干旱区生态环境知识资源中心(Arid): 沙尘气溶胶辐射模型及气候环境生态效应研究

Arid

	沙尘气溶胶辐射模型及气候环境生态效应研究
	沈建国; 牛生杰; 姜学恭; 邱玉珺; 孙永刚; 岳平; 韩经纬; 许潇锋; 赵毅勇
完成单位	内蒙古气象科学研究所
登记(发布)日期	2008
中文摘要	由内蒙古气象局和南京信息工程大学共同完成的国家科技部社会公益项目“沙尘气溶胶辐射模型及气候环境生态效应研究”(编号：2005DIB3J108),在深入分析沙尘暴历史资料的基础上,依托内蒙古自治区沙尘暴监测预警系统,针对沙尘暴的微结构、热力动力结构和边界层特征,深入沙漠源地开展加密探测;利用卫星监测、数值模拟等方法,进行了深入系统的研究,圆满完成了研究任务。取得的主要创新性成果如下： 1、本项目首次在国内将CE-318光度计用于沙尘暴实时监测业务中,实现了观测数据的实时自动反演、结果显示等功能,凸显了该仪器自动跟踪观测的优势;与之配套的历史资料处理系统,采用云处理方案获得了更高质量的反演结果：无云干扰的沙尘天气,太阳光度计反演得到的大气柱AOD和大气浑浊度,与水平能见度呈乘幂关系,波长指数与能见度呈对数关系,相关性达80%以上。 2、发展了一个利用宽带水平面太阳直接辐射日曝辐量反演光谱大气气溶胶光学厚度的方法,建立了“等效”的瞬时太阳天顶角模型,并提出了一个基于气溶胶标高的云影响甄别方法。与AERONET产品的比对验证表明,课题组发展的光学厚度反演方法和云影响甄别方法非常有效。晴空反演的0.75 光学厚度与AERONET的相关系数超过0.95,平均误差约为0.02;云甄别方法计算的季节和年平均光学厚度与AERONET具有较好的一致性。 3、利用常规气象观测资料、边界层加密观测资料及数值模拟手段,揭示了沙尘暴热力动力结构和沙尘暴过程边界层结构的演变特征。典型蒙古气旋型沙尘暴过程中,地面大风强度与沙尘暴强度密切相关。大风的形成主要受气旋发展和锋面后冷平流影响,高空动量的有效下传也是重要因素。系统发展初期(早晨),高空急流下沉支将动量从对流层高层向中层输送。此时,大气层结较为稳定,进一步下传的强度较弱。在系统进一步发展阶段(下午),高空急流的加强和下落使高空动量下传至对流层中层,深厚混合层的存在导致高空动量继续下传到达地面。大气层结日变化,导致高空动量下传强度出现日变化。 4、基于对沙尘气溶胶微结构进行的全面、连续观测,构造了沙尘暴发生关键影响因素的预报因子,建立了沙尘暴器测能见度和PM10的统计预报方程,结合WRF中尺度区域模式输出的72小时预报产品,生成MICAPS-3.0业务系统实时显示的定量产品,包括PM10、能见度、TSP的48小时预报结果。该系统已在内蒙古自治区沙尘浓度预报中投入业务应用,实现了对沙尘暴的定量预报。 5、利用MODIS提供的高空间、时间分辨率遥感资料及适合小生物量植被探测NDVI指数,对内蒙古中部地区生态环境脆弱、植被覆盖率低的区域,使用统一的植被盖度作为荒漠化程度的指标,提取荒漠化信息。利用沙尘粒子在不同波段的吸收特性差异,采用MODIS三通道彩色合成直方图均衡增强法、热红外双通道差值法及基于双通道域值的叠加分析法,进行沙尘暴监测。并依据中国北方荒漠化编图的分级指标,确定荒漠化程度,生成内蒙古中部草原荒漠化分级图,为定量评估荒漠化治理效果提供了科学方法。 6、利用沙尘数值预报模式,对发生在我国北方的强沙尘暴天气过程进行模拟分析和地形敏感性试验,揭示地形影响沙尘传输的一些初步规律。模拟结果表明,内蒙古西部山地的地形起伏导致的地形波,在山地迎风坡被地形强迫抬升,加剧了地面起沙。地形起伏导致的地形波,不仅出现在混合边界层中,而且向上扩展到对流层。地形波自下而上地向对流层的传播过程,致使扬起的沙尘中有部分将会被进一步上扬。此外,地形起伏能够明显增加大气与地表的接触面积,从而有利于地面起沙。 7、该项目研发的内蒙古沙尘暴定量监测分析业务系统等多种业务方法,已应用到内蒙古自治区气象业务现代化建设和沙尘暴预报服务中,初步形成了集大气成分监测、生态环境监测、沙尘暴监测预警集约化的网络体系,为政府部门趋利避害、防止和减轻沙尘暴造成的损失,提供了科学决策依据,取得了巨大的社会经济生态效益,得到了各级政府部门的肯定。 8、在取得创新性科技成果的同时,项目组成员也得到了锻炼和成长,3人晋升为正研级高级工程师;4人晋升为副研级高级工程师;8人晋升为工程师;4人获得理学博士学位(其中1名为韩国留学生);9人获得理学硕士学位。应用前景：在“沙尘暴气溶胶辐射模型即气候环境生态效应研究项目” 的支持下,内蒙古气象局建立了“沙尘及大气成分实时监测系统”和“沙尘暴定量预报业务系统”两个业务系统。业务系统建立以来,在内蒙古气象台短期预报科和内蒙古科技服务中心大气成分预报室的业务工作中得到应用。该系统的业务应用,一方面,提升了我区对沙尘暴灾害的监测能力,提升了沙尘暴灾害的定量化分析预报水平,提高了对沙尘暴灾害的预报预警能力和预报准确率,业务效益明显。另一方面,丰富了预报服务产品,尤其是发布了沙尘定量服务产品,全面提升了对自治区党政部门的决策服务能力,提升了自治区对沙尘暴灾害的预警防范能力。受到党政领导的好评和表扬,社会效益显著。在今后的业务应用中,我们要进一步做好业务系统的完善和改进工作,开展业务质量检验。在适当时机向我国西部各省市和内蒙古各盟市进行业务系统推广应用工作,使该系统发挥更广泛的业务和社会效益。
中文关键词	沙尘气溶胶辐射模型 ; CE-318光度计 ; 光学厚度 ; 荒漠化分级图 ; 沙尘数值预报模式
成果类型	应用技术
语种	中文
国家	中国
中图法分类号	P425.55
URL	http://dbpub.cnki.net/grid2008/dbpub/detail.aspx?dbcode=SNAD&dbname=SNAD&filename=SNAD000001347681
来源机构	内蒙古气象科学研究所
资源类型	成果
条目标识符	http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/242361
推荐引用方式 GB/T 7714	沈建国,牛生杰,姜学恭,等. 沙尘气溶胶辐射模型及气候环境生态效应研究[Z]. 应用技术,2008.