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青岛大气气溶胶光学特性的季节变化

作　者: 陈静静
导　师: 盛立芳
学　校: 中国海洋大学
专　业: 气象学
关键词: 气溶胶光学参数体积谱天空辐射计水平能见度相对湿度
分类号: X513
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

气溶胶通过直接和间接两条途径影响气候系统,对环境大气质量和人体健康也有重要的影响。研究大气气溶胶的气候效应和环境效应必须充分地了解气溶胶的粒子谱分布、化学组成和光学特性,其中大气气溶胶光学特性的直接观测研究是目前甚为紧迫的研究内容,其计算结果能直接为气溶胶强迫对气候变化的估计和预测的模式及其环境效应的研究提供必须的参数。青岛位于山东半岛南部,三面环海,是中国重要的沿海城市之一,是亚热带与温带的过渡区,兼具季风气候与海洋气候特点,独特的地理位置和气候环境使青岛地区的大气气溶胶受大陆和海洋的共同影响,研究青岛大气气溶胶光学特性季节变化对了解青岛及海陆交界地区的环境和气溶胶对气候的影响具有重要意义。由安装在中国海洋大学校内八关山上的多波段天空辐射计观测的太阳直接辐射和散射辐射,计算得到从2002年4月至2006年12月春、夏、秋、冬四季共156个晴天天气下的大气气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth, AOD)、单次散射反照率(Single Scattering Albedo, SSA)、?ngstr?m浑浊度系数、波长指数、复折射指数和粒子体积谱,结合地面气象观测资料综合分析了青岛地区气溶胶光学特性的季节变化特征及影响因素。研究表明青岛地区大气气溶胶光学特性的季节变化特征有一定的共性,即:气溶胶光学厚度随波长增大而减小,各季节日平均值大都低于0.7,日变化型以早晨低下午高的类型为主;各季节单次散射反照率所体现出的散射效应较强,且与相对湿度的正相关关系明显;折射率实部、虚部随波长的变化规律不明显,根据MIE散射理论近似认为不随波长变化,各季节复折射率的平均值约为m~ = 1.51?0.01i;在爱根核模态下,体积谱分布显示出随粒径增大而迅速增长的趋势;各季节的粒子谱分布均在积聚模态下0.1-0.3μm之间达到第一个峰值;气溶胶光学厚度和实测水平能见度基本呈相反的变化趋势,各季节500nm气溶胶光学厚度>1.0时,能见度大都在10.0km以下,光学厚度<0.5时,能见度大都在10.0km以上;各季节08时和14时相对湿度与能见度的反相关关系明显。研究结果显示气溶胶光学参数的季节变化特征表现出更多的差异:春季气溶胶光学厚度的日变化类型较为丰富,日平均光学厚度大都在0.3-0.5之间,受沙尘与大陆污染输送等因素的影响,季节平均光学厚度较大;季节平均单次散射反照率随波长呈递减趋势,500nm波段的单次散射反照率为0.909,与夏季和冬季的值相当;季节平均浑浊度系数在四季中最大,日平均浑浊度系数在0.2-0.3之间出现频次的峰值;季节平均波长指数在四季中最小(0.862),日平均波长指数在1.1-1.2、0.8-0.9这两个区间出现较多,粒子尺度分布较丰富;季节平均复折射指数实部比夏秋季节大,比冬季小,虚部在四季中最小;粒子谱呈现三峰分布,且第一个峰值低于第二、第三个峰值,说明春季细粒子模态、粗模态粒子都较积聚态粒子数目多,可能与春季受局地扬尘或外源沙尘的影响有关。沙尘天气条件下,粒子谱分布在积聚模态下的峰值向较大粒径偏移,且细粒子和粗粒子模态的气溶胶含量增多,两方面都将导致沙尘天气条件下气溶胶光学厚度增大,波长指数减小。夏季14天的气溶胶光学参数数据中仅有1天为7月份的反演结果,其它均为6月份的值,故本文对夏季气溶胶光学特性的研究基本反映的是6月月平均的结果。受污染物气溶胶在沿海积聚、气粒转化形成二次气溶胶、对流层低层吸湿性气溶胶粒子的吸湿增长以及中国东部沿海地区频繁的生物质燃烧等因素的影响,夏季季节平均光学厚度在四季中最高,日平均光学厚度在0.5-0.7之间出现最多;500nm波段的单次散射反照率为0.910,与春季和秋季大小相当;?ngstr?m浑浊度系数仅次于春季,大都出现在0.2-0.4之间,夏季(6月份)季节平均波长指数在四季中最大,日平均波长指数大都在1.1-1.6之间;复折射指数实部在四季中最小,虚部的大小仅次于秋季;体积谱呈三峰分布,第一个峰值高于第二、第三个峰值,说明夏季积聚态粒子的数目要高于细粒子和粗粒子模态的数目。秋冬大气较为清洁,季节平均光学厚度较春季和夏季低,秋季日平均气溶胶光学厚度大都在0.7以下,小于0.3的天气出现频率最高;季节平均单次散射反照率在四季中最低(0.886),气溶胶粒子的散射作用不及其它季节强;?ngstr?m浑浊度系数在<0.20的范围内出现频率较高,波长指数在1.3-1.4之间出现频率最高;复折射指数实部相对春季和冬季小,虚部在四季中最大,说明秋季气溶胶粒子对太阳辐射的吸收效应较其他季节明显;体积谱的分布特征与夏季相似。冬季平均光学厚度在四季中最低,日平均值大都低于0.5;500nm单次散射反照率与春季和夏季的大小相当;季节平均?ngstr?m浑浊度系数在四季中也最低,大都出现在<0.20的范围内,波长指数大都出现在1.3-1.4之间;复折射指数实部较夏秋季节大,虚部较夏秋季节小,说明冬季气溶胶粒子的散射能力强于夏秋季节;冬季的体积谱呈现出两峰分布,且第一个峰值低于第二个峰值,说明冬季细粒子模态、粗模态粒子都较积聚态粒子数目多,这可能与冬季煤等燃料燃烧有关。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
前言  11-17
  0.1 引言  11-12
  0.2 气溶胶光学特性的研究状况  12-16
    0.2.1 国际上大气光学、气溶胶光学特性的研究概况  13
    0.2.2 国内学者利用不同手段对气溶胶光学特性的研究  13-15
    0.2.3 国内针对不同地区的气溶胶光学特性研究状况  15-16
  0.3 本文选题的意义和主要内容  16-17
1 气溶胶光学特性的计算原理  17-24
  1.1 引言  17
  1.2 资料来源  17-18
  1.3 仪器标定的方法  18-19
    1.3.1 视场角的标定  18-19
    1.3.2 大气外界仪器响应常数的标定  19
  1.4 气溶胶光学参数的计算原理  19-24
    1.4.1 相关物理量的基本概念  19-20
    1.4.2 气溶胶光学厚度的计算  20-21
    1.4.3 体积谱与单次散射反照率的反演  21-23
    1.4.4 气溶胶光学参数反演程序的流程  23-24
2 气溶胶光学特性的季节变化特征  24-49
  2.1 气溶胶光学厚度的日变化型和季节变化特征  25-32
    2.1.1 各季节气溶胶光学厚度的日变化类型  25-29
    2.1.2 气溶胶光学厚度的季节变化  29-32
  2.2 单次散射反照率的季节变化特征  32-35
  2.3 (A|°)NGSTR(O|¨)M 浑浊度系数和波长指数  35-41
    2.3.1 (A|°)ngstr(o|¨)m 浑浊度系数和波长指数的计算方法  36
    2.3.2 (A|°)ngstr(o|¨)m 浑浊度系数的季节变化特征  36-39
    2.3.3 波长指数的季节变化特征  39-41
    2.3.4 气溶胶光学厚度与(A|°)ngstr(o|¨)m 波长指数  41
  2.4 气溶胶复折射指数和谱分布  41-48
    2.4.1 气溶胶复折射指数季节变化特征  41-44
    2.4.2 气溶胶粒子体积谱分布  44-48
  2.5 本章小结  48-49
3 气溶胶光学厚度与水平能见度  49-57
  3.1 资料处理方法  50
  3.2 气溶胶光学厚度与水平能见度的关系  50-53
  3.3 相对湿度对气溶胶光学厚度、水平能见度的影响  53-56
  3.4 本章小结  56-57
4 全文总结与展望  57-58
参考文献  58-65
致谢  65-66
个人简历  66
发表的学术论文及研究成果  66

青岛大气气溶胶光学特性的季节变化

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