基于卫星遥感的气溶胶与云和降水相互作用研究

发布时间：2017-09-13 12:26

  本文关键词：基于卫星遥感的气溶胶与云和降水相互作用研究

  更多相关文章： 气溶胶 云 降水 气溶胶光学厚度 主成分分析

【摘要】：近年来,受人类活动的影响,气溶胶在大气中的浓度逐渐增加,由此引发了与大气相关的一系列问题,如大气能见度的降低对人们的出行造成不便,对人类的健康造成影响；局地气溶胶增加造成地区性极端降水,极端降温,气溶胶对气候环境的影响越来越严重。而云和降水则在气候系统中扮演着重要角色,研究气溶胶增加对云和降水的影响已经是气候研究的一个重要方向。气溶胶主要是通过间接效应来影响云和降水。卫星遥感数据具有覆盖广,重复率高的优势,真实可靠,是其他观测数据和数值模拟所无法比拟的。本文基于卫星遥感数据对中国地区气溶胶对云和降水的影响进行研究。有资料显示,夏季气溶胶对云和降水的作用最强。本文以2013年8月份和2014年6月份夏收时节为例开展研究。其中以2013年8月份为例,研究在去除大气环境条件下,气溶胶与云和降水的相互作用,主要利用主成分分析法对NCEP中的大气参数,CERES数据中的气溶胶参数,以及云参数等共计24个参数进行研究,并结合TRMM降水数据,对得到的主成分进行相关性分析。以2014年夏收时节为例,对夏收时期秸秆集中燃烧前后进行对比分析研究,首先利用MODIS中的气溶胶数据,细粒子比数据,云数据,以及火点数据分析了夏收时期,秸秆燃烧前后气溶胶光学厚度,以及火点分布,然后对特定区域(华北南部地区和长三角地区)利用细粒子比数据揭示了造成夏收时期污染的主要原因,利用后向轨迹模型对特定区域中的代表城市进行污染传输分析,揭示气溶胶对云参数的影响,得到的结论如下：(1)2013年8月份中国地区的气溶胶光学厚度(AOD)值分布在0.006到1左右。高值区主要有两个,分别为华北地区和西北地区。华北地区主要受工业的发展影响,西北地区主要是受地表沙漠的影响。云光学厚度的分布则是南部的值较大,北部除东北地区外,云光学厚度值偏小。云滴有效半径的分布与气溶胶光学厚度的分布,大致成相反趋势,为中部地区偏小,西北(除沙漠地区外)和东北地区偏大。降水的分布主要表现为从东南地区向西北地区递减式分布,这与东南季风的影响有很大关系。(2)通过主成分分析,得到6个主成分。其中第四主成分说明当气溶胶增加时,云光学厚度,云量等减小,说明气溶胶的增长不利于厚云的形成,从而影响了降水。第五主成分说明当气溶胶增加时,云光学厚度增大,体现了气溶胶的第一间接效应,并且第一效应在中国东部地区最明显。(3)根据气溶胶和云参数在主成分中所起作用的大小,可得气溶胶主要在第五主成分中,云主要在第二和第五主成分中。而通过第五主成分与降水的相关系数,得出随着气溶胶的增长,降水在逐渐减小。(4)2014年夏收期间,通过对比分析发现,高值区均分布在河北南部,山东,河南,江苏,安徽,上海等地。2014年6月份华北地区气溶胶光学厚度远高于2014年年平均值,部分地区如苏皖地区,甚至高出两倍多。6月份作为夏收的主要时段,利用火点分布图对其进行时间段划分,得到了三个时间段火点分布图以及相对于时间段的气溶胶光学厚度分布图。可以得到6月1-5日为秸秆排放前期,气溶胶光学厚度相对较小,6-14日为秸秆集中燃烧时段,气溶胶光学厚度值较大,15-22日为秸秆集中燃烧结束阶段,气溶胶光学厚度值较前一阶段减小。初步判断6月份高污染是秸秆燃烧所致。(5)基于火点分布图和相对应的气溶胶分布图,选取两个特定研究区内细粒子比分析得到,秸秆集中燃烧前阶段,细粒子比浓度大部分在0.8以下,秸秆集中燃烧阶段,两个研究区内细粒子比的高值增多,甚至超出0.8,秸秆集中燃烧后期,两个研究区内处于粗细粒子混合存在的情况。6月份的污染主要是人为活动产生的细粒子所造成。通过后向轨迹分析模型HYSPLIT,6-14日两个研究区代表城市的污染物均经过了火点分布密集的地区,由此得出夏收时期的秸秆集中燃烧增加了华北平原的6月份的高污染程度。(6)较秸秆集中燃烧的前期,秸秆集中燃烧时期在两个研究区内云量和液态水路径的值均随着气溶胶光学厚度值的增大而增大,而对于云光学厚度,两个地区的反应不同,在华北地区出现减少,在长三角洲地区增大。说明在长三角洲地区气溶胶的间接作用较为明显,在华北地区气溶胶对云的作用仍然比较复杂。
【关键词】：气溶胶 云 降水 气溶胶光学厚度 主成分分析
【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X87;X16;X513
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 研究目的与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.3 研究主要内容15-17
• 第2章 研究区气候特征及数据源17-25
• 2.1 研究区气候特征17-19
• 2.2 数据源19-25
• 第3章 数据处理与方法25-28
• 3.1 数据预处理25
• 3.2 研究方法25-28
• 第4章 夏季气溶胶与云,降水相互作用研究28-42
• 4.1 气溶胶,云以及降水分布特征28-33
• 4.2 气溶胶,云以及降水相互作用33-41
• 4.3 本章小结41-42
• 第5章 夏收时期气溶胶与云相互作用研究42-57
• 5.1 夏收时期的环境污染42-47
• 5.2 夏收时期气溶胶与云相互作用47-56
• 5.3 本章小结56-57
• 第6章 结论与展望57-59
• 6.1 结论57
• 6.2 不足与展望57-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-68
• 个人简介68-69

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