南极平流层气溶胶的作用——臭氧洞和物质循环

1.前言关于平流层气溶胶的研究是以六十年代由Junge等人用气球和飞机进行的平流层气溶胶观测而正式开始的。他们的研究表明,构成平流层气溶胶层的气溶胶,主要是被称作大粒子(Large Particle)的粒子组成的,而且,在这些气溶胶的化学成分中以硫化合物居多。这两点对于考虑平流层气溶胶层的生成机制和维持机制是极为重要的,也是决定今后研究方向的重要依据。不过,观测实例毕竟不是很充分的,留待今后研究的问题还很多。进入七十年代,世界各地建立激光雷达以后,已能探讨气溶胶层的全球变化了。1974年,Fuego火山喷发,世界各地的激光雷达站都监测到了随着喷发平流层气溶胶骤     

激光探测平流层气溶胶层后向散射系数分布

1983年2月以来,利用红宝石激光雷达对平流层气溶胶层进行了一系列探测.结果表明:因受El Chichon火山爆发的影响,平流层气溶胶层后向散射比峰值和14—23.5公里高度范围内积分后向散射系数均明显增大。本文对部分探测结果进行了分析和讨论.     

激光遥测的近年开发

1 前言激光自六十年代初问世以来,很快应用于大气探测的诸多科研当中,伴随这项技术的发展,高水平的探测方法被逐渐开发出来。虽然早就有人用激光雷达对平流层中的气溶胶层进行观测研究,但总的来看,以激光雷达为代表的遥测技术在气象及大气环境上的     

第六届国际激光雷达会议

第六届国际激光雷达会议于1974年9月8日至6日在日本仙台举行。会议涉及的问题有能见度和云底高度的测量;激光雷达光谱学应用拉曼旋转后向散射谱测量气温;用激光观测大气消光作用;气溶胶对光的散射的物理特征;从云、霾反射回来的激光的退极性观测;行星边界层和大气污染问题,用激光雷达监测大气污染,研究大气污染的扩散,监测环境污染;平流层气溶胶的测量;多次散射问题。     

气溶胶对现代气候的影响

本文提供了估计近百年大型火山喷发后出现的平流层气溶胶层的新方法.借助不稳定的能量平衡气候模式,完成了近地面温度对火山产生的平流层气溶胶敏感性的计算.     

El Chichon火山喷发与平流层气溶胶的研究

1.序言从1981年到1984年的中层大气研究计划(MAP)期间,平流层气溶胶的研究以观测为中心,取得了很大进展。特别是在MAP 期间发生了El Chichon火山大喷发,造成平流层气溶胶的增加现象,这一现象是本世纪最大规模在平流层产生气溶胶,在这之后的几年里这些气溶胶的相当数量仍停留在平流层中。因为是在完备观测体制时发生的事     

成都一次重污染过程的气溶胶光学特性垂直分布

利用微脉冲激光雷达观测数据、PM_(2.5)浓度数据、地面气象观测资料和探空数据对成都2017年1月1—6日连续出现的重污染过程进行分析研究。结果表明:激光雷达反演的消光系数演变与PM_(2.5)浓度值变化对应一致,PM_(2.5)浓度升高,近地面消光系数增大;反之,则近地面消光系数减小。对于此次过程,在无冷空气影响时,混合层高度和相对湿度的日变化对消光系数廓线有明显影响,混合层高度降低,大气环境容量减小,相对湿度增加,气溶胶吸湿增长,消光系数增大,地面污染加重。天空状况对气溶胶垂直分布影响显著,晴天或多云天气,早晨强逆温使得水汽和大量气溶胶集中在逆温层顶以下区域,地面污染严重;中午混合层发展,使得混合层内的气溶胶均匀混合,气溶胶层变厚,近地面消光系数显著减小,地面污染减轻。在前一日为晴天或多云天气,当天为阴天时,早上气溶胶明显分为两层,一层在近地面,另一层在残留层顶附近;中午由于垂直湍流增强,一部分残留层气溶胶向下混合至混合层内,使得混合层内的气溶胶粒子增多,地面污染加重,消光系数明显增加。近地面强逆温层、混合层高度降低、残留层气溶胶向下混合、相对湿度增加均是导致地面污染加重的原因。     

瑞利散射激光雷达探测平流层和中间层低层大气温度

介绍了一台瑞利散射激光雷达,它能够探测22～60 km范围内大气温度的垂直分布;比较了两种反演温度的数据处理方法.该激光雷达分别与UARS/HALOE卫星和无线电探空仪观测结果进行了对比,均表现了较好的一致性.同时还模拟分析了平流层低层气溶胶对计算温度的影响.     

2007年冬季大连市区气溶胶垂直剖面特征

选用2007年1月8—30日期间8个无云天的激光雷达资料进行分析。基于Fernald方法反演得到气溶胶消光系数廓线,结合无线电探空资料分析了边界层内气溶胶时空分布,并将反演的激光雷达最低观测高度处(180 m)的气溶胶消光系数与地面PM10、能见度资料进行对比分析。结果表明：冬季大连市区气溶胶主要分布在2 km以下区域,早晨和夜间在0.5 km以下区域经常存在一个气溶胶层;气溶胶消光系数廓线与探空资料较吻合;反演激光雷达最低观测高度处(180 m)的气溶胶消光系数与地面的PM10浓度呈正相关,与能见度呈负相关,相关性较好。     

Towards a combined SAGE Ⅱ and SCIAMACHY aerosol dataset and implications for stratospheric aerosol trend analysis over East Asia

利用SCIAMACHY临边探测资料反演出平流层气溶胶消光系数廓线。将2003–2004年SCIAMACHY气溶胶反演结果同SAGE Ⅱ探测结果进行对比,结果表明在15–35 km高度范围,反演结果在20–30°N和30–40°N范围平均相对偏差小于20%,在40–50°N范围小于25%。计算出的平流层气溶胶光学厚度与SAGE Ⅱ探测结果的相对偏差在3个纬度范围均小于6%。将SCIAMACHY反演结果与SAGE Ⅱ探测资料相结合,构建平流层气溶胶长期探测资料。根据这些资料,分析东亚(20–50°N,70–150°E)平流层气溶胶变化趋势。结果表明东亚平流层气溶胶在2000–2010年期间呈现显著增加趋势。平流层气溶胶光学厚度在这11年期间平均每年增加5%。中等强度火山爆发对平流层气溶胶增加有显著影响。     

基于CALIPSO资料的沙尘暴过程沙尘垂直结构特征分析

综合利用CALIPSO星载激光雷达探测资料和MM5数值模拟结果,对2010年3月19—22日强沙尘暴过程不同阶段沙尘垂直分布特征及其动力、热力结构进行了初步分析,结果发现:在沙尘暴成熟阶段,沙尘层分布于2~9 km(850~250 hPa)的几乎整个对流层中,冷锋前抬升和锋后下沉导致的旺盛垂直混合使沙尘呈现相对均匀的垂直分布。在沙尘扩展及远距离传输阶段,沙尘层明显分为两层,分别位于对流层低层(700 hPa以下)和对流层中高层(600~300 hPa)。在沙尘暴各个阶段,弱风速垂直切变和弱位温、相当位温垂直变化始终与沙尘层配合,显示沙尘层维持中性混合层,而两个沙尘层之间则为强风速垂直切变及位温、相当位温锋区。另外,沙尘暴发展过程中,高空急流、位涡、比湿等要素均表明出明显的对流顶折叠和高空位涡下传,且在对流顶较高的区域,沙尘向上的扩展也较高,反之则较低。需要指出,在沙尘暴扩展和远距离传输阶段,在40°N附近,7~9 km沿纬向一线,均出现一小范围孤立沙尘区位于平流层中(或平流层附近),表明沙尘暴过程中能够产生沙尘的对流层—平流层输送,并在平流层中形成持续性的沙尘传输带。这可以成为沙尘气溶胶对流层—平流层输送及其在平流层中传输的一个直接的监测证据。     

青藏高原平流层臭氧和气溶胶的变化趋势研究

通过分析SAGEⅡ资料,发现青藏高原平流层臭氧存在递减趋势,15—50 km臭氧的变化对臭氧总量变化贡献最大,其中25—50 km和15—25 km两层的贡献大致相当。通过青藏高原和中国东部地区平流层臭氧变化的对比,清楚地看出:两地臭氧总量变化的差异主要是由于在15—25 km臭氧变化不同所致。5—7月臭氧变化趋势的情况与年平均的变化类似,两地臭氧变化的差异主要在平流层低层,即15—25 km。青藏高原平流层气溶胶面密度的时间变化序列显示:大的火山喷发对青藏高原平流层气溶胶具有重要影响,其影响可持续6年左右。从1997年至今,青藏高原18—25 km气溶胶面密度增加,最大的增长出现在23 km,每年大约增长4%—5%。而在16—17 km气溶胶的面密度出现减少趋势。与此同时,在37 km以下,青藏高原的温度出现递减的趋势,而且其递减速度比中国东部地区快;在37—50 km,温度出现增加的趋势,青藏高原的增温也比中国东部地区快。青藏高原平流层低层气溶胶的增加和温度的降低都将增强该区域非均相反应的作用。     

双差分吸收激光雷达:-种能有效减小气溶胶对臭氧测量影响的方法

文中提出了一种新的激光雷达测量臭氧的方法：双差分吸收方法。理论分析和数值模拟表明这种方法可以有效减小气溶胶消光和后向散射对臭氧测量的影响，从而使激光雷达在气溶胶影响严重地区测量的臭氧精度比传统差分吸收激光雷达大大提高。利用（２８９，３１３；２７７．１，２９９．１ｎｍ）或（２６８．４，２８９；２７７．１，２９９．１ｎｍ）４波长进行双差分吸收可以用于对流层大气气溶胶含量丰富或分布不均匀地区臭氧的测量。利用（２９９．１，３４１．５；３０８，３５３ｎｍ）４波长进行双差分吸收可以对火山爆发后平流层臭氧进行较精确的测量。     

激光雷达对一次沙尘天气探测与分析

利用中韩合作沙尘暴监测项目的微脉冲激光雷达(MPL)观测了2005年4月28日影响大连的一次沙尘天气过程.MPL遥感发现影响大连的沙尘气溶胶层位于0～5km的高度,厚度达5km多.通过激光雷达对大气气溶胶探测与分析,得到了一些沙尘过程对流层气溶胶分布的典型结果,并分析和讨论了沙尘过程气溶胶消光系数的垂直分布和演变特征.基本分析表明,本次沙尘过程的外源性特征明显,并且大气层结对气溶胶(沙尘)的扩散、沉降起着重要作用.     

CALIOP对一次秸秆焚烧后气溶胶光学特性的探测分析

采用星载激光雷达(Cloud - Aerosol LIdar with Orthogonal Polarization,CALIOP)资料研究了2008年6月2日华东秸秆焚烧排放气溶胶的光学特性,并与2006～2008年统计结果进行了对比.结果表明:1)CALIOP能够有效探测到气溶胶层,探测结果符合生物质燃烧气溶胶的...     

基于CALIPSO卫星探测的2007—2018年西南地区平流层气溶胶的光学特性分析

基于CALIPSO卫星2007-2018年的三级平流层气溶胶廓线资料，本文分析西南地区平流层气溶胶的光学特性。结果表明：首先，在地理和季节上西南地区平流层气溶胶浓度较低。在夏季，西南地区平流层气溶胶光学厚度的均值出现最大值0.0007。其次，平流层气溶胶总衰减后向散射值的廓线分布随着高度的增加而减小，在10~11千米高度处出现最大值。这可能是由于对流层顶部和平流层底部之间气溶胶的相互交换。同时，平流层气溶胶总衰减后向散射值的纬向（北纬22.5°-32.5°）分布在七月出现均值最大值为0.0006×10-3 km-1sr-1，而径向分布（东经90°-110°）在一月出现最大值为0.0018×10-3 km-1sr-1。     

近年平流层气溶胶模式研究综述

平流层气溶胶在全球大气的辐射与化学平衡中起着重要作用,对全球气候变化有着重要的影响。数值模拟研究是研究平流层气溶胶浓度、粒径分布及其化学组成的重要手段之一。回顾了平流层气溶胶模式的发展历程,并对现今研究中较有代表性的5种模式进行了比较,着重考察了模拟结果在OCS、SO2分布情况等方面与实测数据的相符程度。结果发现5种模式均可再现平流层气溶胶和它的主要前体气体分布的大部分特征,但同时也都存在各自的局限。最后展望了平流层气溶胶模式未来的发展方向以及需要改进的问题。     

激光雷达数据质量控制研究

气溶胶激光雷达是大气气溶胶探测的有效技术手段,是对常规地面监测技术有力的支撑和补充,数据质量控制是业务推广与深入研究的根本保障。为构建激光雷达业务观测网,必须深入探讨气溶胶激光雷达的数据质量控制方法。本文从气溶胶激光雷达基本原理出发,分别针对数据质量控制的核心指标距离精度标校、通道增益比、单脉冲能量、几何重叠因子、背景基线、数据反演方法进行了详细讨论,为建立米散射气溶胶激光雷达的数据质控方法提供了有效参考依据。     

对流层气溶胶的直接气候效应对平流层的影响

通过WACCM-3模式中气溶胶光学厚度与卫星资料的对比发现,模式可以很好地再现全球气溶胶的主要分布特征,但在一些区域还存在数值上的差异。利用数值试验研究对流层气溶胶的直接气候效应对平流层气候的影响,结果表明:对流层气溶胶对平流层气候有明显影响,平流层化学过程在这一影响中起重要作用,而对流层气溶胶对平流层辐射的影响不是其直接气候效应对平流层影响的主要原因。其机制可能是对流层气溶胶改变对流层的辐射平衡,影响对流层的温度和大气环流,进而影响行星波的上传,使得平流层气候发生变化;影响区域主要位于高纬度和极地地区,南半球的变化比北半球大,温度变化最大达10 K,纬向风变化最大可达12 m/s,臭氧体积分数最多减少0.8×10-6。     

北京地区对流层中上部云和气溶胶的激光雷达探测

介绍了近年来研制的一台多波长激光雷达及其探测对流层高云和气溶胶的实验,并依据探测结果重点分析了北京2000年1月至4月对流层上部云和气溶胶在532 nm波长的消光系数分布特征.结果表明:从6 km至11 km的气溶胶光学厚度值在0.0152至0.0284之间变化,均值为0.0192.从6 km至11 km的云光学厚度值在0.014至0.23之间变化.观测到的单层高云的厚度最大为6 km.4月6日,近年来最强的一次沙尘暴袭击北京.4月7日北京地区无可见云,激光雷达探测结果表明,从4 km至10 km高度范围内,存在一层厚度约为6 km的气溶胶粒子层,消光系数峰值处于8 km附近,比晴天无云时的消光系数值约大一个数量级.估计这是一层沙尘气溶胶,系由远距离输送至北京形成的.