青岛沿海气溶胶和水汽对太阳辐射影响的分析研究

摘要

气溶胶能够直接或间接地影响到达地表的太阳辐射，是影响地球气候系统的关键因子。青岛是海滨城市，气溶胶来源复杂，研究青岛地区气溶胶辐射强迫对了解沿海地区气溶胶对气候的影响具有重要意义。本文利用长期地基观测的高分辨率的气溶胶光学资料及辐射数据进行气溶胶和水汽的辐射强迫研究。首先分析了气溶胶光学厚度、单次散射比日变化及季节变化特征。分别以探空资料和模式大气作为输入参量，利用SBDART模式计算晴空条件下到达地面的太阳总辐射，与观测资料比较进行误差分析。以此为基础计算了气溶胶和水汽在地面处、大气顶的辐射强迫，并估计了气溶胶对整层大气辐射的影响。结果表明：
　　（1）晴空条件下大气气溶胶AOD（光学厚度）的日变化呈现五种变化趋势：上升型；递减型；中午峰值型；中午低值型；波动型。AOD呈现明显的季节变化，即夏季AOD数值最大（0.79），其次是春季（0.63），秋冬季最小（0.49、0.41）。AOD受温度、气压、风向影响显著。高温低压，盛行风向为南风时易出现高AOD。
　　晴空条件下SSA（单次散射比）的日变化特征归结为四类：上升型；中午低值型；递减型；波动型。单次散射比各季节平均值差别很小。夏、秋、冬三季单次散射比与相对湿度存在较好的正相关。
　　（2）模式的敏感性试验表明，AOD、水汽柱含量对总辐射模拟的敏感性较强。使用模式大气的模拟结果远低于观测值，平均偏差超过50 W/m2。使用探空资料进行模拟的结果优于模式大气，模拟结果略低于观测值，平均偏差11 W/m2（短波段）。分谱带模拟的结果表明，水汽条件是其误差较大的主要原因。长波段的模拟结果普遍低于观测值，平均偏差为33 W/m2。无论是短波段还是长波段，模拟结果均与观测值存在显著相关性。
　　（3）气溶胶对辐射的影响集中在短波段，长波段辐射强迫量值较小。短波段，气溶胶显著的影响了辐射收支，大气气溶胶在地面造成了强烈的冷却效应，对于大气内则具有显著的加热作用。晴空条件下气溶胶在地面处、大气顶及整层大气的辐射强迫平均值分别为-58W/m2、-10W/m2、47W/m2。气溶胶对整层大气的平均加热率为0.47K/d。
　　大气气溶胶在地面和大气内的辐射强迫量值显著的依赖于AOD的大小，二者相关系数分别为-0.916、0.798。与地面处和大气内气溶胶辐射强迫相比，大气顶气溶胶辐射强迫与AOD的相关性较差。
　　地面处辐射强迫均为负值，而大气顶、整层大气的辐射强迫的正负与单次散射比有关。大气顶辐射强迫正值仅在单次散射比低于0.9时出现，整层大气辐射强迫在单次散射比接近1的时候存在部分负值。
　　（4）长波段，水汽辐射强迫远大于气溶胶辐射强迫。水汽对长波辐射起吸收作用，在地面、大气顶的量值分别为89W/m2、4W/m2。

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1 前言

1.1 引言

1.2 气溶胶辐射强迫的研究状况

1.3 水汽辐射效应的研究状况

1.4本文选题的意义和研究内容

2 资料及研究方法

2.1气溶胶光学特性资料来源

2.2地面总辐射观测资料来源

2.3 SBDART模式介绍

2.4误差分析方法

3 气溶胶光学特性的季节变化特征

3.1 AOD日变化及季节变化特征

3.2 SSA日变化及季节变化特征

3.3 本章小结

4 基于SBDART模式的地面总辐射计算误差分析

4.1参数敏感性试验

4.2 模式大气与探空资料模拟结果对比

4.3 日均AOD模拟个例分析

4.4本章总结

5短波段大气气溶胶和水汽辐射强迫

5.1短波段气溶胶辐射强迫

5.2水汽对辐射的影响

5.3 本章总结

6 长波段气溶胶和水汽对辐射的影响

6.1 气溶胶辐射强迫

6.2 水汽辐射强迫

6.3 本章总结

7 结论

参考文献

致谢

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