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中国和韩国沙尘天气过程与气溶胶物理特性对比研究

2020-11-29阅读(714)

中国和韩国沙尘天气过程与气溶胶物理特性对比研究

论文摘要

大气气溶胶与环境问题密切相关,对人体和其它生物的生理健康也有密切的影响。在东亚地区北部的干燥地区多产生沙尘气溶胶,特别是每年春季,沙尘气溶胶影响中国和韩国等地,沙尘天气对人们的生活和生态环境等的影响已经引起了社会的高度重视。本论文主要通过统计、诊断分析和数值模拟的方法,并利用卫星反演资料（MODIS、MISR和TOMS）、PM10和TSP浓度、AERONET资料等对中国和韩国沙尘天气的特征以及大气气溶胶物理特征进行了探讨。得到的主要结果如下:首先,1960～2005年中国沙尘暴主要集中出现在春季和夏季。70年代以后沙尘天气出现的次数逐渐减少,而韩国沙尘天气主要集中出现在春季,2000年以后出现的沙尘天气呈现比以前增多的趋势。2000～2006年中国出现的沙尘天气中,在同样的天气系统下影响韩国的沙尘天气平均频率为33.7%。其次,影响北京和首尔的沙尘源地和传输路径几乎一致,影响韩国的沙尘天气源地和传输路径主要有以下4种:第一条路径（浑善达克沙地附近）是影响韩国最多的沙尘天气路径。在沙尘天气过程中,在韩国附近高低层都形成了西北气流,其气流有利于输送沙尘。第二条路径（巴丹吉林沙漠附近）与高空急流有密切关系。在韩国上空通常形成高层为西风,低层为西北风的配置,大部分沙尘在高层输送然后下降的可能性较大。第三条路径（科尔沁沙地附近）与副冷锋有关系。沙尘发生后在西北风的引导下经过约12小时左右输送到韩国,传输时间最短。第四条路径（蒙古国中部）与第一条路径的特征较相似,中国出现的沙尘天气范围较广,而影响韩国的频率较小。第三,TOMS气溶胶指数有明显的季节变化,可以较好地描述沙尘气溶胶和冬季燃烧气溶胶。用气溶胶指数可以监测大规模沙尘天气的发生、发展和传输过程,而且气溶胶指数能排除云的影响,能准确地检测到云覆盖的地区。第四,在中国东部地区,春夏两季的MODIS和MISR的大气气溶胶光学厚度较大,而秋冬两季的光学厚度分布较低。MODIS光学厚度对沙尘等气溶胶的观测效果较好,而MISR光学厚度对海上和西部地区的观测效果较好,所以将两种观测资料相结合,对大气气溶胶的研究更有益。春季在韩国周围的风场主要有西北气流,在夏季有西-西南气流,兼有利于中国北部和蒙古国频繁发生的沙尘以及中国东部工业地区出现的高值气溶胶粒子传输到韩国。在春天,北京和安眠的PM10与MODIS光学厚度产品的日平均变化趋势一致,但北京的PM10与MODIS光学厚度都比安眠略大。第五,北京和安眠从AERONET大气气溶胶资料得到的AOD月均极大值出现在春夏季,最小值出现在秋冬季。北京的AOD比安眠高。两地细粒子的AOD值要比粗粒子大。安眠春夏季节的细粒子AOD要比秋冬季节的略高,而春季的粗粒子AOD要比其他三个季节都高。北京一年四季都多出现细粒子,细粒子和粗粒子的季节变化趋势也与安眠的相似,但总体数值偏高。气溶胶粒子的谱分布主要出现沙尘气溶胶类型即粗粒子的含量较高,城市/工业气溶胶类型即细粒子含量较高。在两个地区细粒子气溶胶显著的情况下,细粒子和粗粒子的体积差异都不大。在粗粒子气溶胶显著的情况下,粗粒子比细粒子的体积大。与细粒子显著的个例相比,粗粒子气溶胶含量明显较高。在春季北京和安眠都是粗粒子的出现较多,夏季细粒子出现较多,秋冬季粗粒子和细粒子差异不大。北京的粗粒子含量比安眠高,而两地细粒子的含量几乎一样。

论文目录

  • 目录
  • 摘要
  • 韩文摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 研究动态
  • 1.3 研究目的和主要内容
  • 参考文献
  • 第二章 中国和韩国的沙尘天气概况
  • 2.1 中国沙尘暴的概念、规定和标准
  • 2.2 沙尘天气的定义和分级方法
  • 2.3 韩国沙尘天气的定义和分级方法
  • 2.4 中国和韩国的沙尘天气统计分析
  • 2.4.1 1960～2006年中国强沙尘和韩国沙尘天气出现日数
  • 2.4.2 2000～2006年中国和韩国的沙尘暴天气统计分析
  • 2.5 沙尘天气的时空分布
  • 2.5.1 2000年中国和韩国的沙尘天气概况
  • 2.5.2 2001年中国和韩国的沙尘天气概况
  • 2.5.3 2002年中国和韩国的沙尘天气概况
  • 2.5.4 2003年中国和韩国的沙尘天气概况
  • 2.5.5 2004年中国和韩国的沙尘天气概况
  • 2.5.6 2005年中国和韩国的沙尘天气概况
  • 2.5.7 2006年中国和韩国的沙尘天气概况
  • 2.6 本章小结
  • 参考文献
  • 第三章 北京与首尔沙尘天气移动路径分析
  • 3.1 中国主要沙漠和沙地
  • 3.2 北京的沙尘天气过程路径类型特征分析
  • 3.3 韩国沙尘天气过程路径类型特征分析
  • 3.3.1 第一条路径（西北路1）
  • 3.3.2 第二条路径（西北偏西路）
  • 3.3.3 第三条路径（北路）
  • 3.3.4 第四条路径（西北路2）
  • 3.4 本章小结
  • 参考文献
  • 第四章 TOMS气溶胶指数的季节变化和沙尘天气过程分析
  • 4.1 TOMS气溶胶指数
  • 4.2 气溶胶指数和降水季节变化
  • 4.3 气溶胶指数、风场和相对湿度
  • 4.4 气溶胶指数与沙尘天气分析
  • 4.4.1 2001年4月7～10日的沙尘天气与气溶胶指数
  • 4.4.2 2002年3月20～21日的沙尘天气与气溶胶指数
  • 4.4.3 2001年3月5～6日的沙尘天气与气溶胶指数
  • 4.4.4 2005年4月14～15日的沙尘天气与气溶胶指数
  • 4.5 本章小结
  • 参考文献
  • 第五章 沙尘天气个例诊断和数值模拟分析
  • 5.1 韩国出现沙尘天气的大气环流模型分类
  • 5.1.1 韩国沙尘天气持续时间5天以上的大气环流场特征
  • 5.1.2 韩国沙尘天气持续时间1天的大气环流场特征
  • 5.1.3 中国出现了沙尘天气而在韩国没有出现沙尘天气的环流场特征
  • 5.2 中国与韩国沙尘天气数值模拟分析
  • 5.2.1 天气概况
  • 5.2.2 WRF模式简介和模拟设计
  • 5.2.3 地表向上的热通量
  • 5.2.4 地面摩擦速度随时间的变化
  • 5.2.5 10m风场模拟分析
  • 5.2.6 500hPa高度场和温度场
  • 5.2.7 高空急流
  • 5.2.8 冷锋和沙尘的移动
  • 5.2.9 垂直速度
  • 5.3 本章小结
  • 参考文献
  • 第六章 气溶胶光学厚度和PM10浓度的时空变化特征
  • 6.1 气溶胶光学厚度
  • 6.2 PM10对空气污染研究情况
  • 6.3 MODIS和MISR气溶胶数据
  • 6.4 MODIS与MISR气溶胶光学厚度分析
  • 6.5 MODIS气溶胶光学厚度月变化
  • 6.6 北京和安眠的PM10的月平均浓度年变化
  • 6.6.1 2001～2005年北京的月年平均PM10浓度
  • 6.6.2 2001～2005年韩国的月年平均PM10浓度
  • 6.7 气溶胶光学厚度资料在环境污染研究中的应用
  • 6.7.1 MODIS与AERONET的气溶胶光学厚度相关分析
  • 6.7.2 MODIS气溶胶光学厚度与PM10浓度的相关分析
  • 6.7.3 MODIS和AERONE的光学厚度与PM10浓度日变化
  • 6.8 本章小结
  • 参考文献
  • 第七章 AERONET气溶胶物理特性分析
  • 7.1 大气气溶胶物理特性与AERONET数据资料
  • 7.2 气溶胶物理特征的季节变化
  • 7.2.1 AERONET的AOD和埃斯屈朗指数
  • 7.2.2 细粒子和粗粒子的AOD特征
  • 7.3 气溶胶粒子的谱分布
  • 7.3.1 显著细粒子和粗粒子气溶胶的谱分布
  • 7.3.2 北京和安眠的月平均气溶胶的谱分布
  • 7.3.3 北京和安眠每年3～5月平均气溶胶的谱分布
  • 7.3.4 韩国沙尘天气出现时气溶胶的谱分布
  • 7.3.5 气溶胶的谱分布的月变化
  • 7.4 本章小结
  • 参考文献
  • 第八章 总结和讨论
  • 8.1 总结
  • 8.1.1 中国和韩国的沙尘天气过程统计分析特征
  • 8.1.2 北京和首尔沙尘天气传输路径特征
  • 8.1.3 气溶胶指数分布对沙尘天气过程的演变特征
  • 8.1.4 韩国沙尘天气持续的大气环流模型及个例诊断分析
  • 8.1.5 气溶胶光学厚度资料在环境污染研究中的应用
  • 8.1.6 北京和安眠大气气溶胶物理特征对比
  • 8.2 本研究的新意
  • 8.3 展望
  • 致谢
  • 博士在读期间发表论文情况

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