气溶胶垂直分布及对云相的影响

发布时间：2020-05-14 15:17

【摘要】：气溶胶的垂直分布特征可以通过影响不同温度层的云相态来进一步影响地球的辐射收支和全球水循环系统。基于主动卫星观测来研究气溶胶对云相的影响,和评估再分析资料中气溶胶垂直分布特征的准确性具有独特的优势,这对减小气候模式中云-气溶胶相互作用的不确定性而言具有重要的科学意义。基于上述考虑,本论文首先基于CALIPSO气溶胶层产品和VFM产品研究了不同温度层上沙尘气溶胶的水平分布、垂直分布及其长期变化特征,并评估了相同时间范围内的MERRA-2气溶胶再分析资料中的沙尘气溶胶混合比垂直分布的区域适用性。然后,本文基于CALIPSO-GOCCP的云相垂直分布数据集、CALIPSO气溶胶层产品和ERA-Interim再分析资料提供的气象参数,研究了全球尺度下不同气溶胶类型和大气动力参数对过冷水云分数的影响。统计结果表明:(1)在气溶胶发生频率以及AOD的垂直分布方面,我们的统计结果表明随着温度层温度的降低,气溶胶的发生频率以及AOD都在减小,赤道高纬地区的纬向气溶胶极值带逐渐分化为两条气溶胶带,并向两极移动。0℃~10℃这一温度层出现沙尘和烟尘纬向传输带,随着温度降低,烟尘带范围逐渐增大,并在-20℃~-10℃这一温度层达到最大。(2)基于CALIPSO星载激光雷达评估MERRA-2再分析资料,我们发现在不同的区域和季节存在不一致性。例如,在海洋上,尤其是在大西洋地区,使用发生频率、DCB和MC都能够很好的代表该地区的沙尘气溶胶的垂直分布,而其他地区则不然。CALIPSO层产品数据能够在太平洋地区的春季-60℃温度层上探测到沙尘,而MERRA-2再分析资料最高探测到-30℃温度层上的沙尘。(3)关于沙尘气溶胶的长期变化,我们所选取的五个区域,除了中国西北地区的沙尘发生频率在2013年有很明显的下降以外,其他四个地区的沙尘多年来没有一个特别明显的变化。尤其是撒哈拉沙漠地区,在各个季节都稳定的提供了大量的沙尘,其多年来发生频率一直很大。海洋上如大西洋地区,沙尘气溶胶的发生频率、DCB以及MC在各个温度层上的季节长期变化较为一致。(4)过冷水云分数在不同温度层上的区域和长期变化不仅仅依赖于气溶胶发生频率及其类型,也和气象参数密切相关。研究结果表明,气象参数与过冷水云分数之间的统计关系并不稳定,会随着不同地区而变化。过冷水云分数与垂直速度和相对湿度之间的明显的负相关性表明垂直速度和相对湿度越大,过冷水云分数越小。(5)静力稳定度、地表温度和水平风速对过冷水云分数的影响比垂直速度和相对湿度的复杂。它们与过冷水云分数的时间相关性取决于纬度或地表类型。通过分析不同气溶胶类型下的空间相关性,我们发现过冷水云分数与垂直速度(或地表温度)之间也存在负相关,而过冷水云分数与U风之间存在正相关。
【图文】：

第二章 数据介绍和分析方法2.1 CALIPSO 卫星简介美国 NASA 在 1998 年与法国国家航天中心(CNES)合作开始实施“云-气溶胶激光雷达和红外探测者卫星观测”(Cloud-Aerosols Lidar and Infrared PathfinderStatellite Observations, CALIPSO)计划[1]。2006 年 4 月 28 日，CALIPSO 卫星由Delta-II 火箭发射升空[2]。该卫星和 Aqua、CloudSat、PARASOL、Aura、OCO共同组成同步地球系统观测卫星编队 A-Train[3]。每 96 分钟绕地球一周，运行周期为 16 天，，属于极轨卫星[4-6]。主要荷载包括具有正交偏振能力的云-气溶胶激光雷达(CALIOP)、宽视场相机(WFC)和红外成像辐射计(IIR)，这些设备的观测数据用于反演大气中云与气溶胶特性的垂直分布，并为云-气溶胶相互作用、地球辐射收支等研究领域提供辅助信息[7]。

兰州大学硕士研究生学位论文 气溶胶垂直分布及对云相的影响MC）为：某一个格点内沙尘气溶胶的混合比乘以空气密度，再除以这个格点内总廓线数（该廓线数我们取计算 AOD 时的雷达总的廓线数），单位为 kg/m3。即：MC = / ····································（4）其中，MC 是沙尘气溶胶的质量浓度；MR 是格点内沙尘气溶胶的混合比，单位是 kg/kg； 是空气密度，单位是 kg/m3； 是总的廓线数（与计算 AOD时相同的总的廓线数）。值得注意的是，本文所计算的质量浓度（MC）为了便于与沙尘质量浓度（DCB）对比，MC 乘以 109，单位由 kg/m3转为 μg/m3，而 DCB乘以 103，单位由 g/m2转为 mg/m2。3.3 全球气溶胶类型在温度层上的分布
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P426

【参考文献】

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本文编号：2663548