高云和气溶胶辐射效应对边界层的影响

通过WRF(Weather Research and Forecasting) 模式嵌套包含了高云和气溶胶辐射效应的大气边界层模式, 结合激光雷达资料, 进行数值模拟, 定量分析高云和气溶胶辐射效应对城市边界层的影响。模式能很好地模拟出在高云和气溶胶辐射效应下城市边界层的特征。夜间, 气溶胶在低层起到保温作用, 高云使得保温作用得到加强, 地表增温达1.5 K。中高层, 气溶胶降低所在气层温度, 高云使得降温幅度减少, 降温达0.2～0.7 K。白天, 高云和气溶胶减少到达地面的太阳短波辐射, 导致低层温度降低, 地表降温达1.3 K。中高层, 气溶胶加热所在的气层, 高云使得这一增温幅度减少, 在500 m处增温最大, 达0.85 K。无论白天还是夜间, 气溶胶的辐射效应都会抵消一部分形成山谷风的热力条件, 使得中低层的风速减少, 这种影响在白天显得尤为明显。高云的存在使得这种抵消得到少量的补偿。     

利用激光雷达结合数值模式估算兰州远郊榆中地区夏季边界层高度

用激光雷达资料,采用小波变化法反演兰州远郊榆中地区兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)的边界层高度,并利用WRF中尺度数值模式,选取两种不同边界层参数化方案(YSU、MYJ)模拟了该地区边界层及其高度.分析表明激光雷达反演边界层高度与WRF模拟边界层高度结果基本一致;WRF选用YSU方案能较好反映热对流边界层,而MYJ方案对于动力作用边界层模拟较好.日出后08:00(北京时间,下同)SACOL不稳定边界层开始发展,17:00达到最大高度.热对流边界层可以达到2 km;动力作用边界层可达到1.5 km,之后热对流边界层下降速度明显高于动力作用边界层.     

城市街道峡谷汽车尾气污染的数值模拟

建立了一个简单的三维街道峡谷空气污染模式,并用实测资料进行了验证。利用建立的模式设计了7种试验方案,对街道峡谷内的污染状况进行了模拟。以CO为模拟对象的数值试验结果表明,街道峡谷上空的风速风向条件是决定街道峡谷内的污染状况的重要因素。峡谷上空风向与街道轴线的夹角越大、风速越小,则街道地面CO浓度越高。以现有的兰州典型车流量和排放因子,兰州街道地面CO浓度容易超标;若不控制车流量,到2008年,即使兰州上路汽车排放达标,但街道地面CO浓度仍然容易超标。     

西北地区气溶胶光学特性及辐射影响

利用SACOL（兰州大学半干旱气候与环境观测站）2006~2012年AERONET（全球气溶胶自动监测网）level 2.0和太阳短波辐射计资料,分析了中国西北地区气溶胶的光学特性与辐射影响。利用辐射传输模式SBDART（平面平行大气辐射传输模式）检验TOA（大气层顶）处辐射强迫为正的原因。BOA（地表）、TOA、Atmosphere（大气）的辐射强迫年均值分别是-59.43 W m-2、-17.03 W m-2、42.40 W m-2,AOD（光学厚度,550 nm）年均值0.37,α（波段的波长指数,440~675 nm）年均值0.91,变化趋势与AOD位相相反,当AOD为0.3~2.2时,α很小（0.0~0.2）,表明粒子尺度很大。SSA（单次散射反照率,675 nm）年均值0.93,g（不对称因子,675 nm）年均值0.68,复折射指数（675 nm）实部年均值1.48,虚部0.007。复折射指数实部的年变化趋势与AOD一致,虚部与AOD反位相,所以西北地区多为粗模态散射性气溶胶。气溶胶对大气的加热率最大值出现在0~2 km,随高度递减。冬、夏半年在地表加热率分别是2.6 K d-1和0.6 K d-1;季节变化中,冬季、秋季、春季和夏季,在地表的加热率依次是2.5 K d-1、1.4 K d-1、1.2 K d-1和0.2 K d-1,主要因为秋季气溶胶的吸收性大于春季。地表反照率和SSA对TOA正辐射强迫贡献率分别是22.5%和77.5%。     

黄土高原半干旱区典型日吸收性气溶胶综合观测分析

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站的太阳光度计、激光雷达、微波辐射计综合观测资料,结合辐射传输模式分析了该地区秋季典型日2012年9月3~4日、21日和28日气溶胶物理特性、垂直分布特征,及其与气象条件的关系。研究时期的气溶胶主要为局地沙尘与人为污染混合气溶胶,吸收性明显,尺度较小。其中,4日西北风增强,远距离传输沙尘气溶胶,气溶胶光学厚度最大,粒子尺度明显增大。尝试利用灰色关联度法确定参考高度,分别为7.41 km、8.47 km、7.13 km和7.66 km,反演气溶胶消光系数,由此积分得到的光学厚度与太阳光度计观测值相关性可达0.975,反演效果较好。研究时期气溶胶的抬升主要受白天热力湍流作用,边界层发展,气溶胶向上传输,每日12时（当地时间,下同）至14时传输至最大高度,气溶胶抬升的高度对应大气加热率的高值区,低层加热率可达1 K d-1。气溶胶在大气层顶和地面造成负辐射强迫,分别为-12.707 W m-2、-25.398 W m-2,大气中表现为正辐射强迫,为12.692 W m-2,大气层顶的辐射强迫对气溶胶的物理特性最为敏感,当气溶胶吸收性明显时,大气层顶的瞬时辐射强迫会出现正值。     

Mie 散射激光雷达探测大气气溶胶的进展

简要论述了激光雷达探测大气的优点,以及求解M ie散射激光雷达方程的理论方法,并阐述了国内外近20 a来M ie散射激光雷达探测大气气溶胶的主要成果,及其存在的问题。     

复杂地形城市冬季边界层对气溶胶辐射效应的响应

作者着眼于城市气溶胶辐射效应与大气边界层的相互作用问题,针对地形复杂的兰州市及周边地区,开发应用了WRF(Weather Research and Forecasting,天气研究和预报)模式,使之与包含了大气气溶胶辐射效应和气溶胶粒子扩散的综合大气边界层数值模式嵌套起来.通过个例分析,揭示了冬季气溶胶辐射效应对边界层结构的定量影响.主要特征为夜间气溶胶的长波辐射效应使地面附近的气温增高,增温幅度为0.1～0.3 K/h,使低空(25～300 m)大气层冷却,降温幅度为0.08～0.15 K/h,风速在150 m以下减小;白天气溶胶的短波辐射效应使地面层内明显增温,1 h内升温约0.5 K,增温最大值在混合层顶500～600 m高度.受增温影响,垂直风场和水平风场随之调整,风速在450 m以下增大约0.1 m/s左右,而在450 m以上风速减小0.1 m/s左右.     

大气气溶胶光学厚度遥感研究概况

大气气溶胶是影响气候变化的重要因子之一,利用遥感手段不仅可以获得气溶胶的分布信息,也可以得到相关的气溶胶光学特性参数。本文阐述了国内外气溶胶遥感的发展动态,介绍了气溶胶遥感的基本情况及气溶胶光学厚度反演的几种方法,提出了存在的问题并对今后的研究进行了展望。     

中国地区两种MODIS气溶胶产品的比较分析

对比分析了2003-2009年中国及其周边地区中分辨率成像光谱仪(MODIS)C004和C005的气溶胶光学厚度(AOD)产品特征,并将MODIS的气溶胶产品与AERONET观测站资料做了对比分析。结果表明：(1)中国及其周边地区AOD平均值为0.34±0.32,具有显著的空间变化;C005反演算法得到的AOD产品对C...     

中国典型地区夏季气溶胶时空分布及其对云和降水的影响

利用2006—2016年夏季中分辨率成像光谱仪（Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS）气溶胶和云资料以及热带降水测量计划（Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM）降水数据,分析了中国8个典型地区气溶胶、云和降水的时空分布特征,探讨了气溶胶与云和降水的相互关系。结果表明：中国8个典型地区夏季平均气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth,AOD）、云光学厚度（Cloud Optical Depth,COD）、云水路径（Cloud Water Path,CWP）、水云云滴有效粒子半径（Cloud Effective Radius Water,CERW）、冰云云滴有效粒子半径（Cloud Effective Radius Ice,CERI）和降水强度变化范围分别为0.21—1.05、15.01—24.02、151.98—219.20 g·m^-2、12.93—15.37 μm、28.85—39.14 μm和0.44—8.54 mm·d^-1;黄土高原和四川盆地AOD有显著降低趋势,年倾向分别为-2.30%和-3.20%,长江三角洲COD年增幅为29.11%,华北平原、长江三角洲和珠江三角洲CERI及塔克拉玛干沙漠CERW变化趋势分别为-21.60%、-15.77%、-18.94%和-10.31%;AOD与COD和CWP呈正相关,与云滴有效粒子半径（Cloud Effective Radius,CER）关系较为复杂,受水汽影响较大,在云层含水量较低的情况下,CERI（CERW）与AOD呈负（正）相关,而在云层含水量较高的情况下,二者呈正（负）相关;气溶胶和降水关系复杂,整体来看,气溶胶促进了中国地区的夏季降水。