北京地區(qū)大氣氣溶膠光學(xué)特性及其偏振輻射特性的模擬研究.pdf

1、大氣氣溶膠是影響地氣系統(tǒng)輻射收支的主要因子和大氣遙感的主要對(duì)象之一，也是氣溶膠—云—輻射—?dú)夂蜓芯恐械闹匾h(huán)節(jié)。為研究城市環(huán)境條件下氣溶膠的分布特征和時(shí)間演變規(guī)律，以及城市環(huán)境條件下不同氣溶膠類型對(duì)于偏振輻射的影響，本文首先利用中科院大氣物理研究所CE-318太陽光度計(jì)資料和矢量輻射傳輸研究了北京地區(qū)氣溶膠特性及其偏振輻射特性。主要研究?jī)?nèi)容有：
　　 1.先利用地基觀測(cè)資料分析氣溶膠主要光學(xué)參數(shù)如光學(xué)厚度、單次散射反照率和粒子尺

2、度的逐月變化、季節(jié)變化、年變化特征；研究了氣溶膠光學(xué)厚度同能見度、API(空氣污染指數(shù))之間的關(guān)系；以及利用計(jì)算得到的粗細(xì)粒子比，分析粗細(xì)粒子比的概率分布。結(jié)果表明，春季氣溶膠光學(xué)厚度最高，之后，隨著季節(jié)的變化，光學(xué)厚度逐漸降低；單次散射反照率峰值出現(xiàn)在夏季，低谷出現(xiàn)在冬季，低谷可能與北京冬季采暖導(dǎo)致大氣中含碳?xì)馊苣z增多有關(guān)；復(fù)折射指數(shù)實(shí)部在春季達(dá)到最大，這可能與春季多沙塵天氣有關(guān)，在夏季達(dá)到最小，而復(fù)折射指數(shù)的虛部在冬季達(dá)到最大。地面

3、能見度是近地面層的大氣渾濁度指標(biāo)，由于氣溶膠大部分集中在近地層，所以近地層的氣溶膠濃度基本上支配了光學(xué)厚度的大小。
　　 2.對(duì)PolRadtran/RT3(Polarized Radiative Transfer)、SOSVRT(VectorRadiative Transfer based on Successive Order of Scattering)和VDISORT(VectorDIScrete Ordinate Ra

4、diative Transfer)三種輻射傳輸模式在計(jì)算時(shí)間和計(jì)算精度兩方面進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)，三種模式在I分量的計(jì)算精度方面都比較接近，對(duì)于(Q、U、V)三個(gè)分量SOSVRT的計(jì)算精度最好，而RT3和VDISORT會(huì)隨角度的變化出現(xiàn)明顯的震蕩；對(duì)于三種模式的計(jì)算時(shí)間，RT3和VDISORT模式隨流數(shù)的增加，計(jì)算時(shí)間幾乎呈指數(shù)增加，SOSVRT模式的計(jì)算時(shí)間隨流數(shù)的增加而緩慢增長(zhǎng)，計(jì)算效率較高。在流數(shù)給定時(shí)，RT3和VDISORT的計(jì)算時(shí)

5、間基本上不隨單層光學(xué)厚度的變化而變化，SOSVRT的計(jì)算時(shí)間隨單層光學(xué)厚度的增加而呈線性增長(zhǎng)，但是，在較小的單層光學(xué)厚度時(shí)，如晴空大氣或是薄卷云，SOSVRT模式依然是計(jì)算效率最高的矢量輻射傳輸模式。所以，選用SOSVRT對(duì)北京地區(qū)的氣溶膠偏振輻射進(jìn)行模擬。
　　 3.基于前面不同天氣現(xiàn)象條件下的氣溶膠參數(shù)統(tǒng)計(jì)分析，利用矢量輻射傳輸模式SOSVRT模擬分析了不同氣溶膠參數(shù)下(與天氣現(xiàn)象相關(guān))的輻射強(qiáng)度、偏振輻射和偏振度，結(jié)果表明

6、：不同天氣現(xiàn)象的偏振輻射模擬值，在不同方位角的分布有很大差別，所以可以根據(jù)這些差別來進(jìn)行不同氣溶膠類型的反演。春節(jié)期間的偏振輻射值分布與天氣現(xiàn)象為霾和煙塵時(shí)的粒子分布相似，這主要是受到了春節(jié)期間鞭炮燃放的影響，導(dǎo)致大氣中的硫化物增多。高污染天氣下的偏振輻射與天氣現(xiàn)象為煙塵和沙塵時(shí)的粒子分布相似，重污染天氣幾乎全部出現(xiàn)在春季，可能原因是春季北京地區(qū)出現(xiàn)會(huì)沙塵暴，所以有可能會(huì)出現(xiàn)重污染天氣。同時(shí)，對(duì)于不同天氣現(xiàn)象下偏振輻射的模擬，也為今后建