【摘要】：水汽和氣溶膠是兩種對氣候變化和人類生產(chǎn)生活有重要影響的大氣成分。水汽作為大氣中含量最高的溫室氣體,正反饋的溫室效應(yīng)使其成為氣候變化研究的重要因子之一。隨著人類活動的加劇,越來越多的氣溶膠被排放到大氣中,氣溶膠通過直接、間接和半直接效應(yīng)影響區(qū)域和全球氣候變化,同時對大氣環(huán)境以及人類健康產(chǎn)生較大的危害。我國西北地區(qū)代表了典型的干旱半干旱氣候區(qū),位于氣候變化敏感帶,是水資源缺乏最嚴重的地區(qū)之一,氣溶膠光學(xué)特性以及空中水資源的全面了解對氣候變化研究和人類生產(chǎn)生活具有重要的現(xiàn)實意義。本文基于地基遙感儀器多濾波旋轉(zhuǎn)遮光帶輻射計(MFRSR)發(fā)展了氣溶膠光學(xué)厚度和大氣可降水量反演算法,并將此算法應(yīng)用于蘭州大學(xué)半干旱氣候與環(huán)境觀測站(SACOL)、2008中美聯(lián)合沙塵暴張掖觀測點和SACOL城市站(蘭州大學(xué)本部校區(qū))。反演得到我國西北地區(qū)大氣可降水量分布特征,并與其它地基和衛(wèi)星遙感反演進行對比,檢驗了衛(wèi)星大氣可降水量反演產(chǎn)品的可靠性,同時利用MFRSR關(guān)于氣溶膠光學(xué)厚度的反演結(jié)果結(jié)合米散射理論和后向軌跡追蹤模式分析了氣溶膠粒子特征以及氣團遠距離傳輸對氣溶膠粒子特性的影響。 利用MFRSR水汽吸收通道的直接輻射觀測,基于輻射消光定律,根據(jù)輻射傳輸模式(LBLRTM)模擬水汽透過率和水汽含量關(guān)系以及Gaussian外推每日訂正常數(shù)法反演大氣可降水量。結(jié)果表明,SACOL大氣可降水量呈季節(jié)變化特征,夏季最大,冬季最小,平均大氣可降水量為0.72±0.53cm,75%的可降水量低于1.07cm。MFRSR反演的大氣可降水量與太陽光度計的反演結(jié)果高度一致,相關(guān)系數(shù)為0.99,均方根偏差為0.09cm,與微波輻射計的相關(guān)系數(shù)為0.97,均方根偏差為0.14cm,對比驗證了MFRSR反演結(jié)果的精確性和可靠性�；诙嗖康鼗鵐FRSR檢驗了星載MODIS和AIRS在我國西北半干旱地區(qū)反演大氣可降水量的準確性,分析表明MODIS過高估計大氣可降水量,隨著水汽含量的增加,高估程度呈增長趨勢。地表光譜反射率的不確定性以及氣溶膠多次散射效應(yīng)的忽略是MODIS在西北半干旱區(qū)反演誤差的可能原因。AIRS系統(tǒng)性低估水汽,AIRS水汽產(chǎn)品對地理位置和對比儀器的選擇較為敏感。依據(jù)對比結(jié)果,分別提出Terra MODIS和Aqua MODIS的訂正方法,衛(wèi)星在西北半干旱地區(qū)的評估和應(yīng)用需認真考慮傳感器特征和反演算法在這一地區(qū)的適用性。 MFRSR反演大氣可降水量的同時也可反演氣溶膠光學(xué)厚度,利用MFRSR對多波段氣溶膠光學(xué)厚、波長指數(shù)和波長指數(shù)隨光譜變化的反演,基于氣溶膠分類圖解法,分析了SACOL氣溶膠中細粒子的半徑和細粒子對總光學(xué)厚度的貢獻率。結(jié)果表明細粒子半徑為0.05-0.15μm,尤以0.13μm最多,細粒子對光學(xué)厚度的貢獻集中于70%以內(nèi),較大的氣溶膠光學(xué)厚度主要是粗粒子的貢獻(細粒子貢獻小于30%)。春季沙塵粗粒子對光學(xué)厚度貢獻最大,粗粒子比例達61%,冬季次之為37%。此方法對認識整層大氣氣溶膠細粒子特征具有重要意義。 利用MFRSR反演的氣溶膠光學(xué)特性,結(jié)合后向軌跡追蹤模式,分析了氣溶膠粒子的可能來源,以及遠距離傳輸對氣溶膠光學(xué)特性和黑碳濃度的影響。影響SACOL的氣團來源分為15類,其中在源于塔克拉瑪干沙漠氣團的影響下,870nm平均氣溶膠光學(xué)厚度為0.29±0.12,沙塵粒子輸送顯著,是SACOL的主要沙塵源區(qū)之一；在孟加拉國氣團的影響下,氣溶膠光學(xué)厚度最小為0.14±0.02,氣溶膠以細粒子為主。對不同源區(qū)氣團的概括歸類表明,局地和區(qū)域性氣團貢獻平均氣溶膠光學(xué)厚度的41%；沙塵區(qū)貢獻28%；中亞地區(qū)貢獻18%；遠距離的歐洲和中東貢獻13%。黑碳質(zhì)量濃度分析表明,在源于西歐氣團的影響下,黑碳濃度最大為2886.39±1580.34ng/m3,南亞孟加拉國地區(qū)的氣團次之,黑碳濃度2704.40±1407.46ng/m3,這些地區(qū)分布著較強的黑碳排放源,是影響SACOL黑碳濃度的重要氣團源地。最小為蒙古戈壁氣團的影響,黑碳濃度為993.38±339.03ng/m3。 為了進一步分析半干旱地區(qū)氣溶膠光學(xué)特性的綜合特征,進行了不同地區(qū)間的對比實驗。分析表明,冬季蘭州市區(qū)氣溶膠光學(xué)厚度呈單谷型的日變化特征,谷值出現(xiàn)在14：00,氣溶膠光學(xué)厚度系統(tǒng)性地高于SACOL,城市氣溶膠的消光特性顯著強于郊區(qū)。春季張掖氣溶膠光學(xué)厚度沒有明顯的日變化特征,光學(xué)厚度值與SACOL相近。張掖和SACOL地區(qū)的PM10質(zhì)量濃度日變化趨勢一致,均呈雙峰雙谷特征,峰值出現(xiàn)于08：00和22：00,90%的PM10質(zhì)量濃度值低于320μg/m3。
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：X513

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本文編號：2722841