中国西北地区气溶胶的三维分布特征及其成因

利用CALIPSO卫星遥感资料研究中国西北地区气溶胶的三维分布,分区域按类别讨论气溶胶的出现频率和气溶胶光学厚度(AOD),并在此基础上,结合MERRA-2再分析数据探讨形成原因.结果表明:中国西北地区气溶胶含量较高,以沙尘和污染性沙尘为主,主要分布在塔克拉玛干沙漠、古尔班通古特沙漠和甘肃-内蒙古一带.气溶胶的出现频率...     

海河流域太阳辐射变化及其原因分析

太阳辐射是控制气候形成的基本能量,分析太阳辐射的变化有助于深入理解气候变化的原因.本文利用海河流域及其周边46个气象站气象资料以及TOMS(the Total Ozone Mapping Spectrometer)卫星反演逐日气溶胶指数资料,分析了海河流域太阳辐射的时空变化规律,并对太阳辐射变化的原因进行了初步分析.研究结果表明,1957-2008年海河流域太阳总辐射呈明显下降趋势,其中太阳直接辐射下降趋势明显,散射辐射呈增加趋势;从空间分布上看,流域南部和冀东沿海的人口高密度区相比流域北部的燕山和太行山人口低密度区太阳总辐射减小趋势更为明显.对太阳辐射下降原因的研究表明,人类活动造成气溶胶的显著增加可能是引起太阳辐射下降的重要原因.     

Indirect radiative forcing and climatic effect of the anthropogenic nitrate aerosol on regional climate of China

The regional climate model (RegCM3) and a tropospheric atmosphere chemistry model (TACM) were coupled, thus a regional climate chemistry modeling system (RegCCMS) was constructed, which was applied to investigate the spatial distribution of anthropogenic nitrate aerosols, indirect radiative forcing, as well as its climatic effect over China. TACM includes the thermodynamic equilibrium model ISORROPIA and a condensed gas-phase chemistry model. Investigations show that the concentration of nitrate aerosols is relatively high over North and East China with a maximum of 29 μg m^-3 in January and 8 μg m^-3 in July. Due to the influence of air temperature on thermodynamic equilibrium, wet scavenging of precipitation and the monsoon climate, there are obvious seasonal differences in nitrate concentrations. The average indirect radiative forcing at the tropopause due to nitrate aerosols is -1.63 W m^-2 in January and -2.65 W m^-2 in July, respectively. In some areas, indirect radiative forcing reaches $-$10 W m^-2. Sensitivity tests show that nitrate aerosols make the surface air temperature drop and the precipitation reduce on the national level. The mean changes in surface air temperature and precipitation are -0.13 K and -0.01 mm d^-1 in January and -0.09 K and -0.11 mm d^-1 in July, respectively, showing significant differences in different regions.     

基于AERONET数据的气溶胶光学特性分析

大气气溶胶的监测对全球气候变化、区域空气质量和公共健康等研究具有重要的意义,而中国台湾岛四面环海,地理位置特殊,若忽略其大气环流和局地排放源造成的气溶胶特征时空异质性将会导致气溶胶参数反演误差。因此本研究使用中国台湾岛多个具有代表性的AERONET（AErosol RObotic NETwork）观测站历史数据和MODIS气溶胶光学厚度AOD（Aerosol Optical Depth）反演产品,分析5个典型站点气溶胶参数及其类型的时空变化特征及差异,分析结果表明：（1）各站点AOD年平均值逐年下降,呈现春季最高（0.5257）的季节变化特征和双峰结构的日变化规律,主导气溶胶类型为城市工业型（仅鹿林站点为海洋型）。（2）中国台湾地区风向多为东北风,风速越大,AOD值越低,海洋型气溶胶占比越高;反之则以城市工业型气溶胶为主。（3）?ngstr?m波长指数（AE）、单次散射比（SSA）、复折射指数虚部、不对称因子平均值分别为1.3283、0.9564、0.0054、0.7292;相比于北京（39.9768°N,116.3813°E）站,台湾“中央大学”AOD年平均值、季节变化、主导气溶胶类型均存在较大的差异。（4）MODIS AOD分站点验证精度较高,而在高山鹿林站的验证精度稍低（R²=0.5925）;而利用不同气溶胶类型的分类验证结果显示,城市工业（R²=0.7238）、生物质燃烧（R²=0.6161）和次大陆型（R²=0.5116）精度较高,但海洋型（R²=0.1585）、大陆型（R²=0.1111）AOD验证精度显著降低。本研究表明,中国台湾岛气溶胶类型呈现西南沿岸站点秋冬季次大陆型占比上升,西北沿岸大陆型上升的时空特征差异,细化气溶胶参数的时间差异和时间动态变化信息将对气溶胶卫星反演算法在环流特征明显的近海区域有着重要指导作用。     

1990～2002年北京地区大气臭氧垂直分布Umkehr观测反演研究

基于标准Umkehr反演算法, 利用北京地区Dobson仪器逆转观测资料, 反演计算出臭氧垂直分布.在反演过程中加入气溶胶订正因子, 使反演结果更加合理.利用臭氧垂直分布反演结果, 研究1990～2002年北京地区臭氧垂直分布特征和变化情况.结果表明在1992年秋季和1993年春季期间, 在10.3～23.5 km范围内臭氧浓度有较大幅度降低, 造成了这个期间月平均臭氧总量的明显偏低; 1990年到2002年期间, 臭氧总量的变化呈现出缓慢下降趋势, 但不同高度臭氧含量的变化趋势有所不同.     

沙尘气溶胶粒子表面变性对云滴形成过程的影响

利用1997年5月14日辽宁省气溶胶和云滴谱航测资料,讨论了沙尘气溶胶粒子表面变性产生的不溶性沙尘粒子外包可溶性硫酸铵层的混合气溶胶粒子作为凝结核的增长规律,计算了由混和核形成的云滴谱特征,并与纯硫酸铵盐核进行对比.结果表明:混和核上初期形成的云滴谱型比纯硫酸铵盐核上初期形成的云滴谱型要宽,更接近实际观测到的云滴谱分布.     

气溶胶光学厚度谱特征判断粒子大小方法初探

当气溶胶谱满足Junge分布时,Angstrom指数 (α) 可以准确地描述粒子大小,但真实大气气溶胶很少完全满足这一条件,仅用α判断粒子大小会有较大出入。基于北京、香河、兴隆、太湖4个Aeronet观测站21世纪以来各站历时都超过1年的气溶胶光学厚度资料,获得5511组lnτ与lnλ的二次拟合参数a2,a1,尝试找到一种结合α,a2,a1判断粒子大小的方法。结果表明：当气溶胶为粗粒子时 (Vfine/Vtotal＜0.2),α均小于0.75,仅用α就可以较好地判断粒子大小,但当气溶胶以细粒子为主时 (Vfine/Vtotal＞0.7),该方法会有较大出入,此时a2,a1可以有效地辅助α判断粒子大小,α＞0.75,a2＜-0.5或a2＜-0.5,a1＜-1.0是较好的判据。此外,分析发现国外研究提出的用a2-a1判断粒子大小的方法效果并不理想,尤其在1＜a2-a1＜2的情况下,粒子的组成有多种可能。     

CE318型太阳光度计标定方法初探

初步探索了CE318型太阳光度计的室内和野外标定方法, 并对两种方法的标定结果进行对比。基于积分球辐射源的辐亮度标定方法, 对CE318型太阳光度计不同波段天空散射辐射通道进行标定实验; 分别采用Langley标定法和标准仪器相对标定方法, 对CE318型太阳光度计的不同波段太阳直接辐射通道进行了标定实验。实验结果显示:天空散射辐射通道的标定结果在670 nm, 870 nm和1020 nm波段与仪器出厂时给定的标定结果偏差不超过6%, 而440 nm波段处得到的标定结果要高于出厂时给定的结果, 偏离幅度约18.9%。太阳直接辐射各通道的标定结果普遍大于出厂时给定的结果, 说明滤光片老化较为严重, 需要进行更换, 以保证观测精度。由于标准仪器相对标定方法对太阳直接辐射通道的标定结果明显优于Langley法, 因此利用标准仪器相对标定方法对中国气象局太阳光度计站网仪器进行定期标定更能够保证仪器观测数据的准确性。     

硫酸盐气溶胶对全球水循环因子的影响

  利用卫星资料进一步检验了CAM3.0模式对云的模拟能力,该模式可以较好地再现全球云的分布和季节变化的主要特征。在硫循环过程与辐射和动力过程之间双向耦合的情况下,探讨了硫酸盐气溶胶直接气候效应对水循环过程的影响。模式较好地模拟了硫酸盐气溶胶的浓度和分布变化。硫酸盐气溶胶对水循环因子的影响在不同季节和区域是不同的,其中,北半球夏季的影响最大,这是因为北半球夏季硫酸盐浓度最高。纬向平均的云量、降水和水汽的变化形势大部分相似,存在比较密切的联系。     

2013年1月京津唐地区霾事件气溶胶单颗粒形貌及硫酸盐化特征

2013年1月华北地区经历了重霾过程,为研究其污染特征,使用透射电子显微镜(TEM)及能谱(EDX)对北京、唐山和天津晴天和霾天气下气溶胶单颗粒基本形貌和硫酸盐化特征进行了分析。结果表明,华北地区气溶胶单颗粒包括矿物颗粒、硫酸盐颗粒、金属氧化物、烟尘集合体、有机颗粒和飞灰,仅在天津市样品中发现少量的Na Cl颗粒。对单颗粒的元素组成进行统计表明,华北地区晴天以富Si颗粒为主(31.0%),其次为富Ca颗粒(18.3%)、富Fe颗粒(14.1%)、富Cl颗粒(12.2%)等,霾天以富S颗粒为主(47.4%),其次为富Si颗粒(21.1%)和富Fe颗粒(13.4%)等。霾天气富Ca颗粒明显减少,同时在含S较高的颗粒中也含有Ca、K等元素,说明大气中含Ca、K等碱性矿物对雾水酸性有一定的缓冲作用。不同天气含S颗粒差异较大,霾天气明显高于晴天,S/Ca平均值在霾天明显较高,且大于0.8,说明在一定的SO2浓度下,大气湿度越大,硫酸盐化现象越明显,生成大量的硫酸铵盐。