气溶胶对海洋暖云及降水影响的卫星观测研究
发布时间：2020-08-22 22:11
【摘要】：气溶胶可通过与云的相互作用影响全球能量平衡,在评估人类活动对地球的辐射强迫中,气溶胶对云的辐射强迫是最大的不确定性因子。长时间气溶胶与云卫星观测资料有助于从长期协同变化角度理解云对气溶胶变化的响应,而瞬时卫星观测资料可定量分析气溶胶与云相互作用中的关键过程。在气溶胶浓度出现大范围变化的背景下,目前缺乏气溶胶和云属性在长时间尺度下的变化分析研究,尤其是关于云滴数浓度(CDNC)和气溶胶二者的长期协同变化。在基于瞬时观测的定量指标分析中,目前缺乏对这些定量指标本身的不确定性研究,比如,降水敏感度(指降水对气溶胶的敏感度)指标的数值大小和变化特征在现有卫星观测结果中存在很大的差异。鉴于以上背景,本研究基于A-Train卫星的观测数据产品,综合分析气溶胶和云属性在过去15年期间的时空变化,重点关注CDNC和气溶胶指数(AI)在全球和区域尺度上的长期协同变化,本研究进一步系统对比了降水敏感度在不同计算指标及不同卫星产品的差异,对降水敏感度在不同稳定度和不同降水类型下的变化特征也展开了深入研究。本研究显示,在2003-2017年期间,气溶胶相关属性(包括气溶胶光学厚度(AOD)、气溶胶埃式系数(AE)和气溶胶指数(AI))在大西洋北部和中国东部沿海地区均显著下降,针对该地区,CDNC也明显减小,云水路径(LWP)变化趋势不明显,这可能意味着云生命周期效应(云水路径对气溶胶变化的响应)在长时间尺度下的作用并不明显。我们还发现在给定AOD值条件下,受大颗粒气溶胶比例显著增加的影响,全球海洋暖云CDNC减小,有效半径(CER)增加。此外,针对三个重点区域(美国东海岸/EUS、欧洲西海岸/WEU、中国东海岸/EC),从前五年(2003-2007)到后五年(2013-2017),CDNC、CER和云光学厚度(COT)的概率分布(PDF)本身都发生变化,CDNC高值明显变少,而低值变多,CER的PDF变化与此相反,COT高值也明显变少,这说明在上述三个地区污染减排的条件下,有更多光学厚度低且云滴半径大的云生成,而光学厚度大且云滴半径小的云则减少。综合对比分析了降水敏感度在六个不同计算指标及多套卫星数据集的差异,结果显示,SPOP(降水概率敏感度)是一个相对稳健的降水敏感度指标,它受不同LWP和降水产品的影响较小,而SI(降水强度敏感度)和SR(降水率敏感度)则受不同LWP和降水数据的影响较大。不同空间分辨率(空间分辨率为10km和1°)气溶胶产品对SX_A1(降水对AI的敏感度)影响较小,说明海洋上空的气溶胶层相对均一。此外,SX_AI与SX_CDNC(降水对CDNC的敏感度)在数值大小上的差异主要来自CDNC与AI之间的关系,在全球尺度下,本研究表明SX_AI大约为SX_CDNC的三分之一,这种定量关系对SPOP更适用,对SI适用性较弱,关系式SR≈SI+SPOP 一般适用于不同LWP产品和不同大气稳定条件。本研究表明,SPOP对大气稳定度有很强的依赖性,大气越稳定,SPOP值越大,即在大气很稳定时,气溶胶对降水发生概率的抑制程度更加明显,这种依赖性在不同数据产品和不同降水类型下都有所体现,而SI对大气稳定度的依赖性不明显。此外,我们的研究结果揭示了降水敏感度在毛毛雨(采用-15dBZ阈值)与大雨(采用OdBZ阈值)之间存在显著差异,气溶胶对毛毛雨发生的抑制程度要比大雨弱,但对毛毛雨降水强度的抑制作用反而强。
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P412.27
【图文】：
即气溶胶作为云凝结核或冰核，进而影响云属性及降水效率（Ａｌｂｒｅｃｈｔ，邋１９８９；逡逑Ｔｗｏｍｅｙ，邋１９７７）。在评估人类活动对地球的辐射强迫中，气溶胶对云的辐射强迫逡逑是最大的不确定性因子（ＩＰＣＣ，２０１３）（见图１－１），因此研究气溶胶对云的影响就逡逑具有重要的科学意义。逡逑Ｒａｄｉａｔｉｖｅ邋ｆｏｒｃｉｎｇ邋ｏｆ邋ｃｌｉｍａｔｅ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋１７５０邋ａｎｄ邋２０１１逡逑Ｆｏｒｃｉｎｇ邋ａｇｅｎｔ逡逑，逦—逦—逦｜逦Ｉ逦＇逦！逦１逦Ｉ逦＇逦Ｉ逦＇逦Ｉ逡逑ｃ0？逦Ｆ邋ｙ：；Ｆｔ邋？＇，逡逑Ｗｅｌｌ邋Ｍｉｘｅｄ逡逑Ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ邋Ｇａｓｅｓ逦ｏｔｈ＾ｆＷＭＧＨＧ邋［邋ＣＨｔ邋！＾｜［｜Ｌ邋１逡逑？ｙ逦Ｏｚｏｎｅ逦Ｓｔｒａｔｏｓｐｈｅｒｉｃ邋？＞逦Ｉ邋Ｔｒｏｐｏｓｐｈｅｒｉｃ逡逑Ｉ逦Ｍ邋．Ｖ邋ｊ逡逑0）逦Ｓｔｒａｔｏｓｐｈｅｒｉｃ邋ｗａｔｅｒ逦ｔ邋，逡逑ｖａｐｏｕｒ邋ｆｒｏｍ邋ＣＨ４逡逑｜逦Ｓｕｒｆａｃｅ邋Ａｌｂｅｄｏ逡逑＜逦Ｃｏｎｔｒａｉｌｓ邋；逦Ｖ－邋Ｃｏｎ１ｒａ，ｈｎｄｕｃｅｄ邋ｃｒｒｕｓ逡逑Ａｅｒｏｓｏｌ－Ｒａｄｉａｔｉｏｎ邋Ｉｎｔｅｒａｃ．逦ｔ邋＇逦，邋？逡逑Ａｅｒｏｓｏｌ－Ｃｌｏｕｄ邋Ｉｎｔｅｒａｃ．邋逦—一Ｖ，叫逡逑＿逦Ｔｏｉａ．ａｎｔｈｒｏｐｏｇｅｎ．Ｃ邋｜逦＾逦１逡逑Ｕ．逦Ｉ逦＞■逡逑３逦Ｓｏｌａｒ邋ｉｒｒａｄｉａｎｃｅ邋；逦ｉ？丨逡逑ｃ0邋逦Ｉ逦｜逦，逦ｉ＿＿逦
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本文编号：2801212
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P412.27
【图文】：
即气溶胶作为云凝结核或冰核，进而影响云属性及降水效率（Ａｌｂｒｅｃｈｔ，邋１９８９；逡逑Ｔｗｏｍｅｙ，邋１９７７）。在评估人类活动对地球的辐射强迫中，气溶胶对云的辐射强迫逡逑是最大的不确定性因子（ＩＰＣＣ，２０１３）（见图１－１），因此研究气溶胶对云的影响就逡逑具有重要的科学意义。逡逑Ｒａｄｉａｔｉｖｅ邋ｆｏｒｃｉｎｇ邋ｏｆ邋ｃｌｉｍａｔｅ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋１７５０邋ａｎｄ邋２０１１逡逑Ｆｏｒｃｉｎｇ邋ａｇｅｎｔ逡逑，逦—逦—逦｜逦Ｉ逦＇逦！逦１逦Ｉ逦＇逦Ｉ逦＇逦Ｉ逡逑ｃ0？逦Ｆ邋ｙ：；Ｆｔ邋？＇，逡逑Ｗｅｌｌ邋Ｍｉｘｅｄ逡逑Ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ邋Ｇａｓｅｓ逦ｏｔｈ＾ｆＷＭＧＨＧ邋［邋ＣＨｔ邋！＾｜［｜Ｌ邋１逡逑？ｙ逦Ｏｚｏｎｅ逦Ｓｔｒａｔｏｓｐｈｅｒｉｃ邋？＞逦Ｉ邋Ｔｒｏｐｏｓｐｈｅｒｉｃ逡逑Ｉ逦Ｍ邋．Ｖ邋ｊ逡逑0）逦Ｓｔｒａｔｏｓｐｈｅｒｉｃ邋ｗａｔｅｒ逦ｔ邋，逡逑ｖａｐｏｕｒ邋ｆｒｏｍ邋ＣＨ４逡逑｜逦Ｓｕｒｆａｃｅ邋Ａｌｂｅｄｏ逡逑＜逦Ｃｏｎｔｒａｉｌｓ邋；逦Ｖ－邋Ｃｏｎ１ｒａ，ｈｎｄｕｃｅｄ邋ｃｒｒｕｓ逡逑Ａｅｒｏｓｏｌ－Ｒａｄｉａｔｉｏｎ邋Ｉｎｔｅｒａｃ．逦ｔ邋＇逦，邋？逡逑Ａｅｒｏｓｏｌ－Ｃｌｏｕｄ邋Ｉｎｔｅｒａｃ．邋逦—一Ｖ，叫逡逑＿逦Ｔｏｉａ．ａｎｔｈｒｏｐｏｇｅｎ．Ｃ邋｜逦＾逦１逡逑Ｕ．逦Ｉ逦＞■逡逑３逦Ｓｏｌａｒ邋ｉｒｒａｄｉａｎｃｅ邋；逦ｉ？丨逡逑ｃ0邋逦Ｉ逦｜逦，逦ｉ＿＿逦
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