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《中国气象科学研究院》 2011年
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大气气溶胶的光学特性及其在辐射传输模式中的应用

卫晓东  
【摘要】:大气气溶胶在全球和区域气候变化中扮演着重要角色,它对气候变化和环境问题的影响已引起全世界的普遍关注。如何准确且高效地计算大气气溶胶的光学特性,如何描述并确定大气气溶胶光学特性对辐射传输计算的影响,已成为当今气候变化中辐射强迫研究的热点和难点问题。基于此本论文开展了以下四部分的研究工作。 1.本文将T矩阵方法与几何光学方法相结合,精确计算了从太阳短波到红外谱段具有一定形状分布和谱分布的非球形沙尘粒子的光学特性,并与等体积球形沙尘的光学特性进行了比较。结果表明:(1)相比沙尘尺度分布对沙尘气溶胶消光效率因子,单次散射比以及不对称因子的影响,沙尘形状对上述参数的影响明显偏小;(2)非球形与球形沙尘粒子光学性质的差异主要表现在相函数上,这种区别在短波区表现显著,并在卫星探测常用的可见光区达到最大,而且随着散射角的变化具有一定的规律,另外非球形沙尘的相函数与实际观测的相函数特征更为接近;(3)在短波区,雷达方程中的消光后向散射比受沙尘形状的影响比较显著,因此在利用雷达方程反演沙尘气溶胶光学厚度时应考虑非球形效应。 2.通过对比硝酸盐和硫酸盐的光学性质,本文发现两种气溶胶光学性质的差异主要表现在消光效率因子和单次散射比两方面。其中消光效率因子的差异不仅与波长紧密相关,而且随相对湿度的变化较大。单次散射比在特定波长和相对湿度下的差异明显,在波长2.8μm附近,相对湿度小于40%时,单次散射比差别达到最大,此时硝酸盐比硫酸盐的单次散射比大40%左右。 3.本文分别将椭球与球形沙尘气溶胶的光学特性放入Disortδ-256流辐射传输方案,简单计算了椭球与球形沙尘层的反射率,并在此基础上对二者的计算结果进行对比分析。研究表明,椭球与球形两种形状对沙尘层反射率的影响在短波波段明显大于长波波段,在可见光波段椭球与球形沙尘层的反射率差异最显著,而且这种差异随着光学厚度的减小有增大的趋势。 4.由于RAD_BCC辐射模式中的气溶胶参数表存在固有的缺陷,因此本文对其参数表进行更新,建立了一个包含六种气溶胶(沙尘、黑碳、海盐、硫酸盐、硝酸盐以及有机碳)在17个谱带12个粒子档和10个相对湿度下6种主要光学性质的新参数表,并且在表中考虑了沙尘气溶胶的非球形效应。根据辐射模式所需要的计算结果,本文制定了新参数表的制作流程,并通过新旧参数表的对比验证了该制作流程的有效性。该参数表可以为RAD_BCC辐射模式提供有效的气溶胶参数输入。
【学位授予单位】:中国气象科学研究院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:X513

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