长三角背景区域相对湿度对大气气溶胶散射特征影响的观测与模拟研究

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气溶胶吸湿特征的准确描述对于减小气溶胶辐射强迫评估中的不确定性、更准确地模拟气溶胶辐射强迫和大气能见度都有非常重要的意义。本研究于2014年8月-2015年7月在临安大气区域本底站进行了为期一年的气溶胶散射吸湿增长特征观测。研究发现,临安地区气溶胶散射系数σsp、后向散射系数σbsp和吸收系数σap(550 nm波长下)年平均值分别为197±147 Mm-1、26±17 Mm-1和20±15 Mm-1。单次散射反照率、半球后向散射比和?ngstr?m指数的年平均值为0.89±0.04,0.14±0.02和1.63±0.28。80%相对湿度下年平均散射吸湿增长因子f(80%)、后向散射吸湿增长因子fb(80%)和后向散射比吸湿增长因子fb(80%)分别1.71±0.161、1.29±0.085和0.78±0.037,向上散射比β?由干状态下的0.271±0.016降低到80%的0.236±0.016,气溶胶吸湿能力冬春较高、夏秋较低。临安地区气溶胶散射吸湿增长数据可由参数化公式f(RH)=1+aRHb较好模拟,按照不同散射吸湿增长特征分类给出了参数化拟合结果。研究验证了粒径吸湿增长因子g(RH)不同计算方法(a)Petters和Kreidenweis(2007)的κ-K?hler简化公式、(b)Tang(1996)的经验公式和(c)ISORROPIA II模型在临安散射吸湿增长模拟中的可行性,可以为模式模拟、辐射计算和遥感资料分析等提供有用信息。敏感性实验表明化学组分通过影响气溶胶粒径吸湿增长因子g(RH)是气溶胶散射吸湿增长因子最重要的影响因子,其次是气溶胶数浓度谱的中值粒径和谱宽,干状态下气溶胶的复折射指数的实部和虚部均对气溶胶散射吸湿增长因子影响很小。对于临安地区,当环境相对湿度高于60%时极易发生霾,一旦干状态下散射系数超过100 Mm-1,大气能见度就极有可能低于10 km;环境湿度高于80%时,临安极易发生重度霾,一旦干状态下散射系数超过100 Mm-1,大气能见度极有可能低于5 km。研究定量评估了气溶胶在环境相对湿度下吸湿增长吸收水分对大气总消光及气溶胶直接辐射强迫的贡献。研究时段临安大气环境相对湿度年平均值为78.9%,由于气溶胶在环境湿度下吸湿增长吸收水分造成大气散射的增加对大气消光的贡献的年均值41%;80%相对湿度下气溶胶直接辐射强迫是干状态下气溶胶直接辐射强迫的1.57倍,在临安地区全年的观测中,由于气溶胶在环境相对湿度下吸湿增长吸收水分造成的气溶胶直接辐射强迫与干状态下气溶胶直接辐射强迫的比值约1.3-1.9,气溶胶吸湿增长吸收水分对气溶胶直接辐射强迫的贡献约为23%-47%。
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