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。     

利用多角度POLDER偏振资料实现陆地上空大气气溶胶光学厚度和地表反照率的同时反演 II. 实例分析

由于陆地地表反照率的复杂性,陆地上空气溶胶的反演一直是卫星对地观测的一个难点,针对这个难点,作者提出联合利用偏振反射率和总反射率提取陆地上空大气气溶胶光学厚度和地表反照率及其区域分布的反演方案,提出了利用NCEP资料订正由海拔高度引起的Rayleigh散射变化的具体方法,并利用POLDER（POLarization and Directionality of Earth's Reflectance）的LEVEL-1B资料进行实际反演计算,给出中国华北地区气溶胶光学厚度和地表反照率的区域分布。反演结果与地基观测进行了对比验证分析,结果表明,综合利用标量辐射和偏振信息的可以实现区域乃至全球尺度的大气气溶胶和地表反照率的定量反演。     

中国沙尘气溶胶研究新进展

由于人类活动和气候变化的影响,沙尘气溶胶已成为一个重要的地球环境问题.近10年来,中国学者对沙尘气溶胶物理化学特性和气候效应的研究有了新的进展.前者偏重于对单次观测的研究,后者包括阳伞效应、冰核效应、铁肥料效应3个方面的研究,同时还开展了沙尘气溶胶的生态环境效应研究.上述研究虽取得一定成果,但由于沙尘气溶胶研究的极大不确定性,特别是缺乏对沙尘气溶胶长期、系统的观测,仍存在一些亟待解决的问题.     

空气污染与气候变化

近50年来,全球气候变化主要由大气温室气体浓度的日益增加引起,而空气污染主要由悬浮于空气中的大气气溶胶粒子造成,它们都主要由矿物燃料的燃烧排放形成.近年的研究表明,大气气溶胶粒子也具有气候效应:一是通过散射和吸收太阳光,减少到达地面的太阳辐射而具有降冷作用,可抵消一部分由温室气体造成的变暖作用;二是可以作为云中凝结核改变云微物理过程和降水性质,改变大气的水循环.大气气溶胶对于经济社会的许多方面,如农业、水资源、人体健康、城市化等也表现出重要的影响.由于空气污染和气候变化在很大程度上有共同的原因,即主要都是由矿物燃料燃烧的排放造成,因而减轻和控制空气污染与减少温室气体排放保护气候在行动上应是一致的.为了从经济上得到最大的节约和获得双赢的效果,应该采取协同应对空气污染和气候变化的减排战略,即应该采取统一的而不是分离的科学研究和应对战略.     

2006年中国地区大气气溶胶浓度分布特征的模拟研究

结合2006年最新的气溶胶排放源资料,以NCEP/NCAR再分析资料为气象场,驱动大气化学传输模式MATCH（Model of Atmospheric Transport and Chemistry）,模拟了2006年中国地区硫酸盐、黑碳和沙尘气溶胶的质量浓度分布及其季节变化。模拟的气溶胶光学厚度（AOD）结果与CSHNET观测网数据比较分析后发现,基于21个观测站的61组月平均数据与相应模拟结果的相关系数为0.63。模拟结果表明：2006年中国地区硫酸盐气溶胶高值区主要分布在中国的四川盆地、华北及长江流域等工业较发达地区,而且具有明显的季节变化,四川盆地及长江以南地区,硫酸盐气溶胶1月份浓度高于7月份,长江以北的大部分地区,7月份浓度高于1月份;黑碳气溶胶主要分布在黄河、长江中下游地区及华南等地区,1月份浓度高于7月份;沙尘气溶胶主要分布在内蒙古中部沙漠地区,4月份浓度最高,7月份次之,其他月份较少。     

Retrieval of aerosol optical properties over the Beijing area using POLDER/PARASOL satellite polarization measurements

Aerosol optical properties over Beijing and Xianghe under several typical weather conditions (clear sky, light haze, heavy pollution and dust storm) are derived from POLDER (POLarization and Directionality of the Earths Reflectances)/PARASOL (Polarization and Anisotropy of Reflectances for Atmospheric Sciences coupled with Observations from a Lidar) multi-directional, multi-spectral polarized signals using a more reliable retrieval algorithm as proposed in this paper. The results are compared with those of the operational retrieval algorithm of POLDER/PARASOL group and the ground-based AERONET (AErosol RObotic NETwork)/PHOTONS (PHOtometrie pour le Traitement Operational de Normalisation Satellitaire) measurements. It is shown that the aerosol optical parameters derived from the improved algorithm agree well with AERONET/PHOTONS measurement. The retrieval accuracies of aerosol optical thickness (AOT) and effective radius are 0.06 and 0.05 mu m respectively, which are close to or better than the required accuracies (0.04 for AOT and 0.1 mu m for effective radius) for estimating aerosol direct forcing.     

灰霾过程中的气溶胶特性观测研究

结合太阳光度计、激光雷达以及其他相关数据对河北香河县2007年4月初的一次灰霾天气过程中的气溶胶特性进行了遥感研究。研究表明,在这次灰霾的爆发期间,能见度从20 km下降到3 km左右;气溶胶光学厚度（AOD）在3个波段上都明显增加,特别是380 nm处的AOD从6日的031增长到10日的140;Angstrom指数(ALPHA)也明显下降,例如340~440 nm处的ALPHA从7日的145下降到10日的099。从AOD和ALPHA在短波处的较大变化、体积浓度谱的粗模态粒子的大量增加和PM10浓度值的变化分析来看,这次灰霾过程中的气溶胶数浓度明显增加,其中还含有大颗粒物的大量导入。激光雷达探测消光系数的垂直分布也显示气溶胶在垂直高度上达到了近3 000 m左右。从微物理特征的变化上看,这次灰霾过程中局地气溶胶的散射能力增强,吸收能力减弱。另外,通过HYSPLIT模式对后向轨迹的模拟和对NCEP数据的分析,发现这次灰霾过程中所包含的大颗粒物的主要源地可能是蒙古地区,所以气溶胶呈现了一定的沙尘气溶胶特征。     

中国地区黑碳气溶胶直接辐射效应的数值模拟研究

利用意大利国际理论物理研究中心（ICTP）提供的2000年各月气溶胶资料（包括人类活动和生物质燃烧所产生的气溶胶）,使用并行版本区域气候模式RegCM3,研究了黑碳气溶胶对中国区域气候的影响。结果表明,引入黑碳气溶胶后,冬、夏季中国大部分地区大气顶出现了正辐射强迫,其分布与垂直负荷分布基本相似。在仅考虑黑碳气溶胶的直接辐射效应时,中国大部分地区冬、夏季地面气温呈下降趋势,降温的高值区均位于中国东南部,冬季最大降温幅度约为0．9℃,夏季最大降幅约为2．4℃,夏季降温幅度明显大于冬季。相对于温度变化,黑碳气溶胶引起的降水变化较为复杂,无论是冬季还是夏季,降水量减小的区域均大于增加区。冬季降水量最大减幅约为20mm,夏季降水量最大减幅超过100mm,夏季降水量减幅明显大于冬季。冬、夏季仅西北和华南部分地区降水量有所增加。冬季中国大部分地区痕量降水和弱降水日数呈增加趋势;夏季黄河以北中国北方地区痕量降水和弱降水日数也是以增加为主。     

气溶胶对青藏高原气候变化影响的数值模拟分析

利用美国大气研究中心(NCAR)提供的2组数值试验结果对比,分析了只考虑温室气体增加(1%CO2试验)和综合考虑大气温室气体与气溶胶持续增加(50yrs试验)条件下,青藏高原地区地表温度、积雪深度及其他气候要素的变化,并在此基础上探讨了大气气溶胶含量变化对高原气候变化的可能影响.分析结果表明:只考虑大气CO2含量每年增加1%的变化时,青藏高原相对邻近地区地表温度显著增加,春、夏、秋及冬季地表温度线性增温率均表现出随着海拔高度升高而增强.例如,在海拔1.5～2 km,3～3.5 km和4.5～5 km范围内对应的冬季增温趋势分别为0.29 ℃/10 a,0.36 ℃/10 a和0.50 ℃/10 a.在温室气体引起的高原增暖过程中地表积雪深度普遍降低,且高海拔地区的积雪减少愈加明显.当综合考虑气溶胶和温室气体含量共同增加时,青藏高原地表增暖相对偏弱,春、夏和秋季增温也随海拔高度上升而加强,但冬季地面增温幅度随海拔上升反而下降,海拔1.5～2 km,3～3.5km和4.5～5 km范围内对应的冬季增温趋势分别为0.02 ℃/10 a,-0.03 ℃/10 a和-0.13 ℃/10 a.对比分析发现,大气气溶胶增加造成青藏高原冬季增温不明显甚至出现变冷趋势,地面积雪也随之增多,这可能歪曲了青藏高原地区气候变暖对海拔高度的依赖性.     

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。