【摘要】： 氣溶膠作為重要的氣候因子,對地-氣能量系統產生重要的影響。本論文主要是結合多顆傳感器的衛星數據(MODIS氣溶膠產品和CERES輻射通量數據),系統地分析了中國海域氣溶膠的光學特性和輻射強迫。首先利用船測數據和AERONET地基觀測數據,通過改進了測量方法和驗證方法,對MODIS氣溶膠產品在中國海域的適用性進行了驗證;然后利用驗證后的MODIS數據,分析了我國海域氣溶膠的時空分布特征,并結合氣象場和化學成分進行了原因說明;進一步利用MODIS氣溶膠產品,分離出人為氣溶膠和沙塵氣溶膠成分,并得到它們的時空分布特征;結合MODIS、CERES數據和輻射傳輸模式,設計了氣溶膠直接輻射強迫的算法,得到中國海域氣溶膠直接輻射強迫的分布,并與SPRINTARS氣溶膠模式結果進行了比較;最后利用MODIS的氣溶膠和云產品,對我國海域氣溶膠的間接作用進行了分析。得到以下主要結論: 1.改進太陽光度計測量方法,對中國海域氣溶膠進行了船載測量,驗證了MODIS氣溶膠光學厚度的分布特征;利用AERONET數據,改進驗證方法,證實MODIS氣溶膠光學厚度與AERONET具有很好的相關關系,誤差符合NASA的要求,說明MODIS氣溶膠產品適用于中國海域。這為下面的研究打下了基礎。 2.通過分析MODIS氣溶膠產品,證實我國海域氣溶膠光學厚度(AOT)與小顆粒比例(FMF)存在明顯的季節變化和空間分布特征。通過分析氣象場和化學成分可知,這一特征受風場和降雨的影響,而陸源輸送是我國海域氣溶膠的主要來源。 3.利用MODIS氣溶膠產品中AOT與FMF的關系,得到了人為和沙塵氣溶膠的計算公式,利用這一公式分別獲得中國海域人為和沙塵氣溶膠各自的分布。分析結果顯示,中國海域人為氣溶膠和沙塵氣溶膠分別存在明顯的時空分布特征。 4.結合MODIS、CERES數據和輻射傳輸模式,設計了計算直接輻射強迫的算法:(1)剔除云區;(2)建立無氣溶膠晴空條件下的大氣頂輻射通量查找表;(3)將輻射率轉化為輻射通量;(4)計算氣溶膠瞬時直接輻射強迫;(5)計算瞬時輻射強迫與日平均輻射強迫之間的修正因子。通過以上五步,得到了中國海域氣溶膠直接輻射強迫的時空分布特征。并通過與SPRINTARS氣溶膠模式結果的比較,證實了利用衛星直接計算我國海域氣溶膠直接輻射強迫是可行的。 5.通過分析MODIS的氣溶膠和云產品,證實了我國海域氣溶膠間接效應是明顯存在的。在不同季節由于氣溶膠種類的變化和水汽條件的不同,氣溶膠對于云的間接作用又是不同的。 本論文的主要創新點: 1.對MODIS氣溶膠產品的驗證方法進行了改進。首先,通過改進MICROTOPSⅡ的測量方法,將適合于陸地測量的太陽光度計應用到海上船載測量。其次,改進了MODIS與AERONET的驗證方法,調整了空間匹配窗口的大小,得到了更好的驗證效果。 2.結合氣象場和化學成分數據,分別從氣象因素和化學組成兩個方面分析了我國海域氣溶膠的形成原因。分析可知,我國海域氣溶膠主要來源于我國沿海的陸地源,受到風場和降雨的共同作用,形成明顯的時空分布特征。 3.利用MODIS氣溶膠產品中的AOT和FMF關系,得到了沙塵氣溶膠和人為氣溶膠的計算公式,直接從衛星數據中區分了沙塵氣溶膠和人為氣溶膠成分。 4.在國內首次結合多顆傳感器的衛星數據,直接獲得氣溶膠瞬時直接輻射強迫。并利用輻射傳輸模式,將瞬時直接輻射強迫轉化為日平均直接輻射強迫。最后利用衛星數據證實了中國海域氣溶膠的間接效應的存在。
【圖文】：

彌補觀測的空白區域，并提供相互比較，通過協作組成一個完整的全球氣溶膠光學厚度觀測網絡。同時，國際上還進行了大量海上測量對全球海洋氣溶膠進行了研究，如圖1.1。IGAC己開展了4個大型國際氣溶膠實驗項目:南半球氣溶膠特征實驗AeE一l[”]，北大西洋氣溶膠特征實驗AeE一2[’4]，，印度洋實驗xNDo以I’5]和亞太地區氣溶膠特征實驗AcE一Asia【’“]。這些計劃的目標包括:確定主要氣溶膠的物理、化學和光學特性，氣溶膠一云一輻射的相互影響等。尤其是 1995一1999年間進行的INDOEX觀測計劃發現在印度洋上空有一約3krn厚、相當于美國陸地面積大小的棕色污染云團稱之為亞洲棕色云團，其中含有大量的含碳氣溶膠粒子、硫酸鹽、硝酸鹽和錢鹽氣溶膠粒子等。初步發現云團將對包括我國在內的廣大地區乃至全球的氣候產生很大的影響。盡管ACE一Asia和INDOEX項目取得了重大進展，但是由于對亞洲氣溶膠的物理化學特性和區域尺度的棕色云團的變化規律研究尚處于起步階段，尚有許多重大科學問題魚待解決【’7一‘]。在國內，羅云峰、毛節泰、邱金桓等分別在他們的綜合性論述中非常詳細地給出了近40多年來我國科學家在該領域中的主要研究工作

氣溶膠光學厚度測量是中國近海海域綜合性調查中冬季航次東海區塊的光學調查項目的一部分，本航次從2006年12月15日開始，到2007年2月13日結束，歷時60天。共計對四個斷面和五個連續站進行了氣溶膠觀測，見圖2.1，獲得了我國海域寶貴的氣溶膠特性數據。其中站點的選擇，既包括了遠海氣溶膠稀少的區域，也包括了近海氣溶膠高值區域。測量時間一般選擇在北京時間8:00和16:00之間，同時要求測量時太陽周圍沒有云的影響。本次試驗中用來測量大氣氣溶膠特性的儀器主要采用美國solathght公司的手持太陽光度計 MleRoTOPs11[’2，]l’24]。 MleRoToPsxl是一款5通道手持式太陽光度計，共有5個波段:分別為380nm、440nm、500nm、675。。和870nm
【學位授予單位】：南京信息工程大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：X513

【引證文獻】

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1 吳序鵬;楊軍;車慧正;李曉靜;夏祥鰲;;塔克拉瑪干沙漠地區氣溶膠光學厚度衛星遙感產品驗證[J];氣候與環境研究;2012年02期

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1 張瑩;吳新勝;趙燕華;丘文先;沈偉;;中國中東部氣溶膠光學厚度的特征分析[A];第七屆長三角氣象科技論壇論文集[C];2010年

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2 蔡惠文;Terra時代全球氣溶膠光學厚度變化特征研究[D];南京信息工程大學;2012年

3 王民俊;全球主要沙漠區大氣沙塵氣溶膠含量變化的研究[D];南京信息工程大學;2012年

本文編號：2607263