SACOL黑碳和沙尘气溶胶辐射强迫分析

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)的太阳光度计资料、AREONET气溶胶光学特性资料,采用辐射传输模式SBDART分析了SACOL典型日个例沙尘气溶胶和黑碳气溶胶的长、短波辐射强迫,探讨了不同地表反照率和天顶角对气溶胶辐射强迫的影响.分析表明,沙尘和黑碳在地表的短波辐射强迫分别是-146.54,-60 W/m~2,长波辐射强迫分别是17.79,8.66 W/m~2,短波辐射强迫是长波的6倍多,沙尘辐射强迫是黑碳的2倍多;在大气层顶沙尘和黑碳短波辐射强迫是39.04,27.2 W/m~2,长波辐射强迫为12.19,5.0 W/m~2.短波辐射强迫随地表反照率的增加而增大,长波辐射强迫随地表反照率的增加线性减小.随天顶角减小,大气层顶的短波辐射强迫线性增加,地面短波辐射强迫对数减小,长波辐射强迫随天顶角的变化很小.     

亚洲3个AERONET站点沙尘特性及大气含沙量对比分析

选取全球气溶胶自动观测网在东亚、中亚和南亚地区观测记录最长的兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)、杜尚别站和斋浦尔站的数据,通过沙尘和污染沙尘的有效分离,对比分析了3站的沙尘特性和大气含沙量.结果表明, 3站沙尘天气出现频次的季节差异显著,且污染沙尘明显高于沙尘, SACOL站多发于3-4月,杜尚别站多发于6-10月,出现频率最高的斋浦尔站集中于3-7月. 3站沙尘和污染沙尘的光学厚度变化特征与其出现频次一致,斋浦尔站由于人为污染的影响,污染沙尘具有较高的吸收性.沙尘和污染沙尘体积谱均以粗模态为主,且浓度峰值差异显著. 3站沙尘质量消光系数一致且介于0.3～0.5 m~2/g,大气含沙量差异显著,其月平均最大值分别为0.33(3月)、0.24(7月)和0.42 g/m~2(7月).     

亚洲地区沙尘和人为气溶胶的分布及气候效应

利用耦合气溶胶化学过程的高分辨率区域气候模式RegCM4,模拟研究了2000~2009年亚洲地区沙尘和3种人为气溶胶（硫酸盐、黑碳、有机碳）的时空分布和直接气候效应。结果表明,模拟的气溶胶光学厚度在沙尘源区附近较为准确,但在人为活动影响较大的地区偏小。4种气溶胶的综合作用引起大气层顶负的辐射强迫,从而造成了地表气温的下降。降水方面,冬夏2季气溶胶对模拟区域的影响都以降水减少为主,这与气溶胶增加大气稳定度,减少地表蒸发并产生了偏北风距平有关。沙尘和人为气溶胶各自都能引起气温的下降和降水的减少,2类气溶胶都能造成的偏北风距平对我国南方降水的减少有重要作用。在人类活动密集区,人为气溶胶引起的气候效应约占总的4种气溶胶气候效应的50%。     

亚洲地区沙尘和人为气溶胶的分布及直接气候效应

利用耦合气溶胶化学过程的高分辨率区域气候模式RegCM4,模拟研究了2000~2009年亚洲地区沙尘和3种人为气溶胶（硫酸盐、黑碳、有机碳）的时空分布和直接气候效应。结果表明,模拟的气溶胶光学厚度在沙尘源区附近较为准确,但在人为活动影响较大的地区偏小。4种气溶胶的综合作用引起大气层顶负的辐射强迫,从而造成了地表气温的下降。降水方面,冬夏两季气溶胶对模拟区域的影响都以降水减少为主,这与气溶胶增加了大气稳定度,减少了地表蒸发并产生了偏北风距平有关。沙尘和人为气溶胶各自都能引起气温的下降和降水的减少,两类气溶胶都能造成的偏北风距平对我国南方降水的减少有重要作用。在人类活动密集区,人为气溶胶引起的气候效应约占总的4种气溶胶气候效应的50%。     

我国春季大气沙尘气溶胶分布和短波辐射效应的数值模拟

利用已建立的区域气候模式与大气化学模式耦和的模拟系统 ,在气候模式中引入了起沙机制 ,同时建立了与气候模式连接的沙尘气溶胶输送模式 ,模拟沙尘的输送、扩散、沉降等过程 .通过对 1 998年 4月的模拟 ,分析得到中国地区沙尘气溶胶的主要源区分布情况、沙尘的浓度分布特点和光学厚度特征 ,并且将一次沙尘暴个例与同期卫星观测的气溶胶指数分布做了对比 .进一步模拟了沙尘气溶胶辐射效应 ,发现沙尘气溶胶能减少地面的辐射净收入 ,使南方的大气辐射收入减少 ,使北方的大气辐射收入增加 .由于沙尘气溶胶对辐射的削弱使地面气温有显著降低     

东亚地区人为硫酸盐气溶胶辐射气候效应不同模拟方法的对比

 利用区域气候模式RegCM2与大气化学模式连接的模拟系统,研究了中国地区人为排放生成的硫酸盐气溶胶分布及其辐射气候效应,并与全球模式的结果进行了比较,同时对比了硫酸盐气溶胶辐射气候效应的在线、离线模拟方法所得结果差异的细致情况.通过以上工作表明:区域气候和大气化学耦合模式系统能在比大气环流模式更精细的尺度上获得硫酸盐分布规律和辐射气候效应;并且区域气候模式与大气化学模式的在线与离线连接方法得到的硫酸盐柱含量、有反馈和无反馈大气顶直接辐射强迫和地表温度响应在较小区域平均的尺度上存在较显著的差异,并且在全区域平均尺度上也不能被忽略;通过对气候响应的进一步分析发现:模拟结果显示了从硫酸盐含量到辐射强迫和地表温度响应逐渐加大的不确定性.     

兰州远郊区春季碳气溶胶的质量浓度特征

 为探讨春季沙尘(暴)期间兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)碳气溶胶的变化特征, 2012 年5 月17-26 日于SACOL 站采用石英膜收集PM₁₀样品, 利用DRI-2001A 热/光碳分析仪测量元素碳(EC)和有机碳(OC)的质量浓度。结果显示, 沙尘(暴)是导致OC、EC 质量浓度增大的主要因素。采样期间EC、OC 和总碳(TC)的平均质量浓度分别为2.71、11.26 和13.97 μg/m³。进一步分析显示, 沙尘(暴)期间兰州城区碳气溶胶污染逐渐加重主要受本地源的影响。PM₁₀中OC 和EC 的相关系数达到0.94, 揭示SACOL 站OC、EC 的来源相对一致。OC/EC 的均值为5.05, 表明春季SACOL 站PM₁₀中碳气溶胶存在二次污染。二次有机碳(SOC)的质量浓度为3.37 μg/m³, 为OC 的29.9%。结合考察周边环境, 分析表明SACOL 站春季碳气溶胶的主要来源是直接污染源, 来自周边环境中的燃煤以及机动车尾气排放。对碳气溶胶8 种组分的因子分析结果也表明, 周边环境的燃煤和机动车尾气排放是春季SACOL 站碳气溶胶的主要贡献源。     

用零维能量平衡气候模型分析大气气溶胶的气候效应

将大气短波吸收系数的增加量假设为晴空大气反照率的增加量的线性函数,综合考虑云对能量传输的调节及其与地气系统之间复杂的非线性相互作用,利用零维能量平衡模型分析了气溶胶的气候效应。分析计算结果发现,大气气溶胶含量增加可能引发的气候变化主要是：(1) 大气温度升高,地表感热输送和蒸发潜热减少,这会引起全球干旱; (2) 气溶胶使地面升温还是降温,主要依赖于大气对太阳辐射的吸收能力和晴空大气的反照率,地表反照率反馈机制使气溶胶的气候效应得到加强。     

利用星载云雷达资料分析夏季青藏高原的云辐射强迫

利用最新的星载云雷达提供的青藏高原(25°～45°N,75°～105°E)夏季(JJA)2006年至2009年的辐射资料,以及云和地球辐射能地系统(CERES)提供的云量资料,分析了2006-2007年青藏高原夏季云量空间分布,以及青藏高原周边的山脉地区和中心地方云的辐射强迫和云对大气垂直加热率的影响.结果表明夏季青藏高原大气层顶(TOA)处云对长短波辐射的影响以及大气层底(BOA)处云对长短波辐射的影响远大于同纬度的其他地区,从大气加热率的垂直分布来看,有云存在时,对于短波来说,在云层中有明显的加热效应;而对于长波,在云顶有明显的冷却效应,在云底有较弱的加热效应.当存在多层云时,在高云与低云之间,云对大气的影响表现为冷却效应,其最高值接近于云顶对大气的冷却率;当存在多种类型的云时,大气净加热率可以看作是各种单层云在垂直分布上的叠加.     

中国地区工业硫酸盐气溶胶对辐射和温度的影响

 将大气化学模式和区域气候模式连接,以中国地区1994年1,4,7,10月为研究对象,模拟了气候变化,并分析了由于大气化学过程形成的硫酸盐气溶胶的对地气系统辐射收支、温度、降水量等气候因子的影响.通过分析发现:硫酸盐气溶胶在晴空大气顶和云天大气顶处产生负的辐射强迫,将使地表温度下降,使降水量减少.     

中国春季沙尘气溶胶的辐射效应及对气候影响的研究

本文在区域气候模式RIEMS2．0中引入沙尘气溶胶的起沙机制,同时建立了与气候模式连接的沙尘气溶胶输送模式,并在辐射模块中加入沙尘气溶胶的影响,模拟沙尘气溶胶的输送、扩散、沉降等过程以及对辐射的影响．利用此模式得到了1998年春季3、4、5月中国地区沙尘气溶胶的主要源区分布、沙尘气溶胶的柱浓度分布、光学厚度等物理量及其辐射效应和气候效应．结果表明春季中国沙尘源区主要集中在内蒙古西部的腾格里沙漠、巴丹吉林沙漠,中部的浑善达克沙地,南疆塔克拉玛干沙漠东部,河西走廊地区以及青海的柴达木盆地附近,这些地区的起沙率大于5μg／（m^2·s）,最大为65μg／（m^2·s）;沙尘气溶胶柱浓度最大值达0．55g／m^2,出现在塔克拉玛干沙漠地区,相应的光学厚度最大值是0．50．沙尘气溶胶使得中国地区地面短波辐射收入平均减小了4．10w／m^2,地面长波辐射收入增大了,＋0．46w／m^2,地面净辐射强迫为-3．64w／m^2,大气辐射收支与地面相反,净辐射强迫为＋3．10w／m^2;同时沙尘气溶胶通过影响到达地面的辐射使得地面有较强的降温,整个模拟区域平均地面气温降低了0．24K,而北方地区地面气温降低了0．37K;沙尘对于降水的影响主要体现在对小雨的影响上,沙尘气溶胶使得模拟区域内小雨减小了20％左右;另一方面,华北地区降水受沙尘气溶胶影响最大,总降水减少了13．8％,而全区域总降水只减少了2％．     

沙尘天气对安徽寿县大气气溶胶光学特性的影响

在美国能源部实施的国际大气辐射测量计划(ARM)移动观测站(AMF)2008年在安徽寿县的观测资料基础上,研究了沙尘天气对该观测站大气气溶胶光学特性的影响。研究发现,沙尘天气过程中,大气边界层内的气溶胶消光系数平均值达到0.1 km-1左右。当近地层污染严重时,消光系数最大值达到了1.1 km-1,ngstrm波长指数在最低值达到0.21,单次散射反照率(ω0)在沙尘天气过程中的平均值为0.79,最大值为0.888。     

面向TM影像大气校正的SBDART与6S模型比较研究

利用张掖市大野口马莲滩草地站测得的2009年5月6—7日(8:15~18:45)2天不同时次的地表总辐射数据,对运用2种辐射传输模型SBDART和6S分别模拟计算获得的地表总辐射结果进行比较,验证评价其模拟精度,用大气理论分析工具对影响模拟结果的大气参数进行敏感度分析.结果表明,在天气良好状况下,SBDART模型和6S模型都是可靠的大气校正模型,但SBDART模型模拟的精度(绝对误差为0.02%~4.97%)比6S模型模拟的精度(绝对误差为-0.05%~12.66%)更高,可以更精确地反演地表真实反射率;在有云条件下,SBDART模型模拟总辐射曲线与实测总辐射曲线走势相近.通过敏感度分析得到各种大气参数对地表总辐射的具体影响程度,包括大气模式、云参数、气溶胶等.     

中国碳气溶胶时空分布与辐射强迫的数值模拟

为了更好地了解我国区域碳气溶胶,利用意大利国际理论物理中心ICTP(International Center forTheoretical Physics)的气溶胶资料和区域气候模式R egCM 3对2000年我国碳气溶胶时空分布与辐射强迫进行了数值模拟。结果表明:我国碳气溶胶主要分布在黄河以南、青藏高原以东的广大区域,且柱含量分布具有明显的季节性。春季最大,冬季次之,夏季最小;除东部沿海等少数地区外,碳气溶胶大气顶辐射强迫在全国绝大部分地区符号均为正,而地表辐射强迫符号为负。各单种气溶胶之间存在复杂的相互作用,研究综合气溶胶分布和气候效应时,不能简单地将各单种气溶胶的作用进行叠加。     

一个区域气候-化学耦合模式的研制及初步应用

将区域气候模式RegCM 2和对流层大气化学模式TACM相耦合 ,建立了一个区域气候 -化学模式系统 (RegCCMS) ,主要用于对流层臭氧和硫酸盐气溶胶的时空分布、辐射强迫和气候效应研究 .利用 2 0 0 0年 7月NCEP再分析资料和RegCCMS模拟了东亚地区夏季对流层臭氧和硫酸盐气溶胶的空间分布 ,估计了相应的辐射强迫以及对近地面气温变化的影响 .研究表明我国夏季对流层臭氧和硫酸盐的月均最大地面浓度分别为 1 2 5× 1 0 - 9和 8μg/m3.对流层臭氧的平均辐射强迫为 0 .3 9W /m2 ,硫酸盐气溶胶的平均直接辐射强迫为 - 0 .92W /m2 ,两者皆在西南、华南和华中地区出现极值中心 .硫酸盐气溶胶的平均间接辐射强迫为 - 0 .2W /m2 ,华东和华南沿海地区相对较强 .在局部地区 ,对流层臭氧和硫酸盐气溶胶的辐射强迫高于IPCC( 2 0 0 1 )报导值 .总体而言 ,对流层臭氧可能导致的增暖效应明显弱于硫酸盐气溶胶的冷却效应 ,因此 ,净辐射强迫为负值 ,两者的综合效应造成近地面平均气温下降 - 0 .2℃ .西南地区降温较为明显 ,最大幅度达到 - 0 .5 7℃ .     

中国东部气溶胶活化颗粒物浓度对区域气候影响的模拟研究

该工作利用区域模式(WRF),对我国东部三大城市群区域的气溶胶活化颗粒物浓度增加的气候效应进行了模拟研究.结果表明:增加气溶胶活化颗粒物后,我国东部许多地区的地表感热、潜热通量减少,华东大部分地区的地表2m气温降低;降水对气溶胶活化颗粒物浓度增加的响应较为复杂,缺乏一致的规律性,但增加活化颗粒物后,我国东部许多地区的降水明显减少;由气溶胶活化颗粒物浓度变化造成的大气水汽输送和水汽含量的变化,是气溶胶间接效应影响东亚夏季风降水的主要原因.从总体上来说,中国不同地区的气溶胶活化颗粒物浓度增加,使得中国东部大部分地区的低层气温降低、大气湿度降低、降水减少,呈现出干冷化的趋势.     

煤炭污染物经由沙尘长途传输对大气质量的影响

燃煤产生的大量污染物与沙尘不断混合和相互作用,并传输至下游区域,对大气质量可能产生显著影响.利用地面以及高山采样点组成的气溶胶监测网络采集颗粒物样品.结果表明,As在各地气溶胶中的含量均在沙尘暴(DS)期间比非沙尘(NDS)期间增加了3～4倍,甚至数十倍.S的含量均增加了几倍乃至十几倍.气溶胶中PAH(4)/PAH(5,6)比值在其传输下游区域城市DS期间明显高于NDS期间,证明沙尘能吸附并携带燃煤产生的有机污染物.上海的As,Se,S的含量在DS期间比在NDS期间高出几倍以上,甚至几十倍,说明了煤炭污染物经由沙尘传输对沿海大城市的大气质量产生了严重的影响.在海岛采样点,As和S即使在弱DS期间也比在NDS期间含量增加了2～3倍,可见沙尘携带的煤炭污染物将影响海洋气溶胶并影响海洋生态系统.As,Pb在全国各地气溶胶中的富集系数均高达1 000以上,表明我国煤炭污染物已经污染了我国几乎所有地区的大气和土壤.     

一次沙尘暴过程对大气痕量成分浓度影响的模拟研究

利用一个包含地表起尘机制的尘粒表面非均相化学模式,与区域气候-大气化学模式系统连接.研究了沙尘气溶胶表面的非均相过程对城市大气中一些重要微量成分浓度的影响.结果表明,非均相过程使得二氧化硫,氮氧化物和臭氧的浓度降低,硫酸盐浓度增加.沙尘暴对这些物种浓度的影响与沙尘浓度有关.     

长三角地区气溶胶对辐射和降水影响的分析

为深入研究长三角地区气溶胶对辐射和降水的影响,本文分析了2004—2014年该区气溶胶光学厚度(aerosol optical depth,AOD)、辐射和降水的时空变化特征,在季节尺度确定了对辐射和降水影响最大的气溶胶成分.研究发现:2004—2008年,AOD在春、夏季明显上升(0.260·(10a)~(-1)、0.066·(10a)~(-1)),辐射在春季明显上升(20.4 W·m-2·(10a)~(-1)))、夏季明显下降(-41.4W·m-2·(10a)~(-1))),降水在夏季明显上升(4.6mm·(10a)~(-1))、冬季明显下降(~(-1).7mm·(10a)~(-1));2009—2014年秋季AOD明显下降(-0.126·(10a)~(-1)),辐射和降水无明显变化趋势.2004—2014年辐射在春、夏季受云量和气溶胶共同影响,2004—2008年秋、冬季辐射主要受AOD影响,2009—2014年秋、冬季辐射与云量相关性更高.各季节沙尘、海盐气溶胶的AOD小于总AOD的20%,但其对辐射和降水影响更大.春、夏季对辐射影响最大的气溶胶分别是细模态沙尘和细模态海盐;降水在春、夏、冬季均受沙尘气溶胶影响最大.     

北京城市紫外辐射计算方法的研究

基于大气层太阳辐射传输的基本理论,在考虑瑞利散射、气溶胶散射、臭氧吸收、二氧化氮吸收等因素和季节差异对紫外辐射影响的基础上,利用北京站2011年10:00-14:00各小时到达地表紫外线辐射观测数据,经过各项订正与综合处理,得出了北京市的紫外线辐射强度的计算公式,并利用2005-2010年数据对公式进行了检验.结果表明:影响紫外辐射最重要的因子依次为分子散射、臭氧和气溶胶.臭氧和气溶胶测量的误差不会导致紫外辐射计算数值出现较大偏差.分季节回归订正可明显降低误差.订正后得到的公式,平均相对误差为11.15%,相关系数为0.948 5,符合指数为0.972 6,准确率高,稳定性好.