长江三角洲地区气溶胶光学特性及其辐射强迫

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气溶胶已对人体健康和全球气候产生了重要的影响。长江三角洲地区是中国气溶胶高值区之一,研究这一地区的气溶胶光学特性和辐射强迫具有重要意义。本文利用气溶胶自动监测网(AERONET)数据、相对湿度和辐射等地面气象资料,结合MODIS气溶胶产品,研究了长江三角洲地区气溶胶的光学特性、辐射效应及其时空分布状况。首先,利用AERONET资料分析了太湖和浙江林学院气溶胶光学参数的时间分布特征并探讨了太湖气溶胶的吸湿特性和辐射强迫;其次,对MODIS气溶胶光学厚度(AOT,τ)产品在长江三角洲地区的适用性进行了评估验证,并分析了气溶胶的时空分布特性;最后,利用卫星数据进行了区域瞬时直接辐射强迫案例分析。得到以下主要结论:1)太湖和浙江林学院气溶胶光学厚度全年较高并且以细粒子为主,分别有78%、79%的τ500在0.5以上和77%、91%的波长指数在1.0以上;太湖地区全年以中等吸收性气溶胶为主,林学院地区气溶胶在7月、9月和10月表现出强烈的吸收性;在波长指数小于1.0时,单次散射反照率随波长增加而递增,在波长指数大于1时,情况相反。2)太湖地区细模态气溶胶有效粒径与相对湿度(RH)正相关,复折射指数实部和虚部与RH负相关。Mie散射理论模拟表明,随着RH增大,气溶胶消光效率、散射相函数主峰值和不对称因子递增。3)2007年太湖地区由于气溶胶的影响,短波直射辐射、总辐射年均减少了140.22W/m2和57.03W/m2,散射辐射增加了83.19W/m2。气溶胶在地表和大气项造成的直接辐射强迫年均值分别为-47.98 W/m2和-10.25 W/m2。4)长江三角洲地区MODIS/AOT反演精度具有明显地域差异:太湖站点反演结果显著偏高,千岛湖地区显著偏低,达到设计精度范围(±0.05±0.15τ)数据分别占20.0%和16.7%,MODIS产品在这两个地区需要进一步改进,其它站点MODIS/AOT达到设计精度范围数据占60.0%,已不需要大的改进。5)长江三角洲地区气溶胶存在着明显的时空分布特征。陆上AOT550在夏季最大,春季次之,秋季最小;海上则在春季和冬季较大,夏季和秋季较小。北纬30°附近是气溶胶空间分布的南北分界线,在陆地上,分界线以北的地区气溶胶光学厚度集中在0.5~1.5之间,分界线以南地区集中在0.1~0.4之间;在海洋上,分界线以北地区光学厚度同样远大于以南地区,并且季节差异明显。利用SBDART对长江三角洲区域瞬时辐射强迫的案例分析表明,陆上气溶胶的瞬时辐射强迫效率为-79.34W/m2/τ,海上气溶胶的瞬时辐射强迫效率为-50.32 W/m2/τ。
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