中国东部大气气溶胶光学特性及直接辐射强迫研究

发布时间：2020-04-17 22:22

【摘要】：气溶胶在全球气候变化和区域环境中起着举足轻重的作用,对区域气候和生态环境也有重要影响。气溶胶可通过直接效应影响地气系统辐射平衡影响地球气候系统。然而到目前为止,气溶胶的气候效应仍然是人类活动引起的气候变化预测中最不确定的因素之一。一方面在于气溶胶微物理、化学性质及其辐射强迫机制的复杂性,另一方面,由于气溶胶微物理和光学特性的系统资料的缺乏,导致目前对于气溶胶辐射强迫的估计仍存在很大不确定性。因此,开展长时间大范围的光学特性和直接辐射效应的相关研究有助于更精准地评估气候效应,减少气候预测的不确定性。本文结合地基遥感与卫星遥感探究了中国东部地区(25～44 °N,107～125 °E)长时间序列的气溶胶光学特性、辐射强迫以及二者的相互关系,同时使用辐射传输模式对气溶胶辐射强迫进行估算,并根据气溶胶分类识别经验关系统计分析了中国东部地区的气溶胶类型。结果表明,地基和卫星资料得出的气溶胶光学厚度的季节特征相同,呈现秋冬低春夏高的趋势;夏季气溶胶在高温高湿条件下的吸湿增长和气粒转化是气溶胶消光加剧的主要原因。春季远距离输送的沙尘粒子对气溶胶的结构有一定影响,这种影响对距离沙尘源区较近的北京更加明显,而对相对下游区的太湖影响较小。冬季受人为气溶胶和稳定气象条件的影响,大量的吸收性气溶胶积聚(如黑碳气溶胶),使得气溶胶对光的吸收作用显著增强。通过对高分辨率卫星资料和地基资料的针对性验证发现,卫星反演结果与地基结果一致性非常好,但对于大陆大范围水域下垫面的反照率估计不足。从空间分布来看,光学厚度高值主要出现在京津冀南部区域以及长三角地区的北部、湖南湖北交界地区、河南省北部、江西省北部地区以及陕西与山西中部地区等人口密集、经济发达的高能源消耗区和工业产业区。气溶胶柱质量浓度的分布与光学厚度分布结果基本一致,说明在上述区域内气溶胶浓度水平较高。气溶胶细粒子比高低值区分布与气溶胶光学厚度分布相反。气溶胶对于大气层具有辐射增温作用。气溶胶光学厚度与辐射强迫绝对值具有很强的正相关关系,但是在同一光学厚度下辐射强迫仍然具有很大差异,这种差异随着光学厚度增加更加显著。进一步对单次散射反照率和辐射强迫效率关系的分析发现,在单位光学厚度下随着气溶胶散射比例的增加,气溶胶对大气层底的辐射冷却作用有所减弱,表明强吸收性气溶胶对于辐射强迫的贡献远大于强散射型气溶胶,因此在对于气溶胶辐射效应和气候效应的评估过程中应对强吸收型气溶胶着重考量。在气溶胶类型识别方面,三种地基识别方法适用性较好且各有优势,卫星识别结果的可信性也较高。春季沙尘气溶胶样本较其他季节增加,并且受沙尘混合影响,春季混合型粗粒子气溶胶量也大幅提升。北京和太湖两地气溶胶常年以混合型细颗粒物为主,城市或工业型气溶胶为辅,表示京津冀和长三角区域污染源比较复杂。从空间分类来看,春季以污染型沙尘气溶胶和混合型气溶胶为主;夏季城市工业型气溶胶的占比较高;秋季生物质燃烧气溶胶在豫皖一带频次较高,混合型气溶胶高频区域出现在长江以北,高频城市工业型气溶胶出现在长江以南;冬季以混合型气溶胶为主。在研究区域的内蒙古地区常年被低污染性沙尘气溶胶主导,而清洁大陆型气溶胶的高值区主要出现在原始自然植被覆盖区(如:林区、草原)。
【图文】：

分布情况,太湖,均值,北京

Ａｎｇｓｔｒｏｍ邋波长指数均值分别为邋１．０１、１．２７、１．１９、１．１９，太湖分别为邋１．０７、１．３４、１．３４、逡逑１．２５，两地ＡＥ均值均是在春季出现最小值，表明春季气溶胶粒子小于其他两个季节。逡逑图３．２是北京、太湖两地ＡＥ和ＡＯＤ四季分布情况。整体来看，北京地区不管是ＡＯＤ逡逑还是ＡＥ的分布均较太湖地区更广泛。其中北京地区个例多集中在０．３＜ＡＯＤ＜２．０和逡逑０．５＜ａ＜１．５之间，太湖地区个例多集中在０．３＜ＡＯＤ＜１．５和ｌ＜ａ＜１．６范围内，说明北逡逑京地区气溶胶粒子尺度跨度大比较混杂，而太湖站大部分时间周边气溶胶是以细粒子为逡逑主。春季由于粗颗粒的沙尘气溶胶贡献，出现较多高ＡＯＤ低ＡＥ的分布样本，这种分逡逑布趋势在沙尘源区和沙尘事件中经常被观察到。高ＡＯＤ高ＡＥ的分布中夏秋冬季的个逡逑例出现最多，表明这三个季节引起污染的主要是细颗粒物。逡逑４．５邋（ａ）邋Ｂｅｉｉｉｎｇ逦■邋ＡＯＤ邋１０２０邋ｎｍ逦４．５邋七ｂ）邋Ｔａｉｈｕ逦ｉＴＨＩ邋ＡＯＤ＿１０２０邋ｎｍ逡逑４．０邋＾邋Ｊ邋ｇ逦■邋ＡＯＤ＞0邋腿逦４．０：逦ａＸ－６７５＾逡逑＞逦３．５－逦＞邋３．５＿逦＊１邋ＡＯＤ：４４０ｎｍ逡逑＾邋３．０－逦ＴＡ0Ｄ－４４０邋ｎｍ逦＾邋３．０－逦■■邋ＡＥ（４４０－８７０ｎｍ）逡逑７逦？逦Ｉ邋＝■邋－邋ＡＥ邋（４４０－８７０邋ｎｍ）逦？逦■■邋ＷＶｔ逡逑Ｃ３邋厶）二逦ＷＶ逦厶５邋二逡逑＜邋２．０＾逦ｊ逦＜邋２．０邋＼逦0逡逑１邋ＪｉＪ邋１邋ｌｉｌ邋Ｊ邋Ｊｉ逡逑Ｓｐｒｉｎｇ邋Ｓｕｍｍｅｒ邋Ｆａｌｌ邋Ｗｉｎｔｅｒ逦Ｓｐｒｉｎｇ邋Ｓｕｍ

频率分布,太湖,北京,谱型

４４０邋ｎｍ逡逑图３．２四季北京（ａ）、太湖（ｂ）邋ＡＯＤ与ＡＥ关系逡逑图３．３是北京和太湖两地４４０ｎｍ波段ＡＯＤ四季的频率分布情况。北京地区在各个逡逑季节的谱型均较太湖地区宽，北京四季谱型呈单峰分布，且峰值均出现在０－０．４范围内，逡逑代表北京低的气溶胶消光占比很大。北京ＡＯＤ大于１的样本频率分别为春季的２８％，逡逑夏季的３８％，秋季的２４％和冬季的１７％。太湖夏季谱型是四个季节中最宽，呈多峰分逡逑布，其最大峰值出现在０．０？０．４范围内（３２％），次大峰值在０．８？１．４处，，０．８？１．４范围逡逑内聚集着３７％的样本，夏季复杂的谱型可能是由于太湖地区夏季降雨过程密集导致，一逡逑方面降雨过程有利于颗粒物的湿清除，另一方面雨水过后相对湿度很高有利于颗粒物吸逡逑湿增长［６Ｇ，６１］。太湖其他三个季节ＡＯＤ呈单峰分布，峰值均出现在０．５处，０．２？１．２的频逡逑率春季为８６％
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X513

【参考文献】