沙尘气溶胶粒子短波辐射效应的数值研究

论文摘要

本文在综合大量观测研究成果的基础上，初步提出一个较合理、具有我国北方代表性的沙尘气溶胶基本特征(尺度谱分布、高度分布及折射指数)模型。当发生沙尘天气时，沙尘气溶胶粒子不仅数浓度明显增加、谱分布峰值半径向粗粒径偏移，而且沙尘粒子在输送过程中物理化学性质发生变化(比如硫化)，折射指数和尺度谱改变。此外，沙尘气溶胶粗粒子较多，由于重力沉降作用，其谱分布随高度增加而变窄较一般气溶胶粒子明显。用Mie散射理论研究了沙尘气溶胶粒子光学特性与这些影响因素的关系，并进一步用辐射传输模式研究不同特征的沙尘气溶胶对太阳辐射加热率的影响。结果表明：沙尘气溶胶吸收、散射、消光系数及光学厚度与浓度之间为正相关关系。当沙尘气溶胶浓度较小，太阳辐射加热率廓线与其浓度高度分布相似；随着沙尘气溶胶浓度的增加，达到沙尘天气时，太阳辐射加热率明显增大，但最大加热率发生在对流层中部偏下，且与近地层加热率的差值增大，虽然这里的浓度低于近地层；沙尘粒子硫化对其光学特性辐射效应与浓度增加有相似的影响，此影响可以与浓度增大1倍时的相当；谱分布的两种变化均对沙尘气溶胶的光学特性和辐射效应有一定的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究内容和方法
• 第2章 短波辐射传输计算方案
• 2.1 网格设计
• 2.2 模式大气光学厚度
• 2.3 辐射传输方程求解
• 2.3.1 模式顶太阳光谱的计算
• 2.3.2 二流近似
• 2.3.3 累加法
• 2.4 大气变温率
• 2.5 对太阳光谱的分段积分
• 第3章 沙尘气溶胶模型
• 3.1 沙尘气溶胶粒子谱分布
• 3.2 沙尘气溶胶数浓度及垂直分布
• 3.3 沙尘气溶胶粒子复折射指数
• 3.4 本章小结
• 第4章 沙尘气溶胶短波辐射特性
• 4.1 单个粒子光学特性参数
• 4.1.1 吸收效率
• 4.1.2 散射效率
• 4.1.3 消光效率
• 4.1.4 不对称因子
• 4.1.5 单次散射反照率
• 4.2 沙尘气溶胶群体光学特性
• 4.2.1 吸收系数
• 4.2.2 散射系数
• 4.2.3 消光系数
• 4.2.4 不对称因子
• 4.2.5 单次散射反照率
• 4.2.6 光学厚度
• 4.3 沙尘气溶胶对太阳辐射加热率的影响
• 4.3.1 数浓度的影响
• 4.3.2 硫化的影响
• 4.3.3 谱分布峰值偏移的影响
• 4.3.4 谱分布垂直变化的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 总结
• 5.1 本文主要结论
• 5.2 存在的问题
• 5.3 未来展望
• 参考文献
• 致谢