博斯腾湖地区气溶胶光学厚度特性地基遥感

为加强新疆戈壁地区沙尘监测,为区域气候变化研究和局地卫星遥感精度验证提供地基观测依据,利用CE-318太阳光度计在博斯腾湖地区2010年4～12月测得的太阳直接辐射数据,应用消光法反演了大气气溶胶光学厚度(AOD)和Ångström波长指数α并分析其变化特征。结果表明,该地区550 nm AOD平均值为0.33±0.22。当α>0.5时,550 nm AOD日均值小于0.25; 当α<0.5时,550 nm AOD日均值大于0.3。AOD日变化在非沙尘天气时有3种类型:平稳型、上升型和下降型。沙尘天气时有3种类型:上升型、早晨傍晚高且午时有低值、早晨傍晚低且午时有高值。AOD季节变化是春季最大,冬秋次之,夏季最小。当地年均大气透明度较好,气溶胶成分单一,沙尘天气是影响当地大气浑浊度的主要原因。     

基于MIROC6模式探讨1850-2014年全球不同类型人为气溶胶的时空分布及辐射强迫

利用海-气耦合全球气候模式MIROC6探讨1850-2014年人为气溶胶(AA)的时空分布及年际变化趋势,系统研究了近百年来AA辐射强迫对全球地表温度的影响.AA的大量排放导致近百年来全球年平均550 nm处AA光学厚度(A550)增加了50％,在欧洲中西部、印度和中国东南部,A550增长趋势分别为0.38、1.13和...     

利用MODIS遥感大气气溶胶及气溶胶产品的应用

介绍了利用EOS卫星上MODIS传感器遥感大气气溶胶光学厚度(AOD)的技术,总结了作者利用MODIS资料进行的研究工作,包括利用太阳光度计的地面观测进行MODIS 10 km分辨率Level 2气溶胶产品的校验、利用该产品分析我国陆地上空气溶胶光学厚度分布特征、1 km高分辨率气溶胶光学厚度反演、气溶胶光学厚度产品应用于大气污染的分析等.证实MODIS遥感手段获取气溶胶分布,不仅为全球和区域气候变化研究提供了基础数据,而且也为区域环境大气污染的研究提供了新工具.     

Dust direct radiative effects on the earth-atmosphere system over east Asia: Early spring cooling and late spring warming

Focusing on three dust storms occurring in spring 2001,we developed a detailed aerosol parameterization scheme and integrated it in a radiative transfer model to characterize possible impacts of solar altitude angle on dust direct radiative effects over China desert regions and the North Pacific,using actual daily solar altitude angles.Increasing solar altitude angle from early spring (or winter) to late spring (or summer) leads to increase of positive clear sky radiative forcing,and decrease of negative radiative forcing due to dust aerosols at the top of the atmosphere.Because solar altitude angle increases from early to late spring,dust-clear sky radiative forcing may change from negative to positive at the top of atmosphere,showing a change from cooling to heating of the earth-atmosphere system over high-albedo deserts and nearby regions.Over low-albedo ocean negative clear sky radiative forcing by dust may decrease,suggesting a change from strong to weak cooling on the earth-atmosphere system.The impacts of solar altitude angle on cloudy sky radiative forcing due to dust are similar to those of clear sky.Impacts of low cloud on dust radiative forcing are the same as increasing surface albedo.This causes the transition of dust cooling effects into heating effects over deserts to occur earlier,and causes decrease of negative radiative forcing over the ocean and even cause a change from weak negative radiative forcing to weak positive forcing over local areas.Even in the same East Asian desert regions and nearby areas,the strength and sign of the radiative forcings depend on storm dates and thus solar altitude angle.The nearer to early spring (or winter) a dust storm occurs,the easier it leads to negative radiative forcing at the top of atmosphere,which indicates cooling effects on the earth-atmosphere system.In contrast,the nearer to late spring (or summer) a dust storm occurs,the easier it leads to positive radiative forcing at the top of atmosphere,showing heating effects.Over East Asian deserts and nearby regions,dust layers may be regarded as cooling sources in early spring (winter) and warming sources in late spring (summer).     

东中国海域上空modis与seawifs两颗卫星反演气溶胶的比较

通过与地基气溶胶观测数据的对比,确认了MODIS,Sea WiFS气溶胶光学厚度产品用于研究中国海域气溶胶分布和变化特征的有效性.在此基础上,交叉比较了MODIS和Sea WiFS的气溶胶三级产品,发现他们在空间变化趋势上是一致的,在中国海域的气溶胶光学厚度都是随着离岸越远,气溶胶的光学厚度越来越小,在北纬30°-35°有高值区,在靠近大陆的沿岸地带也是气溶胶的光学厚度的高值区.Sea WiFS反演的气溶胶光学厚度整体比MODIS反演的气溶胶光学厚度偏高,两者的年平均气溶胶光学厚度有明显的区别.     

青岛近岸海域气溶胶光学厚度观测分析

利用CE318太阳光度计测量了青岛小麦岛地区2008年4月至2009年3月的气溶胶光学厚度（AOD）数据,分析了青岛近岸海域的气溶胶光学厚度特性。结果表明：气溶胶光学厚度光谱基本满足ngstrm关系,其中大气浑浊度系数κ=0.22±0.07,ngstrm指数υ=1.26±0.23。气溶胶光学厚度的日变化有3种典型趋势,分别是上升型、下降型和凸型。季节变化特点为春、夏季气溶胶光学厚度大,而冬季小。     

巴伦支海的冰盖与气溶胶光学厚度的耦合关系

冰盖（ICE）和AOD之间的关系对北极及全球气候有重要的影响.分析了北极巴伦支海地区（30-50°E,70-80°N）在2003—2009年的AOD和ICE的分布及其之间的耦合关系.从7年的总数据来看,AOD春天高,夏天低,秋天又有回升;南部AOD含量一般高于北部,但在75-80°N区域,2003年的AOD含量特别高;AOD和ICE在一定的区域有着带有滞后期的关系,几乎每一年的相关性都是正的.通过统计软件Eviews的滞后回归分析发现,ICE的峰值先于AOD 1个月左右.在研究区域北部,ICE和AOD在平移后的相关系数是0.51左右,而南部的相关系数是0.30左右.通过协整检验发现,ICE（-1）和AOD均为平稳序列,并且残差无单位根,故两者具有长期均衡关系.可以推断,由于海洋冰块的融化,导致相关生物硫种类的减少,从而导致AOD含量的增加.通过在70-75°N区域对AOD的结果进行平稳性检验,预测了未来两年AOD的发展趋势.     

东亚高空大气气溶胶的分布及沙尘输送特征研究

利用长达20 年的SAGEⅡ(stratospheric aerosol and gas experimentⅡ) 资料, 研究了东亚地区5.0 ～15.0 km 高空气溶胶多年时空分布特征和变化趋势, 并研究了东亚沙尘活动对高空及下游的气溶胶输送。发现东亚高空气溶胶水平分布呈现上中下3 层不同的分布特征, 下层 5. 0 ～8. 5 km 高值区对应气溶胶源区青藏高原和西北沙漠地区;中层 9. 0 ～10. 0 km 高值区对应温带气旋高发的中纬度地区;上层 10. 5 ～15. 0 km 表现为低纬气溶胶含量显著高于高纬地区。高空各层气溶胶的空间分布受天气系统的影响具有明显的季节变化。近10 年来东亚高空气溶胶呈减少趋势, 平均光学厚度约下降了0. 016。另外还发现沙尘活动与 5. 0 ～11. 5 km 范围内的气溶胶显著相关, 反映沙尘活动影响的高度范围可以达到整个对流层。定义沙尘暴高空影响指数, 用来分析东亚沙尘暴对下游地区的影响, 发现随着时间推移沙尘逐渐向东移动, 在约 12 天之后可以到达大西洋。     

我国中、东部主要地区气溶胶光学厚度的分布和变化

利用2000年3月至2009年2月MODIS遥感气溶胶光学厚度( AOD) 产品, 分析并对比了我国中、东部的华北、四川盆地、长江三角洲和珠江三角洲4 个地区AOD 的季节分布及其变化。发现这 9 年各地区平均 AOD 呈显著增长趋势, 除四川盆地秋季有下降外, 其他各个地区各个季节均有上升趋势。长江三角洲具有最大的年平均和季节平均 AOD, 年平均增长率高达 1. 82% ;四川盆地次之; 华北和珠江三角洲较小。4 个地区AOD 的季节分布及变化特点有共性又各有不同。总体看来, 夏季 AOD 增长最快, 夏季与春季的差距在变小, 其中华北地区夏季一般高于春季; 冬季 AOD 最小, 增长也最慢, 与其他季节的差距在增大。一些地区的部分季节, 如华北地区的夏、秋季, 四川盆地的春、夏、秋季, 珠江三角洲的秋季, 在2006?2008 年有明显的连续下降趋势。这些结果有助于这些地区的区域气候变化研究和空气质量研究。     

卸矿站粉尘质量浓度分布的数值模拟

针对卸矿站卸矿时巷道内粉尘浓度严重超标这一现状,根据相似性原理,运用fluent软件对卸矿站卸矿时巷道内粉尘浓度分布进行模拟,得出不同监测面粉尘浓度随时间变化规律,并与现场实测数据对比分析,模拟结果与实测数据基本吻合。研究表明,卸矿时粉尘浓度分布受冲击风流影响较大,卸矿站巷道内粉尘主要由卸矿坑产生,经冲击风流携带而出,造成巷道内粉尘浓度较大;定期对卸矿站壁面进行洒水,不仅能清除卸矿站壁面粉尘,而且能在一定程度上吸附新产生粉尘,降低巷道内粉尘浓度。     

兰州市城关区冬季春季大气气溶胶与大气污染

本文通过对兰州市城关区冬季，春季大气气溶胶的监测，分析了该地区冬季、春季大气气溶胶的污染状况。经过分析和比较表明，该地区总悬浮颗粒物（ＴＳＰ）和飘尘对大气的污染相当严重，尘占ＴＳＰ的比例偏大、飘尘的颗粒分布在冬季和春季相似。没有良好消烟除尘设备的多源排放和特殊地形条件下的因素是引起该地区严重大气气溶胶污染的主要因素。     

Comparison of Aerosol Optical Properties over the Semi-arid Region of Loess Plateau between Dusty and Non-dusty Periods in Winter and Spring

Some field experiments of aerosols had been carried out over the arid and semi-arid regions in China over the past 30 years,but there were little learning of the semi- arid region of Loess Plateau. Using Version 2.0 Level 2.0 dataset from the AERONET (Aerosol Robotic Network) Lanzhon_city site,the aerosol optical properties during dusty and non-dusty periods in winter and sprig when air pollrtion frequently occured most frequently were demonstrated. A comparison of the same parameters between Lanzhou and Beijing for spring was also analyzed. Some new information was gained concerning aerosol optical properties over the semi-arid region of Loess Plateau. The results show that the aerosol properties measured during dusty and non-dusty periods are significantly different at Lanzhon,particularly in spring,and also different from those at Beijing.     

利用风云2C静止卫星可见光资料反演气溶胶光学厚度

探讨利用中国风云2C静止卫星可见光资料反演气溶胶光学厚度(AOD)的数值方法。通过计算一个月中每日同一时刻平均地表反射率来降低地表反射率估计的随机性, 讨论了该方法中对清洁天AOD值的不同假设对结果的影响。将2008年5月由风云2C可见光资料反演得到的AOD产品分别与东亚6个AERONET站点的AOD产品和MODIS的AOD产品进行了比较, 分析了风云2C卫星的AOD产品算法的误差来源和降低误差影响以及改善产品质量的方案。结果对比表明, 在东亚地区利用风云2C可见光资料反演的AOD产 品可以展示气溶胶的分布样式, 但是目前的算法高估了中国西南部地区和低纬度一些地区的AOD值而低估了中国东部地区的AOD值。