Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| 中国地区气溶胶物理辐射特性遥感观测综合分析 | |
| 孙乃秀 | |
| 出版年 | 2018 |
| 学位类型 | 硕士 |
| 导师 | 张镭 |
| 学位授予单位 | 兰州大学 |
| 中文摘要 | 工业革命以后,人类活动范围不断扩大,气溶胶浓度日益增加,对全球气候和环境产生了不容忽视的影响。气溶胶通过直接、间接和半直接效应影响地气系统,通过参与大气化学过程使大气环境恶化,严重危害人类健康。中国地形复杂,人口众多,气溶胶来源范围广,种类繁多,物理化学特性更为复杂,对于中国地区气溶胶物理辐射特性进行透彻的研究至关重要。目前准确划分中国地区气溶胶分布的典型区域,针对典型区域气溶胶的物理辐射特性及类型进行长时间综合分析的研究较少,因此本文利用地基、卫星等综合资料,探讨了2005-2016年中国地区气溶胶的分布特征,利用旋转经验正交分解方法准确划分出气溶胶分布的典型区域,探究典型区域代表站的气溶胶物理特性及类型,最后将研究目标锁定在黄土高原干旱半干旱地区,研究该地区典型日吸收性气溶胶的物理辐射特性,主要结果如下:(1)气溶胶物理特性多年平均值及标准差分析表明,近十年来中国地区气溶胶光学厚度变化范围为0.1~1.1,吸收光学厚度变化范围为0.01~0.06。二者的高值区主要位于以塔克拉玛干沙漠为中心的西北沙漠地区(AOD可达0.6,AAOD可达0.05),京津冀地区、长江中下游、珠江三角洲以及四川盆地(AOD最大可达1.1左右,AAOD最大可达0.03),其中青藏高原西南部以及云南广西西南部地区气溶胶吸收性十分明显(AAOD可达0.06~0.08)。气溶胶光学厚度时间变化较大的地区位于塔克拉玛干沙漠地区、京津冀地区以及四川盆地,标准差变化范围在0.5~0.8之间,表明这些地区气溶胶具有高度的时间不均匀性。除塔克拉玛干沙漠地区外,吸收光学厚度时间变化整体不大,说明吸收性气溶胶存在于特定地区且较为稳定。(2)气溶胶物理特性季节分析表明,塔克拉玛干沙漠及其下游地区AOD春季最大,可达1.0左右,夏秋冬逐渐减小;除西北沙漠地区外,其他地区AOD夏季最大,高值区包括京津冀地区,长江中下游,四川盆地以及珠江三角洲,高值中心可达1.2左右,春季次之,秋季最小。吸收光学厚度春季最大,冬季次之,夏秋季较小。(3)中国地区气溶胶场EOF和REOF分析表明,气溶胶分布时空变化较大,不具有明显的模态,其中第一模态的贡献方差为14%,第一主分量表明气溶胶的分布整体呈现明显的年循环,前20个模态的累计贡献方差为60%。根据REOF结果,划分出气溶胶分布的典型区域包括塔克拉玛干沙漠地区,柴达木沙漠,库木塔格沙漠及周边戈壁地区,科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地,四川盆地、华北平原,长江中下游。(4)典型区域代表站的气溶胶物理特性分析表明,气溶胶的吸收性(复折射指数虚部表征),香港最强(0.012),北京次之(0.0105),接下来是SACOL(0.008),太湖最弱(0.007);气溶胶的散射性(复折射指数实部表征),SACOL最强(1.517),北京次之(1.490),接下来是太湖(1.440),香港最弱(1.420);太湖单次散射反照率最大(0.938),SACOL次之(0.915),接下来是香港(0.915),北京最小(0.910);北京吸收光学厚度最大(0.095),香港次之(0.060),接下来是太湖(0.060),最后是SACOL(0.050)。SACOL的激光雷达比最小,平均为(56.99±10.44)sr,主要集中在50~60 sr,SACOL春季主要为沙尘气溶胶,其他季节存在人为污染气溶胶。除SACOL外,其他站点的激光雷达比平均值均大于60,主要为人为污染气溶胶。其中香港最大,为(76.51±9.93)sr,主要分布于70~80 sr;北京为(62.24±10.15)sr,主要分布于60~70 sr;太湖为(69.04±10.77)sr,主要分布于60~70 sr。(5)激光雷达比和其它气溶胶物理参量的相关性分析表明,气溶胶激光雷达比和退偏比、吸收波长指数、以及复折射指数实部存在负相关关系,相关系数分别达-0.365,-0.237,-0.682;与复折射指数虚部存在微弱的正相关关系,相关系数达0.166。对于沙尘气溶胶,激光雷达比的变化范围为40~60 sr;吸收波长指数可以很好地指示沙尘和人为污染物,吸收波长指数在2~3之间,主要为沙尘气溶胶引起的吸收增强。DP=0.15和RER=1.5可以作为区分沙尘和人为污染气溶胶的阈值。通过相关分析,可以寻求获取激光雷达比的新途径,即通过建立激光雷达比与其它相关物理量的回归方程,获取可观测到的物理量值,求出激光雷达比。(6)黄土高原干旱半干旱区典型日2012年9月3日、4日、21日和28日的吸收性气溶胶物理辐射特性综合分析表明,研究时期主要为局地沙尘与人为污染混合气溶胶,吸收性明显,尺度较小。其中,4日西北风增强,远距离传输沙尘气溶胶,光学厚度最大,粒子尺度明显增大。尝试利用灰色关联度法确定参考高度,分别为7.41 km,8.47 km,7.13 km和7.66 km,反演气溶胶消光系数,由此积分得到的光学厚度与太阳光度计观测值相关性可达0.975,反演效果较好。研究时期气溶胶的抬升主要受白天热力湍流作用,边界层发展,气溶胶向上传输,每日12时(当地时间,下同)至14时传输至最大高度,气溶胶抬升的高度对应大气加热率的高值区,低层加热率达1 K·d~(-1)(仅指白天)。气溶胶在大气层顶和地面造成负辐射强迫,分别为-12.707 W·m~(-2)、-25.398 W·m~(-2),大气中表现为正辐射强迫,为12.692 W·m~(-2),大气层顶的辐射强迫对气溶胶的物理特性最为敏感,当气溶胶吸收性明显时,大气层顶的瞬时辐射强迫会出现正值。 |
| 中文关键词 | 气溶胶 ; 物理辐射特性 ; 卫星遥感 ; 旋转经验正交分解 ; 激光雷达 |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| URL | http://kns.cnki.net/kns/detail/detail.aspx?FileName=1018979626.nh&DbName=CMFD2018 |
| 来源机构 | 兰州大学 |
| 资源类型 | 学位论文 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/257636 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 孙乃秀. 中国地区气溶胶物理辐射特性遥感观测综合分析[D]. 兰州大学,2018. |
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