【摘要】：利用中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所2005-2015年長(zhǎng)期觀測(cè)的PM2.5質(zhì)量濃度、太陽輻射數(shù)據(jù),對(duì)北京地區(qū)氣溶膠與輻射相互作用進(jìn)行了研究;利用SBDART(Santa Barbara DISORT Atmospheric Radiative Transter)輻射傳輸模式,結(jié)合AERONET北京站觀測(cè)的氣溶膠光學(xué)特性資料,評(píng)估氣溶膠以及黑碳(Black Carbon,BC)氣溶膠的輻射強(qiáng)迫,并量化了總輻射(Surface Radiation,Rs)、紫外(Ultraviolet Radiation,UV)、光合有效輻射(Photosynthetically Active Radiation,PAR)波段的氣溶膠輻射強(qiáng)迫。主要研究結(jié)果如下:1.通過觀測(cè)的氣溶膠、輻射同步觀測(cè)數(shù)據(jù),揭示北京地區(qū)近十年氣溶膠細(xì)顆粒物(PM2.5)、總輻射長(zhǎng)期變化規(guī)律。北京地區(qū)近十年P(guān)M2.5質(zhì)量濃度年均值為77.8±59.6?gm~3,PM2.5質(zhì)量濃度從2005到2015年呈現(xiàn)微弱的下降趨勢(shì),從2013年以后PM2.5質(zhì)量濃度下降趨勢(shì)顯著。PM2.5質(zhì)量濃度的季節(jié)變化規(guī)律為:春夏季濃度低,秋冬濃度高。近十年北京地區(qū)地表總輻射年均值為315.6wm~2,整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì),尤其2013年之后上升趨勢(shì)顯著。輻射季節(jié)變化規(guī)律為:春夏輻射強(qiáng),秋冬輻射弱。PM2.5質(zhì)量濃度與總輻射呈反位相的變化趨勢(shì),當(dāng)PM2.5質(zhì)量濃度小于75?gm~3時(shí),PM2.5質(zhì)量濃度與歸一化的地表總輻射Rsn存在很好的線性相關(guān),在整體上PM2.5與Rsn存在很好對(duì)數(shù)關(guān)系。2.利用AERONET觀測(cè)數(shù)據(jù)獲得北京地區(qū)氣溶膠光學(xué)特性的變化特征。近10年氣溶膠光學(xué)厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)在440nm、675nm、870nm和1020nm波段的年均值分別為0.61±0.56、0.38±0.35、0.29±0.26、0.25±0.22。在440nm波段,AOD季節(jié)變化為:夏季春季秋季冬季。波長(zhǎng)指數(shù)(?ngstr?m)多年均值為1.094,極大值出現(xiàn)在春季(0.967),而夏季出現(xiàn)極小值(1.258)。氣溶膠單次散射反照率(Single Scattering Albedo,SSA)在四個(gè)波段的均值都在0.85以上,表明北京地區(qū)的氣溶膠以散射性為主。北京地區(qū)春季因受沙塵和大風(fēng)揚(yáng)沙天氣的影響使得氣溶膠以粗粒子為主,因此粗模態(tài)峰值對(duì)應(yīng)的氣溶膠體積濃度值明顯高于其他季節(jié),并且?ngstr?m指數(shù)在春季較小。夏季的高溫高濕天氣,使得氣溶膠的吸濕增長(zhǎng)和二次氣溶膠含量增加,同時(shí)細(xì)模態(tài)峰值對(duì)應(yīng)的氣溶膠體積濃度值也明顯高于其他季節(jié),加強(qiáng)了氣溶膠的散射性。而秋、冬季節(jié)生物質(zhì)燃燒和燃煤排放了大量黑碳?xì)馊苣z,導(dǎo)致氣溶膠的吸收作用增強(qiáng),從而使得SSA值較低。3.利用AERONET觀測(cè)的氣溶膠光學(xué)參數(shù)結(jié)合SBDART平行輻射傳輸模式,計(jì)算了北京地區(qū)2005~2015年氣溶膠以及黑碳?xì)馊苣z的輻射強(qiáng)迫。晴空條件下,大氣層頂(Top of Atmosphere,TOA)、地面(Bottom of Atmosphere,BOA)和大氣中(Atmosphere,ATM)的氣溶膠直接輻射強(qiáng)迫在Rs、UV和PAR的多年均值分別為-24.91±19.80wm~2,-65.52±43.78wm~2,40.61±28.62wm~2(Rs),-1.09±1.24wm~2,-6.09±4.37wm~2,5.01±3.74wm~2(UV);-14.46±10.96wm~2,-36.43±24.39wm~2,2.97±15.32wm~2(PAR)。氣溶膠在TOA、BOA和ATM中的輻射強(qiáng)迫均表現(xiàn)為春夏季高,冬季小。UV、PAR波段在TOA、BOA和ATM中的輻射強(qiáng)迫也呈現(xiàn)春夏季高,冬季小的變化趨勢(shì)。UV占Rs波段直接輻射強(qiáng)迫比值表現(xiàn)為:ATMBOATOA,大氣層頂該比值在夏季為極大值,可能是因?yàn)橄募緯r(shí)440nm波段的SSA較高,對(duì)紫外波段的散射增強(qiáng)所致。利用“三波段”法得到北京地區(qū)晴空條件下黑碳?xì)馊苣z的輻射強(qiáng)迫,TOA、BOA和ATM均為夏季(6月)和秋季(10月)大,而冬季小的季節(jié)變化特征。大氣中BC氣溶膠占總氣溶膠輻射強(qiáng)迫的比值在6、7、8月均維持在68%以上,說明夏季氣溶膠的對(duì)大氣加熱作用主要來自BC氣溶膠。特別是當(dāng)SSA(440nm)的值低于0.8時(shí),秋冬季節(jié)的某些時(shí)日大氣層頂?shù)妮椛鋸?qiáng)迫會(huì)出現(xiàn)正的輻射強(qiáng)迫。
【圖文】：

1.1研究意義大氣氣溶膠是指空氣動(dòng)力學(xué)直徑在 0.001μm—100μm，懸浮在大氣中液體和固態(tài)顆粒物組成的多相體系的總稱，其中空氣動(dòng)力學(xué)直徑小于 2.5μm 的細(xì)顆粒稱為 PM2.5[1]。氣溶膠的來源很廣，分為自然源和人為源。隨著社會(huì)的發(fā)展，工業(yè)排放導(dǎo)致大氣氣溶膠含量大增，大氣氣溶膠自身的污染特性和它本身的物理化學(xué)特性以及在大氣非均相化學(xué)反應(yīng)有著密切的關(guān)系，由此而引發(fā)的環(huán)境和氣候問題也引起人們的廣泛關(guān)注�？晌腩w粒 PM2.5 對(duì)人體和其他生物的生理健康和大氣環(huán)境有非常重大的影響。而自上世紀(jì) 90 年代以來，由于氣溶膠的輻射強(qiáng)迫效應(yīng)使得氣溶膠再次成為國(guó)際學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)之一 。氣溶膠對(duì)輻射的影響有兩種方式：一是通過吸收和散射太陽短波輻射和地球長(zhǎng)波輻射對(duì)氣候產(chǎn)生直接影響；二是作為凝結(jié)核影響云的輻射特性以及作為反應(yīng)表面影響大量化學(xué)反應(yīng)速度對(duì)氣候產(chǎn)生間接影響，如圖 1.1 所示。因此，氣溶膠在云物理和降水形成過程中起著非常重要的作用，同時(shí)對(duì)地氣系統(tǒng)的輻射平衡和全球氣候變化也有重要影響。

成都信息工程大學(xué)碩士學(xué)位論文，人為排放大量氣溶膠，不僅很大程度上改變了局地和全球的大氣成分，，而通過氣溶膠的輻射效應(yīng)影響全球氣候變化。氣溶膠的輻射強(qiáng)迫問題一直是氣化研究的前沿。太陽以短波（波長(zhǎng)小于 3μm）的方式向外界輻射能量，為地-氣系統(tǒng)貢獻(xiàn)。太陽輻射是地-氣系統(tǒng)能量的主要來源，是維持地-氣系統(tǒng)中各種生物、化學(xué)理反應(yīng)過程和生命活動(dòng)的動(dòng)力，太陽輻射的差異是形成不同氣候的主要因素陽輻射和下墊面性質(zhì)等的差異是產(chǎn)生和維持大氣環(huán)流的原因，大氣環(huán)流使得能量和水汽重新分布，從而形成了各種天氣氣候狀況。因此可以說太陽輻射球氣候形成和變化的重要因子。地-氣系統(tǒng)以長(zhǎng)波方式（波長(zhǎng)大于 3μm）向傳遞輻射能，使得地-氣系統(tǒng)輻射通常處于平衡狀態(tài)[2]，不同部分之間的能量和相對(duì)貢獻(xiàn)量如圖 1.2 所示。
【學(xué)位授予單位】：成都信息工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P461

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2710610