蘭州地區(qū)氣溶膠輻射特性觀測(cè)研究.pdf

1、大氣氣溶膠通過直接效應(yīng)、間接效應(yīng)和半直接效應(yīng)對(duì)區(qū)域和全球氣候變化產(chǎn)生顯著的影響，研究氣溶膠輻射效應(yīng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，但也存在很大的不確定性，特別是沙塵氣溶膠。在中國(guó)西北半干旱地區(qū)，由于特殊的地表下墊面特征，長(zhǎng)期連續(xù)的氣溶膠觀測(cè)在氣溶膠對(duì)氣候變化的影響的研究中起支撐作用的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
　　 本文利用蘭州大學(xué)半干旱氣候與環(huán)境觀測(cè)站微脈沖激光雷達(dá)CE370-2和偏振激光雷達(dá)L2S-SMⅡ觀測(cè)資料，分析蘭州地區(qū)氣溶膠的垂直分布和時(shí)間

2、演變特征。然后利用渾濁度儀、黑碳儀、PM10監(jiān)測(cè)儀等地面觀測(cè)資料研究了氣溶膠散射系數(shù)、吸收系數(shù)和單次散射反照率等的變化特征。最后利用WRF+ABL+LOWTRAN7數(shù)值模擬平臺(tái)，對(duì)一次沙塵過程下蘭州地區(qū)大氣邊界層特征和沙塵氣溶膠的輻射特性進(jìn)行了數(shù)值模擬。觀測(cè)分析得到一些有價(jià)值的結(jié)果，可為氣溶膠輻射效應(yīng)數(shù)值模擬提供參考，有助于改進(jìn)大氣數(shù)值模式輻射參數(shù)化方案，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。主要結(jié)論如下：
　　 (1)分析2005-2

3、008年CE370-2觀測(cè)資料，可知蘭州地區(qū)11月和12月AOD最大，3月和4月的相對(duì)較大，且冬春AOD比夏秋的偏大，其主要由大氣擴(kuò)散條件和污染排放等因素決定。蘭州地區(qū)AOD頻數(shù)最大位于0.3。氣溶膠集中分布在2km以下，且氣溶膠消光系數(shù)隨高度遞減。
　　 (2)蘭州地區(qū)沙塵氣溶膠總體而言集中分布于2km以下，沙塵氣溶膠消光系數(shù)隨高度遞減。個(gè)例分析表明：沙塵氣溶膠層內(nèi)，相對(duì)濕度和消光系數(shù)的變化趨勢(shì)比較一致；沙塵過程中PM10濃度

4、、氣溶膠散射系數(shù)和消光系數(shù)間具有較好的線性相關(guān)性，PM10濃度和散射系數(shù)、PM10濃度和消光系數(shù)、消光系數(shù)和散射系數(shù)間的相關(guān)系數(shù)分別為0.98、0.94和0.96。
　　 (3)分析L2S-SMⅡ觀測(cè)資料表明：云、冰晶和沙塵粒子的退偏振率較大，人為源氣溶膠粒子的退偏振率較??；氣溶膠粒子的退偏振率一般小于0.25，云和冰晶粒子的則為0.3左右。
　　 (4)利用2009年黑碳儀AE-31觀測(cè)資料，分析了蘭州地區(qū)黑碳?xì)馊苣z的

5、變化特征?？傮w而言，黑碳?xì)馊苣z質(zhì)量濃度呈雙峰型日變化。夏秋和冬春上午的峰值時(shí)間略有差別，分別位于08：00和12：00，夜間均位于22：00，且谷值都位于16：00。七波段黑碳質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)基本一致，且370nm的最大，950nm最小。月平均黑碳質(zhì)量濃度呈U型分布，黑碳質(zhì)量濃度自1月減小，3月和4月基本相當(dāng)，于5月達(dá)到最小值，之后緩慢增大，6-8月和5月的差不多，9-12月急劇增大，最后于12月達(dá)到最大值。蘭州地區(qū)冬春黑碳?xì)馊苣z質(zhì)量濃

6、度明顯較夏秋偏大。黑碳?xì)馊苣z吸收系數(shù)的變化特征和黑碳質(zhì)量濃度的比較一致。
　　 (5)利用2009年8-11月AE-31和MAAP5012觀測(cè)資料，比較分析了兩種黑碳儀的觀測(cè)結(jié)果。AE-31、MAAP5012_135和MAAP5012_136觀測(cè)結(jié)果具有較好的線性相關(guān)性。MAAP5012_135和MAAP_136觀測(cè)結(jié)果的相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.96，MAAP5012_135和AE-31觀測(cè)結(jié)果的相關(guān)系數(shù)為0.91，MAAP5012_1

7、36和AE-31觀測(cè)結(jié)果的相關(guān)系數(shù)為0.92。
　　 (6)利用2008年中美沙塵暴聯(lián)合觀測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析了蘭州和張掖地區(qū)SSA分布特征。蘭州地區(qū)450和550nm的SSA頻數(shù)分布較一致且最大值位于0.7，700nm則位于0.5。張掖地區(qū)三波段SSA頻數(shù)分布相似，頻數(shù)最大位于0.8。
　　 (7)利用WRF+ABL+LOWTRAN7數(shù)值模擬平臺(tái)模擬分析了2007年3月27日-3月29日沙塵條件下蘭州地區(qū)大氣邊界層特征和沙

8、塵氣溶膠輻射效應(yīng)。
　　 沙塵過程盛行偏西風(fēng)，局部地區(qū)偏北風(fēng)，沙塵初期模擬區(qū)域北部地區(qū)存在上升運(yùn)動(dòng)，隨著沙塵過程的發(fā)展下沉運(yùn)動(dòng)逐漸占據(jù)主導(dǎo)。
　　 位溫的空間分布和地形分布比較接近，位溫高值區(qū)位于地勢(shì)較高處，谷地的位溫相對(duì)較小。谷地的相對(duì)濕度較高地勢(shì)處的偏大。
　　 沙塵氣溶膠的輻射效應(yīng)在日間表現(xiàn)為增溫效應(yīng)且使風(fēng)速增大，增溫幅度平均約為0.39℃，風(fēng)速增幅約為0.57m/s；夜間，1km以下表現(xiàn)為冷卻效應(yīng)并使風(fēng)速