發(fā)布時(shí)間：2020-10-13 06:51

　　 大氣氣溶膠可以通過(guò)散射和吸收太陽(yáng)輻射,直接影響地-氣系統(tǒng)輻射平衡;可以作為云凝結(jié)核和冰核改變?cè)频男纬蛇^(guò)程、云反照率、云壽命、降水效率等過(guò)程,間接影響天氣和氣候。迄今對(duì)氣溶膠過(guò)程精確描述存在較多困難,對(duì)氣溶膠輻射強(qiáng)迫的計(jì)算仍存在很大的不確定性,是大氣數(shù)值模式模擬預(yù)報(bào)能力的重要制約之一。因此研究氣溶膠的光學(xué)特性和輻射效應(yīng)具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。首先利用蘭州大學(xué)半干旱氣候與環(huán)境觀測(cè)站(SACOL)的觀測(cè),基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法(EMD)改進(jìn)了激光雷達(dá)數(shù)據(jù)降噪方法。接著分析SACOL氣溶膠非球形的時(shí)空分布特征,并基于偏振激光雷達(dá)觀測(cè)和T-matrix模擬給出氣溶膠形狀參數(shù)縱橫比。然后基于搭載在CALIPSO(Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations)衛(wèi)星上的CALIOP(Cloud-Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization)激光雷達(dá)和全球地基氣溶膠觀測(cè)網(wǎng)AERONET(Aerosol Robotic Network)的觀測(cè)資料分析了中國(guó)典型區(qū)域氣溶膠的光學(xué)特性和垂直分布,并討論了典型區(qū)域沙塵和黑碳?xì)馊苣z的混合特點(diǎn)。最后,將氣溶膠分成沙塵為主、黑碳為主和混合型氣溶膠三類(lèi),對(duì)比研究混合型氣溶膠光學(xué)特性和輻射效應(yīng)。主要結(jié)果和結(jié)論如下。(1)基于EMD方法,從本征模函數(shù)分量(IMF)和被剔除部分的物理意義出發(fā),詳細(xì)分析激光雷達(dá)信號(hào)分解和重構(gòu)過(guò)程的特點(diǎn)。提出用典型尺度(TR)和低頻比例(LFF)作為客觀標(biāo)準(zhǔn)剔除高頻IMF的激光雷達(dá)信號(hào)降噪方法,并基于此建立了批量處理激光雷達(dá)信號(hào)降噪的自動(dòng)算法。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,本論文的EMD自動(dòng)降噪方法效果優(yōu)于小波方法。(2)SACOL氣溶膠非球形最明顯的是春季,冬季次之,夏、秋季較不明顯。春、夏、秋、冬季退偏比的垂直廓線平均值分別為0.13、0.09、0.08和0.10。氣溶膠退偏比隨高度遞減,邊界層內(nèi)氣溶膠的退偏比較大,非球形特性明顯。在水汽充足的夏季,退偏比隨大氣柱可降水量的增大而顯著減小,可降水量可解釋氣溶膠退偏比總變差的80.8%。利用T-matrix模擬,結(jié)合激光雷達(dá)退偏比數(shù)據(jù)和太陽(yáng)光度計(jì)數(shù)據(jù)反演氣溶膠縱橫比,同時(shí)給出SACOL氣溶膠縱橫比的修正對(duì)數(shù)正態(tài)分布參數(shù)化。與電子掃描顯微鏡觀測(cè)的縱橫比(由于觀測(cè)原理限制,只能得到干粒子縱橫比)相比,本論文反演的縱橫比更符合實(shí)際大氣中氣溶膠的形狀,可直接用來(lái)改善氣溶膠模式的輸入。(3)雖然對(duì)SACOL氣溶膠消光系數(shù)略有低估,但CALIOP很好地捕捉到氣溶膠垂直分布的季節(jié)變化。沙塵氣溶膠為主的塔克拉瑪干和青藏高原區(qū)域,主要是粗模態(tài)的非球形氣溶膠,退偏比和色比都最大;而人為污染為主的華北平原、四川盆地和長(zhǎng)三角等區(qū)域,主要是細(xì)模態(tài)的球形氣溶膠,退偏比和色比都最小。華北平原春季和黃土高原冬季沙塵氣溶膠和人為污染發(fā)生混合,氣溶膠退偏比和色比介于沙塵和人為污染物中間。珠三角區(qū)域的氣溶膠退偏比與以人為污染為主的其他區(qū)域類(lèi)似。但由于有粗模態(tài)海洋氣溶膠的存在,導(dǎo)致其色比略大。(4)北方地區(qū)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)拇杭旧硥m在氣溶膠消光系數(shù)廓線圖上非常明顯,能夠傳輸?shù)綄?duì)流層中高層。季節(jié)性的消光系數(shù)廓線說(shuō)明夏季強(qiáng)對(duì)流將更多邊界層氣溶膠輸送到自由對(duì)流層,而秋冬季的穩(wěn)定氣象條件將氣溶膠限制在近地層。除青藏高原外,冬季消光系數(shù)遞減率達(dá)到最大,超過(guò)80%的氣溶膠被限制在近地面1.5 km以?xún)?nèi)。人為污染嚴(yán)重的區(qū)域(四川盆地、華北平原、長(zhǎng)三角和珠三角區(qū)域)邊界層內(nèi)氣溶膠消光系數(shù)遞減率大于其他區(qū)域(塔克拉瑪干、青藏高原、黃土高原和華北平原區(qū)域)。(5)利用SACOL偏振激光雷達(dá)觀測(cè)的氣溶膠非球形將太陽(yáng)光度計(jì)觀測(cè)的氣溶膠分成球形、非球形和混合型氣溶膠三類(lèi)。SACOL的混合型氣溶膠散射和吸收能力都較強(qiáng)�；旌闲蜌馊苣z的地表冷卻效率(-139.8 Wm-2)最大,比球形和非球形氣溶膠(分別為-125.7和-122.3 Wm-2)分別大11.2%和14.3%�；旌闲蜌馊苣z大氣中的輻射加熱效率也最大(+79.9 Wm-2),比球形和非球形氣溶膠(分別為+66.4和+66.0 Wm-2)分別大20.3%和20.9%。大氣層頂處輻射冷卻效率與氣溶膠類(lèi)型的關(guān)系最小,球形、混合型和非球形氣溶膠在大氣層頂處的輻射冷卻效率分別為-59.3、-59.9和-56.3 Wm-2。(6)利用氣溶膠SSA譜特征將全球AERONET觀測(cè)的氣溶膠分成沙塵為主、黑碳為主和混合型三類(lèi)。研究發(fā)現(xiàn),東亞混合型氣溶膠能夠增強(qiáng)地表冷卻和大氣加熱效應(yīng)�；旌闲蜌馊苣z地表冷卻效應(yīng)和大氣加熱效應(yīng)的增強(qiáng)能夠抑制邊界層的發(fā)展,加重東亞區(qū)域的空氣污染。大氣中的氣溶膠都存在不同程度地混合,為更加精確地計(jì)算地-氣系統(tǒng)的輻射平衡,非常有必要在全球氣候模式中認(rèn)真考慮混合型沙塵氣溶膠的參數(shù)化。
【學(xué)位單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類(lèi)】：X513;X87
【部分圖文】：

型研究區(qū)域（方框）和 AERONET 站點(diǎn)（實(shí)心圓點(diǎn)）。圖中2 站點(diǎn)編號(hào)一致。圖中顏色表示格點(diǎn)海拔高度，來(lái)源于 CALIO2.5°（緯度×經(jīng)度）。表 2-2 典型區(qū)域 21 個(gè) AERONET 站點(diǎn)的基本信息Site nameLongitudeLatitudeAltitudeA

為主的氣溶膠，（b）黑碳為主的氣溶膠和（c）混合型氣溶膠RONET 站點(diǎn)。只有某類(lèi)氣溶膠在所在站點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到 5研究東亞混合型氣溶膠時(shí)用到全球共 290 個(gè) AERO-2），其中每個(gè)站點(diǎn)在沙塵為主、黑碳為主和混合型氣觀測(cè)樣本量達(dá)到 50。由于站點(diǎn)太多，將圖 2-2 中所有

3 截止 2017 年 2 月 27 日的 AERONET 觀測(cè)站點(diǎn)全球分布圖，來(lái)自 AERONETp://aeronet.gsfc.nasa.gov/。AERONET Version 2 的數(shù)據(jù)還提供了一套輻射參量，包括地表和大氣層通量、輻射強(qiáng)迫和輻射強(qiáng)迫效率等（Holben 等，2006）。瞬時(shí)的氣溶膠
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本文編號(hào)：2838879