利用激光雷达资料模拟沙尘气溶胶长波辐射效应及其边界层影响

摘要

本文采用新型激光雷达沙尘气溶胶的探测资料和综合数值模式，以复杂地形的兰州市及周边地区夏季的一次浮尘天气形势下的大气边界层为研究对象，通过数值试验研究了沙尘气溶胶长波辐射效应与大气边界层的相互作用问题。采用可实现区域嵌套模拟的 WRF (Weather Research and Forecasting) v2.1模式与包含气溶胶辐射效应的大气边界层数值模式嵌套起来组成的数值模拟平台，即WRF-ABL 模式系统，应用CAML<'TM> CE-370-2后向散射激光雷达的探测资料，对2006年6月17日浮尘天气的沙尘气溶胶长波辐射效应及大气边界层的响应进行了模拟计算和分析。对激光雷达沙尘探测资料在边界层模式系统中的应用进行了尝试，并对沙尘气溶胶的辐射效应及大气边界层的响应问题进行了有益的探索。 首先，利用2006年6月17～18日浮尘天气期间CAML<'TM> CE-370-2后向散射激光雷达的资料，反演得到消光系数，并对这期间沙尘气溶胶的特性进行了分析。然后使用2006年NNRP2资料，利用区域嵌套的WRF v2.1模式模拟河谷盆地城市兰州夏季低层风场和温度场，作为边界层模式的背景场。将上述激光雷达消光系数引入到WRF-ABL综合模式，讨论了浮尘天气过程中沙尘气溶胶的长波辐射效应对边界层结构的定量影响。主要特征为，夜间沙尘气溶胶作用使低空沙尘气溶胶所在层冷却，在地面层温度减小0.1K，地面至50m高度温度减小约0.08～0.1K，降温最大值在2000～2500m高度层内，为0.11K；有沙尘时风速在1000m以下较无沙尘时增加，地面至50m风速增加约0.002m/s，风速最大增加值在150～300m高度，为0.005m/s左右。整个沙尘过程4小时地面层温度减小0.16K，地面至50m高度温度减小约0.08～0.23K，降温最大值在2200～2500m高度层内，最大降温0.43K；有沙尘时风速在1000m以下较无沙尘时增加，地面至50m风速增加约0.01 5～0.042m/s，风速最大增加值在200～300m高度，为0.05m/s左右。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1沙尘气溶胶研究的意义

1.2国内外沙尘气溶胶辐射效应的研究

1.3激光雷达的应用

1.4本文的主要内容

参考文献

第二章 WRF v2.1模式介绍及检验

2.1 WRF v2.1简介

2.2模式基本方程组

2.3模式物理过程及参数化

2.4模式模拟系统流程

2.5利用WRF v2.1对兰州夏季浮尘天气大气边界层的数值模拟

2.6 WRF模拟结果分析

2.7小结

参考文献

第三章边界层模式系统构造

3.1大气边界层模式

3.2大气辐射传输模式

3.3 WRF-ABL嵌套模式系统

3.4小结

参考文献

第四章兰州城市沙尘气溶胶长波辐射效应及边界层的响应

4.1观测资料和计算方案

4.2个例计算及分析

4.3模式模拟与观测资料的比较

4.4沙尘气溶胶长波辐射效应对边界层的影响

4.5小结

参考文献

第五章总结与讨论

5.1总结

5.2讨论

在学期间的研究成果

致谢