基于星载激光雷达的东亚地区沙尘气溶胶特性研究
这是一篇关于东亚地区,星载激光雷达,沙尘出现频率,退偏比,色比,后向散射系数,消光系数,光学厚度的论文, 主要内容为东亚地区拥有塔克拉玛干和戈壁两大沙漠,它们组成的中国西北沙漠区是全球主要的沙尘源区。东亚地区沙尘的跨太平洋传输作为地球上最大尺度的沙尘传播过程,对大气环境、生态系统健康、陆地-海洋-生物-地球化学循环及区域和全球气候变化方面产生了各种深远影响。因此,深入理解东亚沙尘的时空分布及光学特性,具有重要的科学意义。本文利用2007-2012年CALIPSO卫星第三版的VFM、Aerosol Profile、Aerosol Layer和Cloud Layer产品以及MISR气溶胶光学厚度产品,揭示了东亚地区不同高度层上沙尘气溶胶的时空分布特征,分析了东亚沙尘源区及远距离传输区沙尘光学特性的差异,反演了沙尘气溶胶的光学特性及大气柱混合比。主要研究结论如下:(1)东亚地区沙尘分布具有显著的季节差异。沙尘出现频率随季节依次递减,春季最多,夏秋相当,冬季最少。对于塔克拉玛干沙漠和戈壁沙漠两大主要沙源地,沙尘出现频率前者明显高于后者。东亚两大沙尘源区几乎常年出现沙尘过程,其出现频次春季最大,冬季最小,且以塔克拉玛干沙漠最为典型。远距离传输区的沙尘过程主要集中在冬春两个季节,夏秋季节较小,这与夏秋季节降水充沛湿清除过程显著有很大关系。无论是晴空还是云上沙尘气溶胶,塔克拉玛干沙漠沙尘出现频率及出现最大高度都明显大于戈壁沙漠。(2)东亚沙尘源区和远距离传输区的沙尘粒子特性有明显的差异。塔克拉玛干沙漠和戈壁沙漠沙尘气溶胶的粒子退偏比随高度增加而减小,远距离传输区的粒子退偏比随高度增加而增加。两大沙尘源区的粒子退偏比要大于远距离传输区,这表明沙尘气溶胶自西向东传输时,由于其自身重力沉降作用大粒子减小以及受其他类型气溶胶污染的影响,沙尘粒子非球性特征减小。而且沙尘气溶胶的其他特性如体退偏比、总色比和粒子色比随着传输距离的增加,总体上均呈现出逐渐减小的趋势。经统计分析发现,塔克拉玛干沙漠、戈壁沙漠和远距离传输区各季节沙尘气溶胶粒子退偏比平均值主要位于0.25-0.35的范围内。(3)根据粒子退偏比的阈值有效分离沙尘气溶胶后向散射系数的方法能够较好的评估晴空和云上沙尘的光学特性及混合程度。统计研究发现,塔克拉玛干沙漠地区大气柱中的沙尘混合比在四个季节中均超过60%,表明沙尘是该地区的主导气溶胶,月平均沙尘光学厚度与MISR的总光学厚度有很高的一致性;戈壁沙漠地区大气柱沙尘混合比春夏秋冬四季的平均值分别为57%,43%,45%,48%;远距离传输区由于干湿沉降作用,大气柱沙尘混合比明显小于沙尘源区,冬春两季约40%,夏秋两季约30%。在假定雷达比的情况下,两大沙尘源区沙尘的春季平均消光系数明显大于夏季,且塔克拉玛干沙漠大于戈壁沙漠,与该地区的沙尘出现频率有很好的一致性。同一区域晴空和云上沙尘的消光系数差别并不明显。沙尘光学厚度的反演过程中,雷达比的假定可能引入一定的反演误差。
沙尘气溶胶辐射特性的初步研究
这是一篇关于CE-318太阳光度计,沙尘气溶胶,光学厚度,谱分布,辐射特性的论文, 主要内容为大气气溶胶在地球辐射平衡中扮演着很重要的角色。气溶胶不但散射和吸收太阳辐射(直接强迫),而且还会影响云滴尺度、云滴浓度和云的生命期,从而改变地气系统的辐射平衡(间接强迫)。 本文利用从2002年6月至2003年5月间,CE—318太阳光度计在内蒙古额济纳旗、东胜、锡林浩特三地观测获得的太阳直接辐射数据,应用消光法反演沙尘气溶胶光学厚度[AOT(λ),Aerosol Optical Thickness]、粒子谱分布以及沙尘粒子的散射效率因子、单次散射反照率、消光系数等辐射特性,并分析其变化特征。 结果表明,该地区气溶胶光学厚度具有明显的时空变化:春季最大,冬季最小,AOT(λ=440nm)平均值最大为0.78,最小值为0.13。三个观测点中,光学厚度额济纳旗最大,AOT(λ=440nm)平均值为0.34;东胜最小,AOT(λ=440nm)平均值为0.29。不同天气条件会对大气气溶胶的光学厚度造成不同的影响。在干洁晴好天气下,气溶胶是均一、稳定的,光学厚度日变化相对平稳;而在沙尘天气气溶胶光学厚度值显著增大,AOT(λ=440hm)可达4。光学厚度的日变化主要有四种形式:(1)早晨高傍晚低,在各地中约占总天数的24%～29%;(2)早晨低傍晚高,约占35%～36%;(3)早晚低中午高,约占21%～33%;(4)变化平缓,约占4%～14%。 沙尘气溶胶的散射效率因子、消光效率因子第一主峰的位置在0.1—1.0μm之间,值约为4,并随着波长λi的增大,第一主峰的位置移向大r方向。吸收效率因子随着r的增长而逐渐增大,并向1趋近。单次反照率刀ω0在粒径为0.1μm—1.0μm之间时有最大值,约为0.97。粒径在0.1μm—0.4μm的这一部分粒子对总消光系数的贡献最大,最大消光系数βe(440)=0.36 km-1。粒子在波长440nm处的消光能力最强,随着波长的增大,粒子的消光能力逐渐减弱。气溶胶粒子各项消光参数对虚部的变化非常敏感,虚部即使有一个很小的变化也会对总体消光产生很大的影响。 在假设沙尘粒子谱服从Junge谱的基础上,反演了沙尘气溶胶粒子谱,并分析其变化特征。反演结果表明,沙尘粒子谱在粒径0.3μm、0.6μm和1.0μm处出现峰值,分别约为108cm-2·μm-1、107cm-2·μm-1、106cm-2·μm-1。但是在不同天气条件下粒子谱有很大差异,在沙尘暴天气中,大粒子和巨粒子数有明显的增加,粒子数浓度要比晴天背景大气大了约一个量级。春季气溶胶粒子数浓度最大,约为8.22×109cm-2·μm-1,夏秋季次之,约为2.07×109cm-2·μm-1,冬季最
中国地区沙尘气溶胶的时空分布特征
这是一篇关于CALIPSO,沙尘发生频率,光学厚度,消光系数,退偏振比,色比的论文, 主要内容为本文采用2006.6～2012.5期间无云条件下的CALIPSO卫星观测资料,分析中国地区沙尘气溶胶的时空分布特征,发现38°N-44°N之间有一条明显的沙尘带。沙尘呈显著季节性分布,受季节性风场和源区对流活动的影响。塔克拉玛干沙漠春夏季沙尘发生频率最大、抬升最高,冬季频率最小、抬升最低；戈壁地区春季发生频率、抬升高度均为最大,冬季抬升高度最低,但低层发生频率大于夏秋季；柴达木盆地春夏季发生频率明显高于秋冬季；华北东部除春季外,其余季节发生频率小。 CALIPSO的AOD值偏小于MODIS和MISR的AOD值。沙尘AOD值和OMIAI指数变化趋势基本一致。塔克拉玛干沙漠沙尘AOD春季最大,约为0.44,4月极大,冬季最小约为0.17。Angstrom指数与AOD有明显的负相关,春冬季消光系数峰值最大,随高度的递减率大于夏秋季；戈壁和柴达木盆地沙尘AOD春季最大,全年变化平缓,Angstrom指数春季最小；华北东部沙尘AOD春季最大、夏季最小,Angstrom指数夏季最大,消光系数在3.5km以上春季最大,3.5km以下夏季最大、春季最小。沙尘源地退偏振比廓线和色比廓线均随高度增加而递减。塔克拉玛干沙漠与柴达木盆地的退偏振比分布在0.2-0.35之间,戈壁为0.16～0.3之间,这可能是由于塔克拉玛干沙漠的组成成分与柴达木盆地的相同,而与戈壁不同所致。华北东部因低层沙尘与其它气溶胶混合导致退偏振比廓线随高度增加而递增。沙尘源地色比值大于华北东部,且后者色比值春季最大,夏季最小。
基于星载激光雷达的东亚地区沙尘气溶胶特性研究
这是一篇关于东亚地区,星载激光雷达,沙尘出现频率,退偏比,色比,后向散射系数,消光系数,光学厚度的论文, 主要内容为东亚地区拥有塔克拉玛干和戈壁两大沙漠,它们组成的中国西北沙漠区是全球主要的沙尘源区。东亚地区沙尘的跨太平洋传输作为地球上最大尺度的沙尘传播过程,对大气环境、生态系统健康、陆地-海洋-生物-地球化学循环及区域和全球气候变化方面产生了各种深远影响。因此,深入理解东亚沙尘的时空分布及光学特性,具有重要的科学意义。本文利用2007-2012年CALIPSO卫星第三版的VFM、Aerosol Profile、Aerosol Layer和Cloud Layer产品以及MISR气溶胶光学厚度产品,揭示了东亚地区不同高度层上沙尘气溶胶的时空分布特征,分析了东亚沙尘源区及远距离传输区沙尘光学特性的差异,反演了沙尘气溶胶的光学特性及大气柱混合比。主要研究结论如下:(1)东亚地区沙尘分布具有显著的季节差异。沙尘出现频率随季节依次递减,春季最多,夏秋相当,冬季最少。对于塔克拉玛干沙漠和戈壁沙漠两大主要沙源地,沙尘出现频率前者明显高于后者。东亚两大沙尘源区几乎常年出现沙尘过程,其出现频次春季最大,冬季最小,且以塔克拉玛干沙漠最为典型。远距离传输区的沙尘过程主要集中在冬春两个季节,夏秋季节较小,这与夏秋季节降水充沛湿清除过程显著有很大关系。无论是晴空还是云上沙尘气溶胶,塔克拉玛干沙漠沙尘出现频率及出现最大高度都明显大于戈壁沙漠。(2)东亚沙尘源区和远距离传输区的沙尘粒子特性有明显的差异。塔克拉玛干沙漠和戈壁沙漠沙尘气溶胶的粒子退偏比随高度增加而减小,远距离传输区的粒子退偏比随高度增加而增加。两大沙尘源区的粒子退偏比要大于远距离传输区,这表明沙尘气溶胶自西向东传输时,由于其自身重力沉降作用大粒子减小以及受其他类型气溶胶污染的影响,沙尘粒子非球性特征减小。而且沙尘气溶胶的其他特性如体退偏比、总色比和粒子色比随着传输距离的增加,总体上均呈现出逐渐减小的趋势。经统计分析发现,塔克拉玛干沙漠、戈壁沙漠和远距离传输区各季节沙尘气溶胶粒子退偏比平均值主要位于0.25-0.35的范围内。(3)根据粒子退偏比的阈值有效分离沙尘气溶胶后向散射系数的方法能够较好的评估晴空和云上沙尘的光学特性及混合程度。统计研究发现,塔克拉玛干沙漠地区大气柱中的沙尘混合比在四个季节中均超过60%,表明沙尘是该地区的主导气溶胶,月平均沙尘光学厚度与MISR的总光学厚度有很高的一致性;戈壁沙漠地区大气柱沙尘混合比春夏秋冬四季的平均值分别为57%,43%,45%,48%;远距离传输区由于干湿沉降作用,大气柱沙尘混合比明显小于沙尘源区,冬春两季约40%,夏秋两季约30%。在假定雷达比的情况下,两大沙尘源区沙尘的春季平均消光系数明显大于夏季,且塔克拉玛干沙漠大于戈壁沙漠,与该地区的沙尘出现频率有很好的一致性。同一区域晴空和云上沙尘的消光系数差别并不明显。沙尘光学厚度的反演过程中,雷达比的假定可能引入一定的反演误差。
基于多源极轨卫星资料的中国地区不同光学厚度下的冰云特性及气溶胶对其影响研究
这是一篇关于冰云气候特征,冰云类型,光学厚度,气溶胶影响效应的论文, 主要内容为冰云对地球的辐射平衡至关重要。在大气污染加重,气候变暖得到证实的情况下冰云在气候变化中的作用仍然具有很大的不确定性。并且,气溶胶能够成为冰核,影响冰云的形成和发展,其分布与变化能够改变冰云的宏微观物理特征,从而间接的影响气候,但是气溶胶对冰云特性的影响效应尚不清晰。因此,本文首先利用CALIPSO和Cloud Sat协同反演产品DARDAR2013-2016年数据,分析了中国地区不同光学厚度下冰云的发生概率,水平和垂直方向的分布规律,季节变化及微物理特性差异。然后,本文将DARDAR冰云数据与MODIS气溶胶产品数据进行匹配,得到中国地区三年的气溶胶-冰云样本,分析气溶胶与冰云的关系。结果表明:我国冰云特性不仅有明显区域和季节变化特征,还与不同光学厚度所定义的冰云类型有关。中国区域主要发生薄冰云(0.03<τ<0.3)和不透明冰云(0.3<τ<3)较多,发生率高值区均在青藏高原地区。除不可见冰云(τ<0.03)外,其余类型冰云的主要发生高度会随着光学厚度的增加而降低。不同类型冰云的季节变化并不明显,但是夏季更容易出现有利于光学较厚(τ>3)冰云发生的条件。微物理特性方面,冰水含量明显随冰云类型的变化而变化,而冰云有效粒子半径与高度的关系比与光学厚度的关系更为密切。全国冰云光学厚度、冰水路径和冰云有效粒子半径等特性的平均值并不能代表区域内的冰云特征,由光学厚度定义的不同种类冰云的具体分析极为重要。气溶胶光学厚度冰云宏观特征的关系分析表明,随着气溶胶光学厚度变高,全国冰云的发生概率也得到增大。这种效应在中等以下气溶胶范围内较为明显(AOD<0.3),气溶胶达到跟高值时,又会对冰云的产生形成抑制作用,冰云发生概率不再敏感。受气溶胶影响,中国西北地区、北方地区、青藏高原地区冰云发生概率增高明显,南方地区变化最小。冰云的发生高度分布表明,相比于清洁条件,全国污染条件下高层冰云云量都有增加,其中青藏高原地区整体垂直云量变化不大,南方地区在8km以上的冰云云量增加,而8 km以下冰云云量发生减少。气溶胶与冰云特性的关系表明,在中低气溶胶负荷下,气溶胶对冰云光学厚度和冰水含量的影响尤为明显,中国各区域都表现出了明显的正相关。气溶胶对冰云有效粒子半径的影响更为复杂,水汽条件充足时,气溶胶增多对冰云粒子半径影响不大。水汽含量较低时,高值气溶胶会导致更多小粒径冰晶的产生,导致平均冰云粒子半径降低。相比清洁条件,我国西北地区,北方地区和青藏高原地区冰云的平均粒子半径变化不大,而南方地区随气溶胶值的增加,冰云有效粒子半径明显降低。
青藏高原及周边地区沙尘气溶胶时空分布及传输特征研究
这是一篇关于沙尘,光学厚度,青藏高原,塔克拉玛干沙漠,区域传输的论文, 主要内容为利用MERRA-2再分析资料和CALIPSO星载激光雷达产品,分析了1980-2017年青藏高原和塔克拉玛干沙漠上空沙尘气溶胶的分布和传输特征。MERRA-2分别与AERONET和MISR的气溶胶光学厚度(AOD)产品进行了对比,其相关系数约0.73-0.88和0.78。MERRA-2和MISR的AOD空间分布相似,空间相关系数为0.94。基于MERRA-2资料分析表明,塔克拉玛干沙漠与青藏高原的AOD值具有相似的季节特征,AOD春季最高,夏季次之,冬季最低。青藏高原月均AOD值均小于0.30,最高值(～0.25)出现在4月,最低值(～0.10)出现在12月。高原上空AOD具有明显的纬向变化,34°N以北和以南地区纬向平均AOD存在不同的月变化,北部地区月纬向平均AOD峰值出现在4-6月,南部地区出现在6-8月。1980-2017年,塔克拉玛干沙漠和印度-恒河平原的月纬向平均AOD峰值在不断增强,对青藏高原的影响不断扩大。青藏高原地区气溶胶主要类型是沙尘气溶胶,占比约50%;其次为硫酸盐气溶胶,占比约35%;含碳气溶胶占比约15%,其中以有机碳为主。研究区域沙尘光学厚度(DAOD)春季最高,夏季达次高值,冬季最低。塔克拉玛干地区和青藏高原DAOD均在5月达最高值。青藏高原北部地区DAOD比南部高0.06-0.10,两地区的DAOD值差异在5月最高。自2000年开始,塔克拉玛干和印度-恒河平原DAOD高值区强度和影响范围显著增大,对青藏高原的沙尘输送增强。38年来,整个研究区域DAOD年变化均呈上升趋势,且均通过了置信度为0.05的显著性检验。其中,塔克拉玛干沙漠DAOD上升率最高,达到了0.004;青藏高原上升率最小,在0.001以下。2000-2017年青藏高原DAOD显著高于20世纪80年代和90年代。CALIPSO观测表明,青藏高原上空的沙尘主要来自塔克拉玛干沙漠,传输量春季最大,秋、冬季最小;部分来自印度-恒河平原,传输主要发生在夏、秋季。塔克拉玛干沙尘通过柴达木盆地向青藏高原传输,最远可至30°N,传输高度在4-8km。冬季高原上空的沙尘主要来自柴达木盆地。塔克拉玛干和青藏高原的最大气溶胶消光系数廓线分别出现在春季和夏季。塔克拉玛干和青藏高原地区沙尘层厚度多年平均值分别为1.00km和0.82km。青藏高原沙尘层厚度春季最厚,冬季次之,夏季最薄。2007-2017年,塔克拉玛干沙尘层厚度呈下降趋势,年下降率约为0.018 km;青藏高原沙尘层年变化趋势不显著。
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