【摘要】：氣溶膠作為大氣中一種重要的氣溶膠類型,是地氣系統(tǒng)的重要組成部分,在大氣物理、大氣光學(xué)、大氣輻射等諸多方面都具有非常重要影響。氣溶膠的氣候效應(yīng)包括吸收散射太陽(yáng)輻射的直接效應(yīng)、作為云凝結(jié)核或冰核影響云反照率及云壽命的間接效應(yīng)、加熱大氣改變?cè)莆⑽锢硖匦浴⒃屏恳约霸茐勖陌胫苯有?yīng)和激勵(lì)效應(yīng)。氣溶膠的氣候效應(yīng)極為復(fù)雜,不僅與氣溶膠的化學(xué)組成、混合狀態(tài)、光學(xué)性質(zhì)和時(shí)空分布有關(guān),還與下墊面的性質(zhì)、云的時(shí)空分布有關(guān),被認(rèn)為是氣候系統(tǒng)中最不確定的因素之一,加之氣溶膠在時(shí)空上的高度可變性,已成為大氣科學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。中國(guó)西北地區(qū)和中亞區(qū)域?qū)儆诟珊蛋敫珊祬^(qū),這里年降水量少,植被稀疏,生態(tài)環(huán)境脆弱,沙塵天氣頻發(fā)。近幾十年來(lái),隨著人類活動(dòng)擾動(dòng)強(qiáng)度的不斷增強(qiáng),以上地區(qū)的氣候效應(yīng)變得更加復(fù)雜。礦物沙塵氣溶膠和人為污染物之間復(fù)雜的相互作用會(huì)導(dǎo)致沙塵粒子的化學(xué)組分和顆粒物的混合狀態(tài)發(fā)生顯著變化,進(jìn)而對(duì)氣溶膠的光學(xué)特性及其直接、間接氣候效應(yīng)產(chǎn)生重要影響。因此本文利用多源數(shù)據(jù)開展了氣溶膠光學(xué)特性和時(shí)空分布特征的研究工作。利用多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)分析了2018年我國(guó)北方春季一次沙塵天氣過(guò)程中純沙塵氣溶膠的光學(xué)特性及垂直分布;沙塵天氣對(duì)顆粒物濃度及空氣質(zhì)量的影響及其天氣學(xué)成因。利用臭氧監(jiān)測(cè)儀(OMI)數(shù)據(jù)對(duì)比分析了京津冀地區(qū)在2013年“APEC會(huì)議(亞太經(jīng)合組織領(lǐng)導(dǎo)人會(huì)議)”期間吸收性氣溶膠的光學(xué)特性。提出了結(jié)合地面L2S-SM-II雙波長(zhǎng)偏振激光雷達(dá)、太陽(yáng)光度計(jì)、地面氣象臺(tái)站觀測(cè)數(shù)據(jù)和HYSPLIT后向軌跡模型有效區(qū)分純沙塵和污染沙塵氣溶膠的方法,對(duì)比研究了兩種類型沙塵的光學(xué)特性。利用MERRA-2(第2版現(xiàn)代研究與應(yīng)用再分析數(shù)據(jù))資料分析了1980年~2017年全球硫酸鹽、黑碳、有機(jī)碳、海鹽、沙塵五種類型氣溶膠光學(xué)厚度的時(shí)空分布特征。在區(qū)分自然沙塵與人為沙塵的基礎(chǔ)上,結(jié)合MERRA-2資料定量給出了“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”沿線區(qū)域人為氣溶膠的時(shí)空分布特征。主要結(jié)論如下:(1)五種類型氣溶膠在全球非均勻分布,并且具有明顯的季節(jié)變化。全球總氣溶膠AOD在夏季最大(0.137),春季次之(0.130),冬季最小(0.118)。在北美、中國(guó)東部及印度中部地區(qū),硫酸鹽是主導(dǎo)的氣溶膠類型,貢獻(xiàn)率分別為66%、63%和42%;在印度洋、南非及北非地區(qū),海鹽、有機(jī)碳和沙塵分別是最主要的氣溶膠類型,貢獻(xiàn)率分別為65%、51%和82%。對(duì)于黑碳、硫酸鹽和總氣溶膠,中國(guó)東部地區(qū)和印度中部地區(qū)有較為明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì),其中總氣溶膠光學(xué)厚度的線性增長(zhǎng)率分別為0.007/a和0.0056/a。(2)2018年3月27日-30日我國(guó)北方地區(qū)氣溶膠光學(xué)厚度、吸收性氣溶膠光學(xué)厚度和氣溶膠指數(shù)分別大于0.4、0.035和1.0。沙塵氣溶膠主要分布在地面至8 km的高度范圍內(nèi),體積退偏比主要在0.06~0.4之間,色比在0.6~1.2之間。各城市空氣中顆粒物質(zhì)量濃度均受到沙塵天氣不同程度的影響。低層貝加爾湖高壓南壓對(duì)內(nèi)蒙古西南部及河西走廊地區(qū)的起沙有重要影響,河套地區(qū)地面氣旋和低層切變是造成華北西部起沙的關(guān)鍵因素,鄂海地區(qū)高壓脊和東北地區(qū)地面的低壓系統(tǒng)有利于東北地區(qū)的起沙。(3)京津冀地區(qū)APEC期間氣溶膠指數(shù)(AI)比APEC前、后分別降低了6.9%、41.9%;500 nm處氣溶膠光學(xué)厚度(AOD)分別降低了39.3%、27.2%;500 nm處吸收性氣溶膠光學(xué)厚度(AAOD)分別降低了40.2%、41.7%;氣溶膠單次散射反照率(SSA)相比于APEC前基本沒(méi)變,相比于APEC后增加了5.5%。北京地區(qū)APEC期間AI比APEC前、后分別降低了減少了10%、21%,AOD分別降低了49%、23%,AAOD分別降低了30%、50%,SSA相比于APEC前變化不大,相對(duì)于APEC后SSA增加了4%。(4)純沙塵體積退偏比(VDR)的平均值大于污染沙塵的平均值,且純沙塵和污染沙塵VDR的峰值分別為0.31和0.21,反映了純沙塵粒子的不規(guī)則性。純沙塵色比(CR)的平均值大于污染沙塵的平均值,且當(dāng)色比大于0.8時(shí),純沙塵占主導(dǎo)地位,反映了純沙塵粒子的粒徑較大。VDR與CR的關(guān)系表明,兩種類型沙塵的VDR和CR之間都是正相關(guān)。基于以上結(jié)果,利用VDR的頻率分布提出了0.25的閾值來(lái)區(qū)分兩種類型的沙塵,且純沙塵和污染沙塵的誤判率分別為20.7%和18.6%。(5)在“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”沿線區(qū)域,年降水量較低,NDVI整體偏小,總氣溶膠AOD整體偏大。自然氣溶膠AOD的平均值為0.10,且在春、夏季高于秋、冬季,人為氣溶膠AOD的平均值為0.14,且在春、夏、秋季的值基本不變,都大于冬季。從整體上來(lái)看,人為氣溶膠占總氣溶膠AOD比例的平均值在62%-65%的范圍內(nèi)變化。北非地區(qū)人為氣溶膠所占比例最小,為32.8%,東歐地區(qū)人為氣溶膠所占比例最大,為73.5%。隨著人口密度的增加,人為氣溶膠AOD也在增加。
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X513

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本文編號(hào)：2792001