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中国西北干旱半干旱区沙尘气溶胶对云特性的影响及云的辐射强迫效应

陈艳  
【摘要】: 气候系统是极其复杂的多圈层系统,影响气候变化的因子多种多样。由于云和气溶胶辐射强迫机制的复杂性和有关它们的物理光学特性的系统资料的缺乏,使得云和气溶胶成为诸多影响气候的因子中两个非常重要却最不确定的因子。利用卫星遥感技术可以弥补观测资料的不足,而要定量地研究这些问题就需要依赖于从卫星遥感资料中准确反演出的云的特性参量。“云与地球辐射能量系统(CERES)”是地球观测系统(EOS)的重要组成部分之一,提供了地球表面和大气层顶辐亮度、地表反射率和辐射通量的瞬时观测值,以及卫星扫描范围内晴空参数和云参量。本文利用最新发布的CERES SSF Terra MODIS Edition 2B高光谱和高空间分辨率资料,该资料引进了新的角分布模式,使得云特性和辐射参量数据具有较高的精度。反演了2001年我国西北干旱半干旱区的云量、水云粒子的有效半径(r_e)、冰云粒子的有效直径(D_e)、光学厚度(τ)和云水路径(WP)等云特性参量。 对2001年西北干旱半干旱区各个月的云特性参量进行了比较,并用4月的云特性参量与同期长江三角洲地区的情况进行比较,分析了该区域4月全月平均、有沙尘天和无沙尘天三种情况云特性参量的变化:运用Streamer辐射传输模式,研究了兰州地区云辐射强迫的季节变化特征,以及由于云的辐射强迫引起的温度变化。 以上工作为利用CERES资料进一步研究西北干旱半干旱区沙尘气溶胶和云的相互作用,及其对气候系统的影响积累了一些经验和进行了有益的探索。主要研究结果如下: 1.云特性参量的比较结果表明,(1)西北干旱半干旱区2001年4月份的云特性参量包括云粒子尺寸,云水路径和光学厚度等的值在全年各个月中相对比较小。(2)西北干旱半干旱区2001年4月份云粒子尺寸、云水路径和光学厚度等云特性参量值小于同期长江三角洲地区的值。(3)西北干旱半干旱区4月情况下,沙尘天云粒子尺寸,云水路径和光学厚度的值都是最小的,而无沙尘天的这些云特性参量都是最大的,全月平均的值居中。云的有效温度在沙尘天的值最大,无沙尘天的值最小。这些说明由于沙尘气溶胶粒子的存在改变了云的微物理特性,使得云粒子尺寸,云水路径和光学厚度等云特性参量减小,云的有效温度增大。 2.通过辐射传输模式Streamer,计算兰州地区4月大气层各个高度云的辐射强迫值。有沙尘天的冷却作用最弱,各高度的值在-92W/m~2到-115W/m~2之间变化;全月平均的冷却作用次之,其各个高度的值在-115W/m~2到-137W/m~2之间;无沙尘天的作用最强,各个高度的值分别在-177W/m~2到-193W/m~2之间。可见由于沙尘气溶胶的存在,云的辐射强迫被减弱,抑制了云的冷却作用。 3.通过辐射传输模式Streamer,参照中纬度冬季和夏季标准廓线,计算兰州地区各个季节云的辐射强迫值。云的净辐射强迫值在各个季节都是负值,夏季的辐射强迫作用最强,春季的次之,秋季的再次,冬季的作用最弱,这种变化和云量的变化相一致。云的辐射强迫引起的温度的变化,无论是短波加热率还是长波冷却率,都是夏季的变化要大于冬季的变化,造成这种变化的原因是夏季空气中的水汽含量大于冬季的情况。


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