利用激光雷达和黑碳仪观测资料模拟研究气溶胶辐射效应与影响

来源 :兰州大学 | 被引量 : 10次 | 上传用户:wnijiushisb
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
利用黑碳仪(AethalometerTM)观测资料,反演得到兰州远郊区榆中地区气溶胶吸收系数,结合激光雷达(CAMLTMCE-370-2)观测反演得到的气溶胶消光系数,确定榆中地区实时的气溶胶光学特征参数;利用WRF模式嵌套一个1.5阶闭合的三维边界层模式,通过提供初始场和大范围背景流场特征,提高了边界层模式的模拟能力;同时改进了以LOWTRAN 7为主要框架的辐射传输模式。进而发展了一套模拟复杂下垫面边界层大气气溶胶辐射效应及其气象场响应的综合数值模式。(1)利用黑碳仪(AethalometerTM)观测了兰州远郊区榆中地区的黑碳浓度,分析表明,大气中的黑碳浓度受天气变化影响较大,受人类活动影响很明显,呈现出典型的日变化、周变化和季节性变化特征。日变化特征为,黑碳浓度呈双峰型分布,峰值分别出现在08:00~10:00和18:00~21:00,这与局地天气特征和人为活动有密切的关系。周变化特征为,每周周六、周日为黑碳浓度的低值阶段,周一黑碳浓度升高,持续到周四左右浓度值开始降低。春、夏、秋三个季节黑碳浓度水平较低,黑碳平均浓度约为1300ng/m3,进入冬季采暖期后,黑碳浓度显著升高,平均浓度约3000ng/m3。利用HYSPLIT-4模式对榆中地区采暖期的气流来向进行了追溯模拟,得到了采暖期间榆中黑碳气溶胶的大致来源。榆中地区的黑碳以本地源为主,受周边城市、县城的影响,在进入冬季采暖期之后,由采暖导致的黑碳排放成为榆中黑碳的主要来源。首次利用榆中地区的黑碳浓度资料对吸收系数进行了反演,对榆中地区的地面直接辐射通量进行了计算。结果表明,采暖造成的黑碳排放显著降低了到达地面的直接辐射通量。平均来说,采暖期间(11月~3月)与4月份相比,地面直接辐射通量减少了约128W/m2,其中正午时分减少最多,达154W/m2。对2007年3月份一次沙尘暴过程的观测结果分析表明,沙尘期间,黑碳浓度比平时浓度高了近4倍。(2)分析了激光雷达(CAMLTMCE-370-2)观测资料,对榆中地区的消光系数进行了个例反演。结果表明,本文所采用的方法对气溶胶含量较少时的大气消光系数反演较好,当天空出现低云或气溶胶浓度过高时,则会出现消光系数截断的现象。通过对比激光雷达反演的光学厚度与L97光度计反演得到的光学厚度值,二者平均相对误差为15.54%,平均绝对误差为0.0629,表明激光雷达的反演结果可以较好反映出大气气溶胶的光学特征。对2007年3月份一次沙尘暴过程的观测结果分析表明,激光雷达观测数据能够较好的反映出沙尘气溶胶浓度垂直方向分布变化特征。(3)利用WRF模式在典型日天气晴好条件下,对榆中地区边界层大气进行了模拟分析,通过多种方案的比较得到一个适合榆中地区的参数化微物理方案。对3月份一次沙尘暴期间榆中地区边界层气象场的模拟表明,WRF模式在比较强烈的天气条件下模拟能力有所下降。(4)改进了以LOWTRAN 7为主要框架辐射传输模式的气溶胶方案,通过采用输入本地吸收系数、消光系数的方法,能够更客观地反映出榆中地区气溶胶的吸收、散射特性,使得计算结果更加贴近实际情况。(5)改进了原有的边界层模式,利用WRF的模拟结果为该边界层模式提供初始场和调整场,大大提高了边界层模式的模拟能力。结合LOWTRAN 7模式,对2007年4月17日的气溶胶辐射效应进行了模拟,结果表明,气溶胶对夜间边界层大气具有降温作用,01:00低层大气温度平均降低约0.23K;而白天对边界层大气则有增温作用,13:00低层大气温度平均升高约0.3K。(6)利用本文的气溶胶辐射效应与气象场响应的综合模式,对3月份一次沙尘暴过程的沙尘辐射效应进行了模拟。结果表明,沙尘气溶胶在夜间表现为冷却效应,01:00低层大气温度平均降低约0.4K,而白天沙尘气溶胶则表现出增温效应,13:00低层大气温度平均增高约0.39K;在改变大气温度的同时,对风场也有调整,01:00低层大气风速平均降低0.56m/s,而在13:00,低层大气风速平均增大0.57m/s。本文发展的边界层大气气溶胶辐射效应及其气象场响应的综合模式适用性较强,既提供了深入模拟分析气溶胶辐射效应实验平台,又可望为数值天气预报提供输入参数,具有重要的科学意义和应用价值。利用黑碳仪与微脉冲激光雷达配合,可以对大气气溶胶进行长期观测,计算出当地气溶胶的辐射效应特征,有助于改进大气数值模式的辐射参数化方案;通过实时捕获各种天气情况下的气溶胶特征,计算得到实时的气溶胶辐射效应,可作为模式的重要输入参数,这种高效、灵活的模拟计算方法可望为天气预报模式提供技术支撑。
其他文献
目的:分析不同民族(即维吾尔族、汉族、哈萨克族、回族)耳聋人群耳聋基因常见突变的一般特点。方法:选取4个不同民族共计714例耳聋患者(全部属于非综合征性耳聋患者),利用DNA
亚里士多德强调了探究的方法不是寻求推断结论而是发现原因,即发现论证三段论的中项。在亚里士多德看来,认识就是要掌握原因,也就是三段论中的中项。在《物理学》中,亚里士多
近年来,我国环形交叉口交通拥堵问题日益严重,越来越多的无信号环形交叉口出现了“锁死”等交通问题,信号控制开始设置在环形交叉口上来提高其运行状况。现有的环形交叉口信号控制方法尽管在一定程度上提高了其通行能力,但均存在局限性。常见的左转二次控制法左转通行能力受限于左转存储区容量且在交通量不高时车均延误较大;而单重控制法根据放行方式的不同,要么交通冲突过于严重,要么对环道空间资源的利用效率太低。基于此,
以2,6-二氯吡啶为原料,经过硝化、氨解、甲氧基取代、还原和环化5步反应制得泰妥拉唑重要中间体2-巯基-5-甲氧基咪唑并[4,5-b]吡啶,总收率达40.2%.通过红外光谱、核磁共振氢
以河北省中关铁矿采空区的探测为例,利用高密度电阻率法和电阻率测深法组成的综合方法开展了探测地下采空区有效性的试验研究。充分利用高密度电阻率法信息量大、水平分辨率
<正>中国质量(上海)大会9月15日在上海召开,大会设置了以&#39;全球质量挑战的答案:国家质量基础设施&#39;为主题的分会场,与会嘉宾共同探讨了国家质量基础建设在促进质量提升
崩塌是一种常见的地质灾害类型,在我国西部地区分布十分广泛,它作为山区一种自然现象,是陡峻斜坡上的岩土体在重力作用下脱离母体崩落、滚动、堆积于坡脚或沟谷的现象,每年在我国山区经常发生,其发灾时具有突发性,且由于其具有高势能,崩落体瞬时速度大,动能大,对处于滚落路径上的村庄和道路等基础设施能形成了很大的破坏力,其危害性和危险性都非常高,因此崩塌灾害研究意义较为深远。本文以地处鲁甸县地震区的龙头山镇银屏
在传统的教学方法中,主要是以教师为中心,学生只是被动的接受知识,忽视了学生的主体作用,课堂气氛也不够活跃,严重影响了教学的质量和效果。但是,把"任务驱动法"运用在汽车材料
晚霜冻害是冬小麦整个生长发育过程中遭遇的最严重的农业灾害。晚霜冻害严重时,会使冬小麦大面积小穗受伤甚至死亡,降低产量。对晚霜冻害的准确评估是有效风险区划、高效防灾
随着城市工业与人口的不断增长,地铁系统以其高运载,低污染的优势,在城市经济和社会发展中发挥了越来越重要的作用.尽管地铁系统具有能量再生的机制,但是其总能耗仍然有着巨大的规模,因此,对地铁系统进行有效的能源管理意义重大.本文在研究降低地铁能耗的问题上,通过求解节能时刻表来实现再生能量利用率的最大化,并将从模型,算法和数值实验三个方面入手进行问题的求解:首先,提出一个目标函数是欧几里得范数平方与l0-