利用MODIS-GOCART气溶胶资料研究中国东部地区气溶胶直接辐射强迫

利用MODIS-GOCART同化的2001年逐月气溶胶光学厚度资料,在修改区域气候模式RegCM2辐射方案的基础上,连续积分5年获得平均的中国东部地区气溶胶短波和长波直接辐射效应,并通过数值试验研究了气溶胶垂直分布对辐射强迫及其气候响应的影响。结果表明：气溶胶的短波辐射效应能冷却地表、加热大气;长波辐射效应能加热地表、冷却大气;大气顶净辐射强迫年平均为-4．1W／m^2;辐射强迫绝对值在春季最大,夏季次之,冬季最小;模拟区域中最大辐射强迫值主要位于华北、华南地区及四川盆地;气溶胶垂直分布是影响气溶胶辐射强迫的重要因素。总体上气溶胶层越靠近地面,大气顶辐射强迫绝对值越大,地表辐射强迫绝对值越小,大气顶辐射强迫对垂直分布较敏感;气候系统的反馈作用会放大气溶胶垂直分布对辐射气候效应的影响。     

沙尘气溶胶辐射特性及其观测方法初步评述

沙尘气溶胶在全球及区域尺度气候和环境变化中起着十分重要的作用,大气中的沙尘可通过"阳伞效应"、"冰核效应"和"铁肥料效应"影响全球气候。本文对沙尘气溶胶的气候效应及观测方法进行了介绍。     

青藏高原地区气溶胶直接辐射强迫的数值模拟研究

通过比较EMAC模式模拟结果和卫星观测结果证实了模式的可信性,进而利用模拟结果分析研究了2010～2012年青藏高原上空气溶胶光学厚度及其直接辐射强迫的时空分布规律.结果 表明:所有气溶胶组分中,沙尘、水溶性气溶胶和气溶胶中液态水是高原的主要消光物质,三者年平均消光占比分别为0.27、0.20和0.49.2011年夏季...     

关于硝酸盐气溶胶光学特征和辐射强迫的研究进展

在过去的20多年里,中外对硫酸盐气溶胶做了大量的研究,对它在大气中的排放、含量、光学特征和辐射强迫有了深入的认识;由于硝酸盐气溶胶在大气中平均含量比硫酸盐低很多,因此过去人们对硝酸盐的研究没有给予重视。然而,近年来的研究表明,硝酸盐气溶胶的散射性质在某些波段甚至强于硫酸盐;同时,由于未来对人为硫酸盐前体物的减排,硫酸盐气溶胶排放会大幅度减少,而硝酸盐气溶胶的排放却增长迅速,其在人为气溶胶中所占的比重越来越高,将会导致其在未来造成的辐射强迫有可能超过硫酸盐,使得其在地区范围内和季节尺度上成为重要的辐射强迫和气候影响因子。中国是硝酸盐气溶胶排放量较大的地区,硝酸盐对未来中国气候和气候变化的影响显得越来越重要。因此,就近年来有关硝酸盐气溶胶的排放和在大气中的浓度变化、光学厚度分布特征及其辐射强迫的研究进展做了回顾和介绍,并对其未来的研究做了展望。     

珠穆朗玛峰地区大气气溶胶光学特性

本文提出了用宽带辐射资料回归内插求取大气光学厚度谱的方法。利用1966年和1968年珠穆朗玛峰地区科学考察期间得到的太阳直接辐射光谱资料，获得了该地区大气气溶胶光学厚度谱。最高观测站东绒布冰川(海拔6300m)波长在0.55 μm的气溶胶光学厚度春季平均为0.044±0.017，与南极地区有相似的量级，比内陆人口密集地区小一个数量级。由光学厚度谱反演出了珠峰地区的大气气溶胶的粒子谱分布特征，并与包括1986年中美西藏科学考察结果在内的诸多资料做了对比。研究表明，拉萨的大气气溶胶光学厚度在1966—1986的20年间平均约有1.8%的年增长率。     

浑善达克沙地沙尘气溶胶的辐射强迫

利用2001年春季浑善达克沙地外场观测的辐射资料及大气辐射模式,对沙尘气溶胶的局地辐射强迫进行了分析和模拟估算。计算结果表明,浑善达克沙地大气透过率日变化显著,晴天可达0.80以上,沙尘天气最低在0.01以下;白天沙尘的辐射强迫对地表有冷却作用,夜间起保温作用。观测期间,平均大气透过率为0.6,白天沙尘对地面向下长波辐射的平均强迫增加量为16.76 W.m-2,对地面净辐射能收支的平均强迫减少量为62.76 W.m-2;夜间地表长波辐射净损失量因沙尘作用减少,平均为67.84 W.m-2。     

中国地区气溶胶气候效应研究进展

在过去的20多年里,中外对硫酸盐气溶胶做了大量的研究,对它在大气中的排放、含量、光学特征和辐射强迫有了深入的认识;由于硝酸盐气溶胶在大气中平均含量比硫酸盐低很多,因此过去人们对硝酸盐的研究没有给予重视。然而,近年来的研究表明,硝酸盐气溶胶的散射性质在某些波段甚至强于硫酸盐;同时,由于未来对人为硫酸盐前体物的减排,硫酸盐气溶胶排放会大幅度减少,而硝酸盐气溶胶的排放却增长迅速,其在人为气溶胶中所占的比重越来越高,将会导致其在未来造成的辐射强迫有可能超过硫酸盐,使得其在地区范围内和季节尺度上成为重要的辐射强迫和气候影响因子。中国是硝酸盐气溶胶排放量较大的地区,硝酸盐对未来中国气候和气候变化的影响显得越来越重要。因此,就近年来有关硝酸盐气溶胶的排放和在大气中的浓度变化、光学厚度分布特征及其辐射强迫的研究进展做了回顾和介绍,并对其未来的研究做了展望。     

南京气溶胶光学特性地基观测研究

利用2013年南京地区CE318太阳光度计地基观测反演资料,分析了气溶胶光学特性的变化特征,并根据图解法对该地区气溶胶类型分布特征进行研究。结果表明:南京地区气溶胶光学厚度(AOD)月平均的最大值出现在1月(0.97±0.49),最小值出现在7月(0.53±0.37),全年均值为0.71±0.42。除了3月受沙尘事件影响外,ngstr9m波长指数(α)在全年其余月份值均高于0.8,最大值出现在8月和12月(1.24±0.17);AOD季节平均值在冬季(0.85±0.47)和春季(0.72±0.45)略高于夏季(0.63±0.40)和秋季(0.62±0.36)。α季节平均值特征表现为冬季(1.18±0.16)夏季(1.15±0.32)秋季(1.05±0.33)春季(0.86±0.21);AOD的日变化呈现早晚高,白天比较稳定的特征,冬季呈现出单峰变化特征,峰值出现在13∶00(1.05±0.64);工业型和城市型复合污染导致细粒子污染占比较高,全年AOD和α频率分布呈现明显的单峰分布特征,峰值中心分别位于0.53和1.2,对应最大频率分别为21%和16%;根据α和δα函数图解法得到南京地区AOD高值区(0.7)主要集中在细模态粒子增长部分(1.0α1.4,δα0,η~70%),粒径范围在0.10~0.15μm之间。     

不同污染条件下气溶胶对短波辐射通量影响的模拟研究

将高光谱分辨率的气溶胶光学参数化方案应用于高精度的辐射传输模式BCC_RAD（974带）中,研究不同污染状况下气溶胶在地表与近地层大气中造成的直接辐射强迫与辐射强迫效率。发现气溶胶在地表产生的直接辐射强迫为负,在近地层大气中产生的直接辐射强迫为正,且随气溶胶浓度的升高变大,说明大气气溶胶的含量越高,单位气溶胶光学厚度产生的直接辐射强迫越大。将短波划分为3个波段:紫外、可见光和近红外,发现在紫外、可见光和近红外波段中,不同污染状况下气溶胶在地表造成的直接辐射强迫范围分别为:-1.36—-13.66、-3.03—-32.41和-2.74—-28.62 W/m2,在近地层大气中产生的直接辐射强迫范围分别为0.44—4.26、0.99—9.80和0.93—8.87 W/m2。通过进一步对比自然和人为气溶胶的影响,发现人为气溶胶在地表和大气层顶产生的负直接辐射强迫以及对整层和近地面大气造成的正直接辐射强迫均大于自然气溶胶的影响,且上述两种排放源的气溶胶对整层大气辐射收支的影响主要集中在800 hPa高度以下的大气中。按照地表直接辐射强迫大小来分析不同种类气溶胶的影响,结果为硫酸盐>有机碳>黑碳>海盐>沙尘;按照近地层大气直接辐射强迫大小排序则为黑碳>有机碳>沙尘>海盐>硫酸盐。最后,通过分析散射型气溶胶与吸收型气溶胶对辐射通量的影响,还探究了大气中散射与吸收过程的异同。      

近十年北京气溶胶光学特性及直接辐射强迫研究

利用SBDART（Santa Barbara DISORT Atmospheric Radiative Transfer）辐射传输模式,结合AERONET（Aerosol Robotic Network）北京站观测的气溶胶光学特性数据,评估北京地区近十年气溶胶以及黑碳气溶胶的辐射强迫,主要研究结果如下:北京近十年气溶胶平均光学厚度（aerosol optical depth, AOD_440nm）为0.61±0.56,?ngstr?m波长指数均值为1.09,单次散射反照率（single scattering albedo, SSA_440nm）的均值为0.888±0.045;AOD呈现下降趋势,SSA呈上升趋势,表明该区域气溶胶污染有所改善。晴空条件下,大气层顶、地面和大气的气溶胶直接辐射强迫多年均值分别为?24.91±19.80 W m?2、?65.52±43.78 W m?2、40.61±28.62 W m?2,即气溶胶对大气层顶和地表为冷却效应,对大气产生加热作用。气溶胶和黑碳气溶胶的直接辐射强迫绝对值的年际变化表现为微弱的下降趋势,季节变化特征为春夏季高,冬季低,这与AOD的变化规律一致。并且黑碳气溶胶的直接辐射强迫下降趋势与SSA的上升趋势呈现较好的反位相关系。     

One year measurements of aerosol optical properties over an urban coastal site: Effect on local direct radiative forcing

We present results of direct aerosol radiative forcing over a French Mediterranean coastal zone based on one year of continuous observations of aerosol optical properties during 2005–2006. Monthly-mean aerosol optical depth at 440 nm ranged between 0.1 and 0.34, with high Angstrom coefficient (α > 1.2). The single scattering albedo (at 525 nm) estimated at the surface ranged between 0.7 and 0.8, indicating significant absorption. The presence of aerosols over the Mediterranean zone during summer decreases the shortwave radiation reaching the surface by as much as 26 ± 3.9 W m^− 2, and increases the top of the atmosphere reflected radiation by as much as 5.2 ± 1.0 W m^− 2. The shortwave atmospheric absorption translates to an atmospheric heating of 2.5 to 4.6 K day^− 1. Concerted efforts are needed for investigating the possible impact of the increase in heating rate on the maintenance of heat-waves frequently occurring over this coastal region during summer time.     

东亚地区云和地表反照率对硫酸盐直接辐射强迫的影响

文中利用区域气候模式深入探讨了东亚地区云及地表反照率对硫酸盐直接辐射强迫的影响 ,同时定量估算了东亚地区云区气溶胶的直接辐射强迫 ,讨论了硫酸盐对地表和大气短波辐射平衡产生的不同影响。研究表明 :云对气溶胶的直接辐射强迫具有很强的减弱作用 ,这种减弱作用不仅取决于云覆盖份数 ,而且取决于云的光学厚度。就区域平均而言 ,文中模拟的东亚地区气溶胶直接辐射强迫为 - 0 .0 97W /m2 ,占总直接辐射强迫的 10 .4%左右。表明云对硫酸盐直接辐射具有很强的减弱作用 ,在估算其总的直接辐射强迫时 ,云区的贡献不可忽视。较高的地表反照率会减弱硫酸盐的直接辐射强迫 ,而较低地表反照率则会增加硫酸盐的辐射强迫。硫酸盐气溶胶对大气辐射平衡影响非常小 ,但对地表辐射平衡产生重要影响 ,影响程度与大气几乎一致。     

THE IMPACT OF RELATIVE HUMIDITY ON THE RADIATIVE PROPERTY AND RADIATIVE FORCING OF SULFATE AEROSOL

With the data of complex refractive index of sulfate aerosol,the radiative properties of theaerosol under 8 relative humidity conditions are calculated in this paper.By using the concentrationdistribution from two CTM models and LASG GOALS/AGCM,the radiative forcing due tohygroscopic sulfate aerosol is simulated.The results show that:(1)With the increase of relativehumidity,the mass extinction coefficiency factor decreases in the shortwave spectrum;singlescattering albedo keeps unchanged except for a little increase in longwave spectrum,andasymmetry factor increases in whole spectrum.(2)Larger differences occur in radiative forcingsimulated by using two CTM data,and the global mean forcing is—0.268 and—0.816 W/m~2,respectively.(3)When the impact of relative humidity on radiative property is taken into account,the distribution pattern of radiative forcing due to the wet particles is very similar to that of drysulfate,but the forcing value decreases by 60%.     

Aerosol Direct Radiative Forcing over Shandong Peninsula in East Asia from 2004 to 2011

Recent vigorous industrialization and urbanization in Shandong Peninsula,China,have resulted in the emission of heavy anthropogenic aerosols over the region.The annual means of aerosol optical depth（AOD）,Angstrom exponent（α）,single-scattering albedo（SSA）,aerosol direct radiative forcing（ARF）,surface radiative forcing（SRF）,and top-of-the atmospheric radiative forcing（TOA） recorded during 2004–2011 were respectively 0.67±0.19,1.25±0.24,0.93±0.03,47±9 W m^-2,-61±9 W m^-2,and-14±8 W m^-2.The aerosol optical properties and ARF characteristics showed remarkable seasonal variations due to cycle changes in the aerosol components and dominance type.The atmosphere-surface system was cooled by ARF in all years of the study due to anthropogenic sulfate and nitrate emission and sea salt aerosols.The magnitude of TOA cooling was larger in summer（-15±17 W m^-2） and autumn（-12±7 W m^-2） than that in spring（-8±4 W m^-2） and winter（-9±10 W m^-2）.     

PARAMETERIZATION OF SOLAR RADIATIVE FLUX CALCULATION IN THE ATMOSPHERE

Based on the two-stream approximation a broad-band parameterization scheme for solar radiative flux calculationis presented.The whole solar spectral region from 0.2 to 3.58 μm is divided into three broad spectral intervals.The effec-tive broad-band optical depths and single scattering albedos in the atmosphere in each spectral interval can be obtainedusing parameterized formulae from known atmospheric parameters.The overlapping scattering and/or absorption ef-fects of two atmospheric constituents are considered properly.In the consideration of radiative effect of clouds in theatmosphere the single scattering albedos and backscattering parameters of clouds in each broad spectral interval are giv-en preliminarily and the cloud optical depths are determined according to the cloud liquid water content.     

矿尘气溶胶短波辐射效应的初步研究

在辐射传输模式CRM中引入粒径为0.5、1.0、2.0、4.0、8.0 μm的5段矿尘气溶胶粒子,模拟计算气溶胶对短波辐射通量的影响.计算结果表明:气溶胶引起晴空短波净辐射通量减少;在分布有气溶胶的层内,粒子半径增大、光学厚度增大都会使短波净辐射通量减少;在气溶胶层以上,辐射通量的变化与具体的粒子半径有关.     

关于中国大气气溶胶光学厚度的一个参数化模式

应用中国 1 6个气象台站探测的 1 990年太阳宽带直射辐射信息 ,反演得到了这些台站大气气溶胶光学厚度资料 ,发展了一个应用地面气象能见度和水汽压信息确定大气柱气溶胶光学厚度的参数化模式 ,它比 Elterman模式更适合中国的广大地区。研究还发现 ,比较 Elter-man气溶胶粒子浓度垂直分布模式 ,中国许多地方气溶胶粒子浓度垂直衰减较慢。     

SIMULATION OF SPATIO-TEMPORAL DISTRIBUTION CHARACTERISTICS AND RADIATIVE FORCING OF ORGANIC CARBON AEROSOLS IN CHINA

The International Centre for Theoretical Physics(ICTP,Italy) Regional Climate Model version 3.0(RegCM3) is used to simulate spatio-temporal distribution characteristics and radiative forcing(RF) of organic carbon(OC) aerosols in and around China.The preliminary simulation results show that OC aerosols are mostly concentrated in the area to the south of Yellow River and east of Tibetan Plateau.There is a decreasing trend of column burden of OC aerosols from south to north in China.The maximum value of column burden of OC aerosols is above 3 mg/m2 and located in the central and southern China,southeastern Tibet,and southwestern China’s Yunnan,Guizhou,Sichuan provinces.The simulation on the seasonal variation shows that the maximum value of column burden of OC aerosols appears in winter and the secondary value is in spring and the minimum in summer.The RF of OC aerosols which varies seasonally is negative at the top of the atmosphere(TOA) and surface.The spatio-temporal characteristics of the RF of OC aerosols are basically consistent with that of IPCC,implying the high accuracy of the parameterization scheme for OC aerosols in RegCM3.     

STUDY OF THE POLARIZATION CHARACTERISTICS OF SKYLIGHT OVER BEIJING

One of the significant characteristics of the sky is the polarization of light,which is formedthrough the multi-scattering process of atmospheric molecules,aerosols and earth's surface,andthus contains information on these three factors.It has recently been paid more attentions toretrieve the characteristic parameters of the aerosol and surface of the earth from the skylightpolarization information.Observation of the skylight polarization over Beijing has been conductedwith a multi-wavelength polarimeter developed by LAGEO(Laboratory for Middle Atmosphereand Global Environment Observation),IAP(Institute of Atmospheric Physics)since November1995.With these observation data,both the seasonal variations of the maximum degree ofpolarization of the skylight and the effect of the surface situation are studied in this paper.AMonte Carlo code for the vector radiative transfer calculation is used to simulate and compare withobservation.