非洲区域沙尘和生物质燃烧气溶胶与云的相互作用

来源 :南京气象学院 南京信息工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:woyuxiandai
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利用观测资料和模型进行气溶胶与云相互作用(ACI)的研究有助于理解大气气溶胶在天气和气候中的作用,但仍然存在很大的不确定性。本文主要研究非洲西北(WNA)和非洲中南部(CSA)区域以沙尘(Du)和生物质燃烧(BB)为主的ACI空间和垂直分布。利用气溶胶网络(AERONET),中等分辨率成像光谱辐射计(MODIS),为空间激光雷达模拟的垂直气溶胶结构激光雷达气候(LIVAS)提供的观测数据及几种气溶胶对比模型资料。根据AERONET和MODIS在非洲西北区域5个站点和非洲中南部区域5个站点的观测数据,基于3种空气质量情况,即清洁环境(气溶胶光学厚度AOD<0.3),中度污染环境(AOD:0.3~0.6)及重度污染环境(AOD>0.6),分析了气溶胶与云相互作用在上午和下午的变化。清洁环境时,在非洲西北和非洲中南部区域,上午气溶胶光学厚度和液态云有效半径之间分别存在高的正相关性(0.69)和低的负相关性(-0.45),而AOD与冰云有效半径存在低的负相关性(-0.22)和高的负相关性(-0.55);下午AOD与液态水有效半径之间分别存在高的正相关性(0.71)和高的负相关性(-0.66),而气溶胶光学厚度和冰云有效半径存在高的正相关性(0.64)和低的负相关性(-0.20);AOD与液态云光学厚度(LCOT),冰云光学厚度(ICOT),液体云水路径(LCWP),冰云水路径(ICWP)之间存在低的正或负相关性。中度污染环境时,在非洲西北和非洲中南部区域,早晨的气溶胶光学厚度和液态云有效半径之间存在低的正相关性(0.22)和高的正相关性(0.65),而下午的AOD和液态云有效半径之间存在低的负相关性(-0.25)和高的负相关性(0.65);下午AOD与冰云光学厚度之间存在低的正相关性(0.05)和高的负相关性(-0.68),而AOD与冰云水路径之间存在低的正相关性(0.20)和高的负相关性(-0.75)。重度污染环境时,在非洲西北和非洲中南部区域,早晨的AOD与液态云光学厚度之间存在高的正相关性,分别为0.57和0.68,下午时分别存在低的正相关性(0.10)和高的负相关性(-0.71);而下午AOD与冰云光学厚度之间分别存在低的负相关性(-0.22)和高的负相关性(-0.99),AOD与液体云水路径分别存在低的正相关性(0.18)和高的负相关性(-0.89),而AOD与冰云水路径之间分别存在低的负相关性(-0.22)和高的负相关性(-0.99)。在非洲西北和非洲中南部区域下午时的气溶胶与云相互作用呈现高的正相关性和负相关性。AERONET和MODIS之间的统计学方法与基于MODIS的AOD和云微物理参数(CMM)之间的空间相关性是一致的,因为在主要Du和BB区域的早晨和下午它们都显示出显着的正相关和负相关。在非洲西北Du和BB的混合区域显示负相关性,表明BB在改变Du属性中的作用。一些气溶胶对比模型与MODIS有很好的一致性,表现为非洲北部的沙尘(Du)和非洲中部、非洲西部海岸及非洲南部的生物质燃烧(BB)存在正相关性和负的相关性。在气溶胶间接效应(AIE)显著的区域存在明显的干沉降和湿清除作用,表明在中非和西非海岸沉降作用对AIE发挥主要作用。云凝结核的过饱和度有助于气溶胶间接效应的产生,需要考虑。HadGEM3-A-GLOMAP显示,在非洲中南部和非洲西部云凝结核的过饱和度的增加和减少与气溶胶间接效应存在直接关系,而GEOS-5显示当存在气溶胶间接效应时云凝结核无显著变化。BB区域AEC和ABC在532nm和1024nm波段的最大值均高于Du区域。Du区域的ADR要明显高于BB区域,Du区域的CDR要低于BB区域。在WNA和CSA地区CEC和CBC随高度的变化不明显,但是CDR随高度增加而增加,主要是由于非洲西北部卷云所占比例较低。高积云具有高的消光系数,非洲北部为0.0139 km-1,非洲中部为0.058 km-1,非洲西部为0.013 km-1,非洲南部阴天为0.76km-1.当考虑到云的类型所起的不同作用时,可以提高对空间和垂直的气溶胶与云相互作用的认识。
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