中国东部地区气溶胶—云相互作用卫星遥感建模研究

发布时间：2017-04-19 12:20

  本文关键词：中国东部地区气溶胶—云相互作用卫星遥感建模研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：气溶胶主要通过两种方式影响地球气候系统,分别是气溶胶-辐射相互作用(Aerosol-Radiation Interaction,ARI)和气溶胶-云相互作用(Aerosol-Cloud Interaction,ACI)。气溶胶粒子通过成为云凝结核(Cloud Condensation Nuclei,CCN)和冰核(Ice Nuclei,IN)改变云微物理参数以及降水效率,是气溶胶-云相互作用的主要过程。联合国气候变化政府间专家委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)第五次评估报告中指出气溶胶-云相互作用是地球系统辐射强迫中最主要的不确定性来源之一。而随着我国社会经济飞速发展,汽车尾气、化石燃料燃烧等排放的气溶胶粒子以及经过光化学反应产生的二次气溶胶污染物也在日益增加。近年来,我国雾霾天气及短时强降水等灾害性天气发生更为频繁,也与大气中气溶胶粒子增加存在一定的联系。在这一背景下研究我国东部地区气溶胶及气溶胶-云相互作用具有重要科学价值和现实意义。云物理特性不仅受气溶胶影响,还受到太阳辐射、气象条件等多种因素的制约,它们之间存在复杂的反馈机制,常被称为气溶胶-云相互作用缓冲系统。而气溶胶-云相互作用的研究还受到气溶胶和云观测手段的限制。论文利用多源卫星观测手段,获取了长时间序列的气溶胶和云观测数据,从气象条件与气溶胶-云相互作用之间的竞争机制、气溶胶和云的垂直结构以及气溶胶粒子过饱和等方面入手研究中国东部地区气溶胶-云相互作用缓冲系统中的特殊机制。首先通过比较分析近地面PM(Particulate Matter)浓度,气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)、气溶胶垂直分布廓线等的时空分布,揭示了中国东部地区气溶胶变化的一般规律。利用长时间序列逐日的光学卫星遥感气溶胶光学厚度(AOD)和云参数数据,发现ACI在中国东部陆地地区存在“反Twomey效应”现象,云对气溶胶影响的反馈并不是一致单调的,且易受到气象条件等环境因素的影响。通过中国东部地区陆地和海洋地区的对比研究,发现ACI在中国近海地区存在“Twomey”效应现象,相反在陆地地区存在“反Twomey”效应现象。并进一步揭示了导致陆地和海洋ACI显著差异的原因是大气热力条件与ACI之间存在明显的竞争关系。而海洋上地区气溶胶与云的间接影响更主要体现在促进云的横向发展。最后通过研究气溶胶和云层的垂直分离混合状态对ACI的影响。结果显示分离状态的案例与混合状态的案例在数量上具有可比性,而混合状态下的ACI值是分离状态下的近4倍。证实了准确的气溶胶层和云层垂直混合状态是研究气溶胶-云相互作用的必要前提。进一步的研究还发现了云滴有效半径(CDR)随AOD存在“先减后增”的变化趋势,气溶胶粒子饱和阈值大约在AOD范围0.3~0.5。并通过进一步计算夏季和冬季的ACI,指出了气溶胶粒子过饱和是造成陆地地区ACI存在“反Twomey效应”现象的重要原因之一。
【关键词】：气溶胶-云相互作用 第一间接效应 云微物理 MODIS CALIOP
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X513;P407;P426.5
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-21
• 1.1 研究背景与意义12-13
• 1.2 国内外研究进展13-18
• 1.2.1 气溶胶的气候效应14-16
• 1.2.2 气溶胶-云相互作用16-17
• 1.2.3 气溶胶-云相互作用研究中存在的问题17-18
• 1.3 论文的主要研究内容及结构安排18-21
• 第二章 研究区概况、数据与方法21-35
• 2.1 中国东部地区气候特征21-22
• 2.2 气溶胶及云参数的卫星观测22-27
• 2.2.1 MODIS/Aqua22-24
• 2.2.2 CALIOP/CALIPSO24-26
• 2.2.3 CPR/Cloudsat26-27
• 2.3 气象资料27-28
• 2.4 研究方法和技术路线28-33
• 2.4.1 气溶胶-云相互作用指数28-30
• 2.4.2 扩展的第一间接效应30-32
• 2.4.3 技术路线32-33
• 2.5 本章小结33-35
• 第三章 气溶胶三维时空分布35-52
• 3.1 引言35-36
• 3.2 气溶胶光学厚度时空分布特征36-37
• 3.3 气溶胶垂直分布时空分布特征37-44
• 3.3.1 气溶胶垂直分布廓线39-41
• 3.3.2 沙尘气溶胶的时空分布特征41-43
• 3.3.3 烟尘气溶胶的时空分布特征43-44
• 3.4 气溶胶光学厚度与PM10/PM2.5 时空分布特征比较44-50
• 3.4.1 PM10/PM2.5 时空分布特征44-46
• 3.4.2 PM浓度与AOD时空分布的异同分析46-50
• 3.5 本章小结50-52
• 第四章 气溶胶对夏季暖云的影响研究52-66
• 4.1 引言52-53
• 4.2 中国东部地区不同气溶胶类型的年际变化53-54
• 4.3 气溶胶与云参数的协同变化54-59
• 4.3.1 气溶胶光学厚度-云滴有效半径的协同变化54-57
• 4.3.2 气溶胶光学厚度与云宏观物理量的协同变化57-59
• 4.4 气溶胶光学厚度对云滴有效半径的影响59-64
• 4.4.1 不同污染情况下的云滴有效半径分布59-60
• 4.4.2 水汽条件对气溶胶-云相互作用的影响60-62
• 4.4.3 去除气象条件对气溶胶-云相互作用的影响62-64
• 4.5 本章小结64-66
• 第五章 夏季海陆气溶胶-云相互作用异同及气象条件影响66-83
• 5.1 引言66-67
• 5.2 气溶胶对云参数的影响67-72
• 5.2.1 云滴有效半径的变化68-69
• 5.2.2 对云覆盖度的影响69-72
• 5.2.3 对云顶气压的影响72
• 5.3 气溶胶对云发展的激发作用72-74
• 5.4 气象条件对气溶胶-云相互作用的影响74-81
• 5.4.1 水汽条件的影响75-78
• 5.4.2 大气热力条件的影响78-80
• 5.4.3 大气动力条件的影响80-81
• 5.5 本章小结81-83
• 第六章 气溶胶和云三维结构对气溶胶-云相互作用的影响83-97
• 6.1 引言83
• 6.2 利用卫星数据区分气溶胶层和云层混合情况的研究83-87
• 6.2.1 多源卫星数据的协同84-85
• 6.2.2 AOD数据的修订85-86
• 6.2.3 气溶胶层和云层的分离与混合状态86-87
• 6.3 气溶胶和云垂直廓线87-89
• 6.4 气溶胶-云分离混合比例89-90
• 6.5 混合条件下气溶胶-云相互作用90-93
• 6.6 气溶胶-云相互作用的季节性差异93-95
• 6.7 本章小结95-97
• 第七章 总结与展望97-101
• 7.1 主要结论与讨论97-99
• 7.2 未来工作展望99-101
• 致谢101-103
• 参考文献103-117
• 个人简历、攻读博士学位期间的研究成果117-119
• 个人简历117
• 博士期间主要参与的项目117-118
• 博士期间完成的主要论文工作118-119

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本文编号：316297