北京地區(qū)大氣氣溶膠光學特性及其偏振輻射特性的模擬研究.pdf

1、大氣氣溶膠是影響地氣系統(tǒng)輻射收支的主要因子和大氣遙感的主要對象之一，也是氣溶膠—云—輻射—氣候研究中的重要環(huán)節(jié)。為研究城市環(huán)境條件下氣溶膠的分布特征和時間演變規(guī)律，以及城市環(huán)境條件下不同氣溶膠類型對于偏振輻射的影響，本文首先利用中科院大氣物理研究所CE-318太陽光度計資料和矢量輻射傳輸研究了北京地區(qū)氣溶膠特性及其偏振輻射特性。主要研究內(nèi)容有：
　　 1.先利用地基觀測資料分析氣溶膠主要光學參數(shù)如光學厚度、單次散射反照率和粒子尺

2、度的逐月變化、季節(jié)變化、年變化特征；研究了氣溶膠光學厚度同能見度、API(空氣污染指數(shù))之間的關(guān)系；以及利用計算得到的粗細粒子比，分析粗細粒子比的概率分布。結(jié)果表明，春季氣溶膠光學厚度最高，之后，隨著季節(jié)的變化，光學厚度逐漸降低；單次散射反照率峰值出現(xiàn)在夏季，低谷出現(xiàn)在冬季，低谷可能與北京冬季采暖導致大氣中含碳氣溶膠增多有關(guān)；復折射指數(shù)實部在春季達到最大，這可能與春季多沙塵天氣有關(guān)，在夏季達到最小，而復折射指數(shù)的虛部在冬季達到最大。地面

3、能見度是近地面層的大氣渾濁度指標，由于氣溶膠大部分集中在近地層，所以近地層的氣溶膠濃度基本上支配了光學厚度的大小。
　　 2.對PolRadtran/RT3(Polarized Radiative Transfer)、SOSVRT(VectorRadiative Transfer based on Successive Order of Scattering)和VDISORT(VectorDIScrete Ordinate Ra

4、diative Transfer)三種輻射傳輸模式在計算時間和計算精度兩方面進行了比較，發(fā)現(xiàn)，三種模式在I分量的計算精度方面都比較接近，對于(Q、U、V)三個分量SOSVRT的計算精度最好，而RT3和VDISORT會隨角度的變化出現(xiàn)明顯的震蕩；對于三種模式的計算時間，RT3和VDISORT模式隨流數(shù)的增加，計算時間幾乎呈指數(shù)增加，SOSVRT模式的計算時間隨流數(shù)的增加而緩慢增長，計算效率較高。在流數(shù)給定時，RT3和VDISORT的計算時

5、間基本上不隨單層光學厚度的變化而變化，SOSVRT的計算時間隨單層光學厚度的增加而呈線性增長，但是，在較小的單層光學厚度時，如晴空大氣或是薄卷云，SOSVRT模式依然是計算效率最高的矢量輻射傳輸模式。所以，選用SOSVRT對北京地區(qū)的氣溶膠偏振輻射進行模擬。
　　 3.基于前面不同天氣現(xiàn)象條件下的氣溶膠參數(shù)統(tǒng)計分析，利用矢量輻射傳輸模式SOSVRT模擬分析了不同氣溶膠參數(shù)下(與天氣現(xiàn)象相關(guān))的輻射強度、偏振輻射和偏振度，結(jié)果表明

6、：不同天氣現(xiàn)象的偏振輻射模擬值，在不同方位角的分布有很大差別，所以可以根據(jù)這些差別來進行不同氣溶膠類型的反演。春節(jié)期間的偏振輻射值分布與天氣現(xiàn)象為霾和煙塵時的粒子分布相似，這主要是受到了春節(jié)期間鞭炮燃放的影響，導致大氣中的硫化物增多。高污染天氣下的偏振輻射與天氣現(xiàn)象為煙塵和沙塵時的粒子分布相似，重污染天氣幾乎全部出現(xiàn)在春季，可能原因是春季北京地區(qū)出現(xiàn)會沙塵暴，所以有可能會出現(xiàn)重污染天氣。同時，對于不同天氣現(xiàn)象下偏振輻射的模擬，也為今后建