中国气溶胶气候学地面遥感：气溶胶光学特性，直接辐射效应及其参数化外文翻译资料

 2022-11-30 16:56:32

英语原文共 9 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

中国气溶胶气候学地面遥感：气溶胶光学特性，直接辐射效应及其参数化

X. Xia,H. Che,J. Zhu,H. Chen,Z. Cong,X. Deng,X. Fan,Y. Fu,P. Goloub,H. Jiang,Q. Liu,B. Mai,P. Wang,Y.Wu,J. Zhang,R. Zhang,X. Zhang

摘要 气溶胶光学特性和气溶胶直接辐射效应（ADRE）的时空变化被研究于基于高质量气溶胶数据的21个太阳光度计站，其至少4个月的有价值测量在中国大陆和香港。从而提出参数化来描述ADRE与550nm气溶胶光学厚度（AOD）和550nm单次散射反照率（SSA）的关系。 在中东和华南地区，在燃烧季节始终会观察到最大的AOD，表明生物质燃烧对AOD的重大贡献。在春季，沙尘气溶胶对AOD的贡献大幅度下降，影响因素从源地区向下游地区逐渐减小。在中国中东，南部和西北部AOD（AOD 小于0.10）背景水平的出现频率非常有限（分别为0.4％，1.3％和2.8％）。但在华北地区为15.7％。大气在西藏高原处于原始状态，那里92.0％的AOD 小于0.10。区域的550nmSSA平均值是0.89-0.90，尽管SSA显示出实质的场地和季节依赖性。 在太阳天顶角为60plusmn;5°处于大气顶部和底部的ADRE 分别是16-37Wm-2和66-111Wm-2。ADRE效率显示出轻微的区域依赖性。AOD和SSA一起占据了大气底层和顶部的ADRE变异性的94％和87％。中国ADRE的总体情况是，气溶胶可以冷却气候系统，减少地表太阳辐射并加热大气。

关键字 气溶胶 光学特性 气溶胶直接辐射效应

1.引言

中国作为世界人口最多，发展最快的国家，经济的快速增长导致大气环境逐渐下降。最近的研究表明，气溶胶加载量的增加可能对天气和气候有显着的影响。例如，全球表面和直接太阳辐射在1961年至2000年期间每十年下降约8.6％和4.6％。气溶胶很可能是四川盆地和中国中部东部地区降温趋势的主要动力。气溶胶对云的影响可能会引起降水模式的巨大变化，反过来又可能会改变区域水资源，而且也会改变区域和全球流通体系。气溶胶，云及其与气候的相互作用仍然是气候变化最不确定的领域，需要多学科的协调研究工作。

对流层气溶胶在时间和空间上都是高度可变的。对气溶胶光学特性的全面了解是进一步了解气溶胶-云-辐射相互作用的基础，从而成为降低气溶胶的天气-气候影响的不确定性的重要基础。使用太阳光度计的地面遥感气溶胶光学特性被认为是准确表征气溶胶光学特性的重要方法，因为其广泛的角度和光谱测量太阳和天空辐射。数据被广泛用于揭示气溶胶光学特性的时空变化，评估卫星和模型气溶胶产品，并用于研究气溶胶-云-辐射相互作用。

  1. 过去中国气溶胶光学特性遥感研究

自20世纪80年代初以来，太阳光度计已经被用来观察气溶胶。1980年7月至1981年7月期间北京500 nm处的气溶胶光学厚度（AOD）从0.31（9月）升至0.65（5月）。Lu等人提出从频谱消光和前向散射辐射的同时测量中反演气溶胶大小分布。1981年冬季进行了一场场地实验，以测试这项建议，显示气溶胶尺寸分布在0.1-10mu;m以内的可以被反演出。Qiu和Zhou等人进一步研究了气溶胶粒度分布，折射率和表面反射率的天空信息含量。气溶胶折射率从北京的天空辐射测量中分别在加热和非加热期分别为1.517-0.034i和1.533-0.016i。

自20世纪90年代末以来取得了很大进展。在四个工作站进行了一年的AOD测量。由于国际合作，自二十世纪二十年代初以来，已经建立了几个SKYNET站。自2004年8月开始，在24个工作站的手持式太阳光度计已经对四个波长的AOD进行了广泛的测量。数据用于揭示AOD的空间-时间变化，并对气溶胶类型进行分类。从AOD和大气顶部（TOA）的卫星测量反射辐射度反演500nm处的气溶胶单散射反照率（SSA）。2005年全国500nm处SSA的范围在0.89plusmn;0.04。

2001年春季，华北地区首次建立了四个气溶胶自动观测网络（AERONET）。将沙尘源区的气溶胶光学特性与下风区进行了比较，研究了气溶胶光学特性的潜在变化。2002年春以来，全国共设立了30多个AERONET站。其中，在多个AERONET工作站进行长期测量，例如，自2002年4月起在北京，2004年9月起在香河，2005年9月起在太湖，以及2006年7月起在兰州（SACOL）。此外，中国气象局于2002年成立了中国气溶胶研究网络（CARSNET），拥有20多个站点。在这些测量的基础上研究了气溶胶光学特性和气溶胶直接辐射效应（ADRE）的气候学。例如，在北京观测到AOD和SSA的季节变化明显，即夏季较高，冬季较低，与表面气溶胶浓度有很大不同。在春季观察到中国西北部春季最大AOD。估计了塔克拉玛干沙漠中的沙尘气溶胶吸收和吸收大气的大气加热。

本研究的目的是提出基于气溶胶光学数据的气溶胶光学特性的空间-时间变化，其中21个太阳光度计站具有至少四个月的测量值。这是首次尝试将地面遥感数据尽可能多地结合起来，以揭示中国气溶胶光学特性的时空变化性。首先揭示气溶胶光学特性的不同季节变化。然后进行底部（BOA）和大气顶部的气溶胶直接辐射效应的分析。最后，建立了ADRE与AOD和SSA在550 nm处的关系的参数化（以下未指定AOD和SSA）。本文的结构如下。站点和数据将在以下部分中介绍。第3节介绍了中国不同地区气溶胶光学特性的季节变化。第4节提出参数化，以揭示ADRE如何随AOD和SSA而变化。 第5节总结了研究和主要成果。

3.站点和数据

有四十二个太阳光度计观测站点的气溶胶光学数据可以进行至少一个月的测量。为了呈现气溶胶光学特性的时空变化的气候方面，使用了超过四个月测量的21个站。考虑到主要的气溶胶类型和邻近的源区，这些站已分为5个区域，即:R1：南，西南; R2：中东中国; R3：北方和东北; R4：西北地区; R5：青藏高原。表1总结了所有工作站的信息。

图 1太阳光度计站的空间分布。工作站分为五个区域，即：R1：南，西南; R2：中东中国; R3：北方

和东北; R4：西北地区; R5：青藏高原。

表1

21个站点的站点信息用于分析。

地区

站台信息

R1

昆明25.01°N, 102.65°E,1889 m a.s.l.，城市，265天，2012.04-2013.08

番禺23.00°N,113.35°E, 182 m a.s.l.，城市，140天，2011.01-2013.12

香港理大22.30°N, 114.18°E, 30 m a.s.l，城市，741天，2005.04-2011.10

香港鹤咀村.22.21°N, 114.26°E, 80 m a.s.l.，城市，186天，2007.11-2010.07

香港上环22.48°N, 114.12°E, 40 m a.s.l.，城市，97天，2012.02-2013.07

R2

合肥31.98°N, 116.38°E, 92 m a.s.l.，城市，271天，2011.01-2013.11

太湖31.42°N, 120.22°E, 20 m a.s.l.，城市，936天，2005.09-2012.10

寿县32.56°N,116.78°E, 22 m a.s.l.，郊区，90天，2008.05-2008.12

汉州-津巴布韦30.26°N, 119.73°E, 14 m a.s.l.，城市，50天，2007.08-2008.11

R3

北京39.98°N, 116.38°E, 92 m a.s.l.，城市，2431天，2001.03-2012.08

香河39.75°N, 116.96°E, 36 m a.s.l.，郊区，1849天，2001.03-2012.05

兴隆40.40°N, 117.58°E, 970 m a.s.l.，山区，1090天，2001.03-2012.05

通宇44.42°N, 122.92°E, 182 m a.s.l.，乡村，834天，2010.01-2013.12

R4

敦煌40.09°N, 94.41°E, 1140 m a.s.l.，绿洲，506天，2011.11-2013.12

榆林38.28°N, 109.72°E, 1080 m a.s.l.，城市，213天，2001.04-2002.10

兰州36.03°N, 103.53°E, 1517 m a.s.l.，城市，336天，2012.06-2013.12

SACOL35.95°N, 104.14°E, 1965 m a.s.l.，乡村，1296天，2006.01-2012.08

R5

拉萨29.50°N, 91.13°E, 3648 m a.s.l.，青藏高原城市站，333天，2011.12-2013.12

NAM_CO, 30.77°N, 90.96°E, 4740 m a.s.l.，山区，626天，2006.08-2011.01

QOMS_CAS, 28.36°N, 86.95°E, 4276 m a.s.l.，山区，660天，2010.09-2012.12

Mt_WLG, 36.28°N, 100.90°E, 3816 m a.s.l.,山区，309天，2009.09-2012.12

这些站台使用了CE-318太阳/天空辐射计。辐射计测量波长为340 nm至1020 nm的直接太阳光谱辐射，以及440,675,870和1020 nm的天空辐射角分布。AOD精度估计为0.01〜0.02。由于气溶胶前向散射的影响，AOD的模拟误差低于AERONET 2.0级数据的99.53％的AOD校准不确定度。Aring;ngstrom指数（AE）由AOD在440和870 nm计算。反演算法从辐射和AOD的almucantar扫描中检测气溶胶光学特性。气溶胶反演算法由Dubovik和King（2000）开发，然后进一步改进以考虑气溶胶的非球形度。对于440nmgt; 0.4的AOD，SSA不确定度估计小于0.03。反演算法还计算宽带太阳辐射。BOA在不同气溶胶环境下的太阳辐射产品与表面测量结果非常一致。ADRE衍生为当前和没有气溶胶的模型计算之间的TOA和BOA的净太阳辐射的差异。

4.气溶胶光学特性的时空变化

气溶胶根据气溶胶的大小和吸收分为不同类型。在文献中通常使用AOD与AE或细模态占AOD分数（FMF）与SSA。这里我们使用这两种方法对气溶胶类型进行分类。对于前一种方法，AOD lt;0.10的情况定义为气溶胶含量的背景水平。AODgt; 0.10的案例分为三组，即AE lt;0.20的沙尘，AE的污染沙尘在0.20-0.60以内，AEgt; 0.60的精细模式主导的气溶胶。FMF和AE数据的分析显示，这些FMF阈值（0.30和0.50）分别等于0.20和0.60的AE值。因此，沙尘和污染的沙尘被定义为FMF lt;0.30和FMF在0.30-0.50以内的气溶胶。细模态主导的气溶胶（FMFgt; 0.50）根据其SSA值分为四组，即SSA lt;0.85，SSA为0.85-0.90，中度吸收，SSA为0.90-0.95，弱吸收， 非常弱吸收SSAgt; 0.95。AOD与AE的沙尘和污染沙尘类型的发生频率比FMF与SSA的发生频率稍大，因为一部分数据被前者分类为气溶胶的背景水平。图2表示五个地区每个站点的月平均AOD和AE; 此外，除了R5之外，所有地区的月平均SSA也被提出。每个站点的年平均AOD，AE和SSA列于表2。 图3给出了AOD和AE（上图）和FMF和SSA（底图）的相对数密度图。

图2.在五个地区的每个站点，550 nm处的气溶胶光学厚度（上图），波长指数（440-870 nm）（中图）和550 nm处的单散射反照率（下图）的月平均值和一个标准偏差。

表2

550 nm处的年平均气溶胶光学厚度，550 nm处的波长指数和单散射反照率。

地区

观测站

AOD550nm

AE440-870nm

SSA550nm

R1

昆明

番禺

香港理大

香港鹤咀村

香港上环

0.28plusmn;0.15

0.55 plusmn; 0.23

0.46 plusmn; 0.24

0.39plusmn;0.18

0.37 plusmn; 0.18

1.30 plusmn; 0.26

1.27 plusmn; 0.19

1.30 plusmn; 0.20

1.28 plusmn; 0.20

1.09 plusmn; 0.21

0.87 plusmn; 0.03

0.90 plusmn; 0.02

0

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[25632]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

原文和译文剩余内容已隐藏，您需要先支付 30元 才能查看原文和译文全部内容！立即支付

以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。

您可能感兴趣的文章