兰州市大气气溶胶的光学监测与分析
  • 【摘要】

    大气气溶胶在影响和调节全球气候方面具有重要作用,被认为是影响气候变迁的重要因素之一.通常在大气中,气溶胶因其生命期短、时空变化大、来源复杂等特点,在气候变化研究中成为最大的不确定性因素,亟待人们深入认识.本文利用2006年架设在兰州市以及皋兰山顶的CE-318型太阳光度计资料,分析了兰州市气溶胶光学厚度、Angstrom波长指数以及浑浊度系数随时间变化的特点及其与某些气象要素之间的相关性.另外,我... 展开>>大气气溶胶在影响和调节全球气候方面具有重要作用,被认为是影响气候变迁的重要因素之一.通常在大气中,气溶胶因其生命期短、时空变化大、来源复杂等特点,在气候变化研究中成为最大的不确定性因素,亟待人们深入认识.本文利用2006年架设在兰州市以及皋兰山顶的CE-318型太阳光度计资料,分析了兰州市气溶胶光学厚度、Angstrom波长指数以及浑浊度系数随时间变化的特点及其与某些气象要素之间的相关性.另外,我们分析了兰州市区与皋兰山顶气溶胶光学参数的相对变化,探讨了地形条件对兰州市气溶胶浓度的影响.同时,考虑到地基探测气溶胶特性存在的弊端,我们分析探讨了MODIS卫星资料反演气溶胶光学厚度在兰州市区的可行性.主要结论如下:(1)依据CE318型太阳光度计的工作原理,我们提出了在兰州市使用Langley法修正定标常数存在的弊端,在传统的基础上对其进行了修正,修正后的InVλ+InR2与m相关性有了明显的提高.(2)在气溶胶光学厚度与其影响因子的相关性分析中我们发现,大气稳定度参数是影响兰州市区AOD扩散的主要因子,为正相关关系,线性拟合效果好.而地面风速对AOD的影响不大,可能是兰州四面环山,地面常年以静风或弱风为主造成的;波长指数α的拟合过程中,地面风速和大气稳定度参数对a的变化都有显著影响.大气稳定度参数为正相关关系,地面风速与α为负相关关系.而浑浊度系数β与地面风速及大气稳定度参数的相关性较差.(3)气溶胶光学参数的日变化有着明显的规律,市区与山顶的变化情况存在明显的不同.市区光学厚度以峰型结构为主,在总天数中占56%;平稳型也是市区光学厚度变化的一个主要类型,占27%;部分天数AOD变化类型复杂,可能是由于天气系统过境导致的,占17%.山顶气溶胶光学厚度分为两个重要类型,双谷型占总天数的59%,单谷型占25%.波长指数的日变化类型较为单市区以谷型为主,山顶以峰型为主,分别占各自总天数的72%和81%.浑浊度系数方面,市区可以归类到峰型结构的占总天数的60%;平稳型26%;山顶可以归类于峰型变化的占了总天数的48%;单谷型占了36%.兰州市区逆温层破坏与建立造成的气溶胶扩散与聚集是造成市区及山顶气溶胶光学参数日变化类型明显的主要原因.(4)2006年兰州市区月平均AOD变化显著,12月份平均AOD最高,11月份最低.按照季节分布,平均AOD冬季为最高,春季次之,秋季最低.波长指数大小分析发现,沙尘粒子气溶胶是兰州市气溶胶粒子的主要组成部分,气溶胶粒径较大.12月波长指数最大,煤烟粒子所占的比重变大,这与冬季采暖有关.4月波长指数最小,可能扬沙、浮尘等天气现象频发有关.浑浊度则是11月份最小,4月份最大,全年平均值大于0.2,兰州市空气质量较差.按季节划分的话,春季的浑浊度系数最大,冬季次之,秋季最小.550nm通道年平均光学厚度及浑浊度系数的日变化规律都可以归类为峰型,清晨和傍晚为数值较小的时段,其中傍晚略小于清晨.波长指数的日变化可以归类于谷型,午后平均值最小,清晨和傍晚是一天中气溶胶粒子平均粒径较小的时段,清晨略小于傍晚.一般来讲,傍晚是兰州市锻炼环境最好的时段.对比市区与山上春冬两季气溶胶光学厚度的日变化规律,我们发现在春冬两季山上的太阳光度计反演AOD都远远小于市区的值,大部分气溶胶粒子集中在市区上空到山上高度的底层中.如果把山上的AOD值从市区的AOD之中除去,就可以得到市区上空600m以下气层AOD在总的AOD中的比例.春季600m以下其层AOD对总光学厚度的贡献量为48%,冬季为60%,冬季大于春季.相比于90年代研究成果,底层所占比率下降,可能是由于近年来市区的小粒径的气溶胶粒子增多,更易扩散到上层大气中造成的.波长指数方面,山上大于市区,山上的气溶胶粒径要小于市区.从日变化来看,市区的波长指数较山上的比较稳定,日变化幅度不大.山上的值受市区气溶胶和周围环境气溶胶输送的影响,而市区主要是局地排放源的作用,特别在冬季.而气溶胶源的排放过程认为是比较稳定的.通过对浑浊度系数的分析,我们发现沙尘粒子对Angstrom浑浊度系数的影响更加显著,而煤烟粒子对气溶胶光学厚度的影响则更加显著.(5)在兰州市,CE318光度计反演光学厚度值在大部分时间都大于MODIS卫星资料反演的气溶胶光学厚度值,两者变化规律存在一定得相似性.除冬季由于数据较少而缺乏代表性以外,其他三个季节的相关性分析及线性拟合效果相差很大,说明MODIS反演气溶胶方法在兰州市的应用有很大的时间局限性,夏季Aqua-MODIS资料反演气溶胶光学厚度可行性较大,而春季利用Terra-MODIS资料反演可行性较大.其他季节卫星数据反演效果不好,反演方法还有待于改进. 收起<<

  • 【作者】

    宋广宁 

  • 【学科专业】

    大气物理与大气环境

  • 【授予学位】

    硕士

  • 【授予单位】

    兰州大学

  • 【导师姓名】

    付培健

  • 【学位年度】

    2013

  • 【语种】

    chi

  • 【关键词】

    兰州%皋兰山%太阳光度计%气溶胶光学参数%MODIS