本文選題：氣溶膠光學(xué)厚度 + 氣溶膠類型��； 參考：《東華大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：氣溶膠-云-輻射的作用機制是大氣科學(xué)領(lǐng)域亟需解決的重大科學(xué)問題之一。本文利用“A-Train”衛(wèi)星編隊中的Aqua和CALIPSO衛(wèi)星聯(lián)合觀測,以及時間上形成互補的上午星Terra和下午星Aqua上共同搭載的MODIS傳感器,獲得的氣溶膠和云以及氣象要素信息,同時利用地面微脈沖激光雷達提供的氣溶膠垂直信息,建立上海地區(qū)氣溶膠-云數(shù)據(jù)庫,分析上海地區(qū)氣溶膠三維時空分布特征,研究氣溶膠對低層暖云的影響機制,并探討氣溶膠層與云層在垂直方向上的距離對氣溶膠-云相互作用的影響,最后利用最新的Accu RT輻射傳輸模式系統(tǒng)定量評估氣溶膠和云的輻射效應(yīng)。主要的結(jié)論如下:(1)基于MODIS十年觀測數(shù)據(jù)可知,整個上海中心城區(qū)和大部分郊區(qū)的氣溶膠光學(xué)厚度(AOD)均值在0.9~1.0之間,其中,中心城區(qū)以細粒子氣溶膠污染為主,郊區(qū)則以粗粒子為主。氣溶膠的季節(jié)變化明顯,夏季氣溶膠污染最重,春季和冬季次之,秋季最輕。春季,受到北方沙塵天氣的影響,上海地區(qū)近地面和高空(3 km以上)均出現(xiàn)了較多的礦物沙塵型氣溶膠,且高空多于近地面。夏季氣溶膠細粒子的貢獻明顯多于其他季節(jié),這與二次有機氣溶膠的增多密切相關(guān),污染沙塵型、污染大陸型(即城市/工業(yè)型)和煙塵型氣溶膠是主要污染類型,均為本地及周邊排放產(chǎn)生。秋季出現(xiàn)的氣溶膠也不涉及長距離輸送,多為局地產(chǎn)生的污染沙塵型、污染大陸型和煙塵型氣溶膠等。冬季,上海的高空出現(xiàn)了一定的煙塵型氣溶膠,這與北方突發(fā)性的霾污染事件有關(guān),另外,污染沙塵型和污染大陸型氣溶膠也是主要的氣溶膠類型。(2)霾和浮塵污染的對比研究表明,霾期間的氣溶膠主要由本地污染源產(chǎn)生,垂直方向上沿著高度逐漸抬升,氣溶膠消光作用在抬升過程中逐漸減弱;浮塵天氣的氣溶膠則主要是受到遠距離傳輸?shù)挠绊?并由高空向地面沉降,在沉降過程中消光作用逐漸增強。浮塵氣溶膠的AOD均值略高于霾氣溶膠,但是,低空霾氣溶膠的消光系數(shù)大于浮塵氣溶膠。此外霾天氣邊界層高度和污染狀況互相影響,而浮塵天氣污染情況受大氣邊界層影響較小。(3)氣溶膠光學(xué)厚度、云量(CF)、水汽總量(WV)和K指數(shù)(K)呈現(xiàn)相似的年變化特征,年內(nèi)最大值均出現(xiàn)在夏季,但云量的最大峰值出現(xiàn)的時間略滯后于氣溶膠光學(xué)厚度。水汽總量和大氣穩(wěn)定度對云的水平和垂直發(fā)展影響要大于氣溶膠對其的影響。水汽含量越多、大氣越不穩(wěn)定,越利于云的發(fā)展。隨著大氣穩(wěn)定程度的減弱,氣溶膠對云量的影響也迅速減弱;但氣溶膠對云頂氣壓的影響有增強趨勢。排除氣象條件的影響,上海地區(qū)氣溶膠的增多會導(dǎo)致云量的減少、云頂氣壓值的減小、云頂高度的增加,不利于云的水平發(fā)展,但有利于云的垂直向上發(fā)展。(4)氣溶膠光學(xué)厚度對云粒子等效半徑的影響與云液態(tài)水含量(LWP)、水汽總量(WV)及氣溶膠層與云底的垂直距離(△H)密切相關(guān)。研究表明,上海地區(qū)氣溶膠對云粒子大小的影響既遵循“Twomey”效應(yīng),又出現(xiàn)了反“Twomey”效應(yīng),這主要是由于不同的LWP造成的。當(dāng)LWP50 g m-2,云粒子隨著LWP的增大迅速增大,出現(xiàn)反“Twomey”效應(yīng);當(dāng)50 g m-2LWP150 g m-2,云粒子等效半徑隨著氣溶膠的增多而減小,遵循“Twomey”效應(yīng)。而WV和△H對氣溶膠的第一間接效應(yīng)影響很大,水汽含量越多,氣溶膠對云粒子等效半徑的影響越小,水汽含量越少,氣溶膠對云粒子等效半徑的影響越大;隨著△H的增加,氣溶膠與云的相關(guān)性逐漸減弱,當(dāng)二者距離大于150 m,幾乎無相關(guān)性。(5)無論是在大氣層頂、大氣中還是地表處,上海地區(qū)氣溶膠的短波輻射效應(yīng)均表現(xiàn)為冷卻作用,輻射強迫的絕對值隨著高度的下降逐漸增大,氣溶膠在地表的冷卻作用要強于大氣層頂。在大氣層頂,云的短波輻射強迫因受到氣溶膠的影響而削減,云的冷卻作用受到了抑制;在地表,氣溶膠的存在反而加強了云的短波輻射冷卻效應(yīng),共同使地表降溫。氣溶膠和云都能增強大氣吸收率,削減達到地面的太陽輻射,對地表起冷卻作用,而且云層的出現(xiàn)對其上層和下層大氣的吸收率都有影響,其對云上大氣的吸收率的影響要大于云下大氣。
[Abstract]:The action mechanism of aerosol cloud radiation is one of the most important scientific problems to be solved in the field of atmospheric science. This paper uses the joint observation of Aqua and CALIPSO satellites in the "A-Train" satellite formation, and the MODIS sensors co loaded on the complementary morning star Terra and the afternoon star Aqua, and the aerosol and cloud and gas obtained by the formation of the complementary morning star Terra and the afternoon star Aqua. Like element information and using aerosol vertical information provided by ground micro pulse lidar, the aerosol cloud database in Shanghai area is established, the three-dimensional spatial and temporal distribution characteristics of aerosol in Shanghai area are analyzed, the influence mechanism of aerosol on the low layer warm cloud is studied, and the distance between aerosol layer and cloud layer in the vertical direction is discussed. The influence of interaction, finally using the latest Accu RT radiation transmission model system to quantify aerosol and cloud radiation effects. The main conclusions are as follows: (1) based on the MODIS ten year observation data, the mean value of aerosol optical thickness (AOD) in the central and most suburban areas of Shanghai is between 0.9~1.0, of which the central urban area is fine. The main aerosol pollution is particle aerosol, and the suburb is dominated by coarse particles. The seasonal change of aerosol is obvious, the aerosol pollution is the heaviest in summer and the lowest in spring and winter. In spring, it is affected by the sand dust weather in the north. In Shanghai area, there are more mineral dust aerosols near the ground and above the altitude (3 km above), and the altitude is more than near the near. The contribution of aerosol fine particles in summer is more than that of other seasons, which is closely related to the increase of two organic aerosols. The main pollution types are contaminated sand dust type, pollution continental type (city / industrial type) and smoke aerosol type, which are both local and peripheral emissions. In winter, a certain amount of smoke and dust aerosol appeared in Shanghai, which is related to the sudden haze pollution in the north. In addition, the polluted and polluted continental aerosols are also the main aerosol types. (2) a comparative study of haze and dust pollution The aerosol in the haze period is mainly produced by the local pollution source, rising gradually along the height in the vertical direction. The aerosol extinction effect is gradually weakened during the uplifting process. The aerosols in the floating dust weather are mainly affected by the long distance transmission, and the sedimentation process is gradually enhanced. The AOD mean value of the gel is slightly higher than the haze aerosol, but the extinction coefficient of the low altitude haze aerosol is greater than that of the dust aerosol. In addition, the boundary layer height and pollution condition of the haze weather affect each other, and the dust weather pollution is less affected by the atmospheric boundary layer. (3) the aerosol optical thickness, cloud amount (CF), the amount of water vapor (WV) and the K index (K) show similar years. The maximum peak value of the annual variation appears in summer, but the maximum peak time of the cloud is lagging behind the aerosol optical thickness. The effect of water vapor and atmospheric stability on the level and vertical development of the cloud is greater than that of the aerosol. The more the water vapor content, the more unstable the atmosphere is, the more conducive to the development of the cloud. With the stability of the atmosphere, the more the atmospheric stability is. The effect of aerosol on cloud top pressure has a tendency to increase rapidly. However, the effect of aerosol on cloud top pressure is enhanced. The increase of aerosol in Shanghai region will lead to the decrease of cloud amount, the decrease of cloud top pressure and the increase of cloud top, which is not conducive to the development of cloud level, but is beneficial to the vertical upward of cloud. (4) the effect of aerosol optical thickness on the equivalent radius of cloud particles is closely related to the cloud liquid water content (LWP), the total amount of water vapor (WV) and the vertical distance (delta H) of the gas soluble film and cloud bottom (delta H). The study shows that the effect of aerosol on the size of cloud particles in the Shanghai area follows the "Twomey" effect, and the anti "Twomey" effect appears mainly. It is caused by different LWP. When LWP50 g m-2, the cloud particles increase rapidly with the increase of LWP, and there is an anti "Twomey" effect. When 50 g m-2LWP150 g m-2, the equivalent radius of the cloud particles decreases with the increase of aerosols and follows the "Twomey" effect. The smaller the effect of the sol on the equivalent radius of the cloud particles, the less the water vapor content, the greater the effect of aerosol on the equivalent radius of the cloud particles. With the increase of delta H, the correlation between aerosols and clouds gradually weakened. When the distance between the two is greater than 150, there is almost no correlation. (5) in the top of the atmosphere, in the atmosphere or at the surface, the aerosol in Shanghai area The effects of short wave radiation are all cooling, the absolute value of the radiation forcing increases gradually with the height, and the cooling effect of the aerosol on the surface is stronger than the top of the atmosphere. The cooling effect of the short wave radiation of the cloud is strengthened and the surface temperature is cooled together. Aerosols and clouds can increase the absorption rate of the atmosphere, reduce the solar radiation reaching the ground and play a cooling effect on the surface, and the appearance of the clouds has an influence on the absorption rate of the upper and lower atmosphere, and its influence on the absorption rate of the upper atmosphere is greater than that under the cloud. Gas.

【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X513;P426.5

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