本文關(guān)鍵詞：基于星載激光雷達(dá)的人為沙塵氣溶膠探測研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《蘭州大學(xué)》 2015年

基于星載激光雷達(dá)的人為沙塵氣溶膠探測研究

劉晶晶  

【摘要】：云和氣溶膠的輻射效應(yīng)是氣候系統(tǒng)中最不確定的因素之一,沙塵氣溶膠作為主要的氣溶膠類型在全球能量平衡中扮演著重要的角色,因此準(zhǔn)確區(qū)分大氣中的云和沙塵氣溶膠對于減小氣候系統(tǒng)的不確定性具有非常重要的意義。以往的研究大多將沙塵簡單的當(dāng)作自然氣溶膠,關(guān)于人為沙塵方面的觀測研究非常缺乏,其在大氣中所占的比例、輻射強(qiáng)迫以及對氣候變化的影響等更是存在很大的不確定性。因此迫切需要相關(guān)觀測資料和識(shí)別方法來改進(jìn)對人為沙塵的認(rèn)識(shí)。近年來,星載激光雷達(dá)作為一種先進(jìn)的主動(dòng)遙感儀器,具有時(shí)空分辨率高,能夠?qū)崿F(xiàn)全球覆蓋以及垂直方向探測等獨(dú)特優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用于各研究領(lǐng)域。因此本文以CALIPSO星載激光雷達(dá)為主要研究手段,系統(tǒng)開展了識(shí)別人為沙塵氣溶膠的相關(guān)研究工作：(1)驗(yàn)證CALIPSO衛(wèi)星沙塵氣溶膠識(shí)別的準(zhǔn)確性。將CALIPSO, CloudSat以及MODIS衛(wèi)星聯(lián)合觀測的結(jié)果作為標(biāo)準(zhǔn),對比分析結(jié)合主被動(dòng)遙感方法,CALIPSO第三版以及第二版中云和氣溶膠的分類算法(分別為CLIM,V3-CAD, V2-CAD)對2007年春季撒哈拉地區(qū)云和沙塵氣溶膠的識(shí)別情況。發(fā)現(xiàn)三種方法總的誤判率分別為1.16%,2.01%和16.39%。其中,CLIM方法總的沙塵誤判率為2.45%,低于V3-CAD方法4.18%,同時(shí)低于V2-CAD方法16.58%。因此,不管是總的誤判率還是沙塵的誤判率,CLIM方法的誤判率都是最低的,其次是V3-CAD方法,說明V3-CAD方法在V2-CAD方法的基礎(chǔ)上對云和氣溶膠的分類有很大的改進(jìn)。該結(jié)果有助于我們驗(yàn)證和評估之前利用V2-CAD數(shù)據(jù)進(jìn)行的研究成果,同時(shí)也為我們后面章節(jié)中使用V3-CAD數(shù)據(jù)中的沙塵氣溶膠類型來識(shí)別人為沙塵氣溶膠提供了理論支持。(2)利用CALIPSO衛(wèi)星計(jì)算與人類活動(dòng)密切相關(guān)的邊界層高度。一般來說,來自于沙漠的沙塵傳輸一般發(fā)生在邊界層之上,而人為沙塵氣溶膠通過局地湍流、風(fēng)速等在邊界層之內(nèi)活動(dòng)。因此,準(zhǔn)確反演邊界層高度是區(qū)分人為沙塵和自然沙塵的一個(gè)重要前提。本文改進(jìn)了最大標(biāo)準(zhǔn)差方法,利用CALIPSO衛(wèi)星觀測的532nm消光后向散射來反演邊界層高度,并獲得了中國地區(qū)邊界層高度的季節(jié)性分布(僅云量小于5%的情況被反演)。利用蘭州大學(xué)SACOL站點(diǎn)地面激光雷達(dá)反演的邊界層高度進(jìn)行驗(yàn)證,CALIPSO衛(wèi)星反演的邊界層高度與地面激光雷達(dá)之間的相關(guān)性達(dá)到0.73,具有較好的一致性。中國地區(qū)邊界層高度的高值區(qū)全年集中在青藏高原和沿海地區(qū),而低值區(qū)主要出現(xiàn)在柴達(dá)木盆地和冬季的東北部地區(qū)。此外,本文對比評估了在不用地表類型下CALIPSO與ECM WF反演的邊界層高度數(shù)據(jù)。結(jié)果表明：在草地和裸露的地表下,ECMWF反演的邊界層高度高于CALIPSO, 而ECMWF的低估主要集中在水面和森林地區(qū)的春夏季。(3)在上述兩個(gè)研究工作基礎(chǔ)之上提出人為沙塵識(shí)別方法。這種方法綜合利用CALIPSO衛(wèi)星獲得的邊界層高度、人為沙塵與自然沙塵后向散射以及退偏比等光學(xué)特性的差異、MODIS地表類型等依據(jù)來識(shí)別人為沙塵氣溶膠的新方法,從而獲得了全球人為沙塵的分布及其在全球總沙塵中所占的比例,確定了人為沙塵和自然沙塵區(qū)域排放的相對貢獻(xiàn)。結(jié)果表明：人為沙塵占全球陸地沙塵排放總量的24.8%,其中52.5%來自于半干旱和半濕潤地區(qū)。其中,中國東部和印度地區(qū)的人為沙塵明顯高于全球其他區(qū)域。印度地區(qū)年平均人為沙塵柱含量最高,而北美地區(qū)最小。中國東部地區(qū)以人類活動(dòng)產(chǎn)生的沙塵氣溶膠為主,人為沙塵貢獻(xiàn)高達(dá)91.8%,非洲地區(qū)人為沙塵(56.8%)和自然沙塵貢獻(xiàn)相當(dāng)。本文對人為沙塵的識(shí)別將有助于我們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)人為沙塵氣溶膠的氣候效應(yīng)。

【關(guān)鍵詞】：
【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】：2015
【分類號】：P412.2
【目錄】：

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3 陳進(jìn)華;沙塵氣溶膠粒子短波輻射效應(yīng)的數(shù)值研究[D];南京信息工程大學(xué);2007年

4 孔丹;塔克拉瑪干沙漠腹地2007年春夏季輻射及沙塵氣溶膠特征分析[D];新疆師范大學(xué);2008年

5 熊潔;全球主要沙塵源區(qū)分布及其沙塵氣溶膠變化特征的模擬分析[D];南京信息工程大學(xué);2013年

6 顧宇丹;沙塵氣溶膠瞬時(shí)譜演變特征及擬合研究[D];南京信息工程大學(xué);2006年

7 郭瑞;中國戈壁沙塵氣溶膠的表征、識(shí)別、長途傳輸及其對下游區(qū)域環(huán)境的影響[D];復(fù)旦大學(xué);2010年

8 趙樹云;利用耦合系統(tǒng)BCC_AGCM2.0.1_CAM模擬沙塵氣溶膠的輻射強(qiáng)迫與氣候效應(yīng)[D];南京信息工程大學(xué);2012年

9 劉菲;沙塵氣溶膠輻射特性的初步研究[D];南京信息工程大學(xué);2006年

10 凌肖露;沙塵氣溶膠對中國半干旱區(qū)近地層氣象要素影響的特征分析[D];蘭州大學(xué);2011年

  本文關(guān)鍵詞：基于星載激光雷達(dá)的人為沙塵氣溶膠探測研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：165775