泛第三极地区气溶胶光学特性及变化趋势研究

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以第三极-青藏高原为起点向西延伸面积约2000万平方公里的泛第三极地区是“一带一路”倡议的核心区,与30多亿人的生存与发展环境密切相关。相关研究表明,该地区在过去几十年中经历了大规模的加速变暖,这种变暖趋势被认为是使冰川退缩的主要原因,导致青藏高原及其周边地区河流径流湖水位增加,并对区域乃至全球的水文循环产生深远影响。已知吸收性气溶胶(如黑碳、有机碳和矿物沙尘)可以通过减少冰雪反照率和增加辐射强迫对冰川发挥巨大的融化潜力。因此,了解泛第三极地区及其周围环境中的气溶胶分布及微物理特性对于评估该地区的辐射强迫和气候效应影响具有重要意义。
  本研究利用十年的(2007-2016)主动(CALIOP/CALIPSO)和被动(MODIS/Aqua和OMI/Aura)卫星遥感观测研究了泛第三极地区的主导气溶胶类型、时空分布和垂直特征、光学特性以及变化趋势。研究结果表明:(1)整个泛第三极地区横跨“全球沙尘传输带”,自西向东表现为湿润-干旱半干旱-湿润气候特征,其周边存在大量生物质燃烧等人物污染排放区,因此沙尘、污染沙尘、抬升烟尘和污染性大陆/烟尘是泛第三极地区及其周围环境中最主要的气溶胶类型,并且在不同季节不同子区域占主导地位。(2)塔克拉玛干沙漠(TD)和伊朗高原(IP)以沙尘气溶胶为主导类型,沙尘的消光贡献分别占气溶胶总消光的97%和86%;烟尘气溶胶(包括抬升烟尘和污染性大陆/烟尘)是中欧(CE)和中南半岛(IC)的主导类型,抬升烟尘的消光贡献分别为32%和28%;青藏高原(TP)是整个泛第三极地区最洁净的地区。(3)气溶胶消光系数在泛第三极地区不同子区域均表现出随高度增加而递减,其中消光最强的气溶胶层(>0.1km-1)主要发生在4km以下,弱消光气溶胶层(>0.001km-1)分布在5-7km之间,8km以上大气中没有明显的气溶胶负荷,而青藏高原上空由于存在强烈的垂直输送可以使气溶胶层顶部(>0.0001km-1)最高达到约11km。(4)咸海地区的盐尘气溶胶相比源区矿物沙尘其不规则程度明显偏弱,粒径偏小,在CALIOP气溶胶分类算法中主要被识别为污染沙尘,并且其光学吸收能力与塔克拉玛干沙漠的源区沙尘相当,略大于伊朗高原的传输型沙尘。(5)泛第三极地区不同子区域的气溶胶变化趋势与不同主导气溶胶类型的贡献有关。中南半岛是泛第三极地区气溶胶变化趋势最显著的子区域,该地区总气溶胶在春季的显著上升趋势和秋、冬季节的显著下降趋势主要是由抬升烟尘导致;中欧地区总气溶胶在春季和冬季的下降趋势主要归因于污染沙尘和抬升烟尘的减少,表明该地区人为污染排放在减少;沙尘气溶胶占主导的伊朗高原在春季出现污染沙尘的显著增加,而总气溶胶的下降趋势表明沙尘气溶胶的减少对该地区的影响更显著;青藏高原是整个泛第三极地区气溶胶负荷最小的子区域,其上空气溶胶变化趋势并不明显。
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