蘭州地區(qū)氣溶膠輻射特性觀測研究.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)實意義，但也存在很大的不確定性，特別是沙塵氣溶膠。在中國西北半干旱地區(qū)，由于特殊的地表下墊面特征，長期連續(xù)的氣溶膠觀測在氣溶膠對氣候變化的影響的研究中起支撐作用的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
　　 本文利用蘭州大學(xué)半干旱氣候與環(huán)境觀測站微脈沖激光雷達(dá)CE370-2和偏振激光雷達(dá)L2S-SMⅡ觀測資料，分析蘭州地區(qū)氣溶膠的垂直分布和時間

2、演變特征。然后利用渾濁度儀、黑碳儀、PM10監(jiān)測儀等地面觀測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，對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。觀測分析得到一些有價值的結(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)用價值。主要結(jié)論如下：
　　 (1)分析2005-2

3、008年CE370-2觀測資料，可知蘭州地區(qū)11月和12月AOD最大，3月和4月的相對較大，且冬春AOD比夏秋的偏大，其主要由大氣擴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。個例分析表明：沙塵氣溶膠層內(nèi)，相對濕度和消光系數(shù)的變化趨勢比較一致；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小；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觀測資料，比較分析了兩種黑碳儀的觀測結(jié)果。AE-31、MAAP5012_135和MAAP5012_136觀測結(jié)果具有較好的線性相關(guān)性。MAAP5012_135和MAAP_136觀測結(jié)果的相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.96，MAAP5012_135和AE-31觀測結(jié)果的相關(guān)系數(shù)為0.91，MAAP5012_1

7、36和AE-31觀測結(jié)果的相關(guān)系數(shù)為0.92。
　　 (6)利用2008年中美沙塵暴聯(lián)合觀測實驗數(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)存在上升運動，隨著沙塵過程的發(fā)展下沉運動逐漸占據(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)位于地勢較高處，谷地的位溫相對較小。谷地的相對濕度較高地勢處的偏大。
　　 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