青藏高原及周边地区气溶胶的时空分布特征研究

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气溶胶是气候变化研究中最主要的不确定性因子之一。气溶胶能够改变大气的温度廓线、影响到达地表的太阳辐射和大气上界反射的太阳辐射。气溶胶还可以通过作为云凝结核而影响云属性,进而影响降水格局,并最终影响大气水分循环过程。青藏高原毗邻的南亚和中亚等地区是全球最重要的气溶胶物质源区之一。传输至高原上空的气溶胶强烈地影响着青藏高原的气候和环境过程。青藏高原能量收支和水分循环会对亚洲乃至全球气候系统产生重要的影响。然而,当前对青藏高原地区气溶胶的研究主要集中在站点气溶胶的观测结果分析以及气溶胶高值事件对高原环境的影响等方面,而对整个高原上气溶胶时空分布特征认识的尚不完善。本论文结合气溶胶地基观测和卫星遥感数据,系统地分析了青藏高原气溶胶的时空分布特征以及其影响因素。  利用站点观测资料的分析结果表明,受大尺度大气环流过程的影响,喜马拉雅山地区气溶胶光学属性呈现出明显的季节变化特征。位于高海拔的中国科学院珠穆朗玛大气与环境综合观测研究站(QOMS_CAS)和尼泊尔金字塔站(EVK2-CNR)气溶胶分布反映了高山大气背景状况,而位于低海拔的尼泊尔博卡拉站(Pokhara)的大气环境则受人类活动影响严重,使其气溶胶光学厚度(aerosoloptical depth,AOD)远高于上述两个高山站。喜马拉雅山南坡和印度北部等地区4月的植被火灾显著影响了QOMS_CAS和EVK2-CNR两个站的大气环境;而植被火灾和当地农作物残余物燃烧对Pokhara站的大气环境有显著影响。  喜马拉雅山地区气溶胶的日变化特征则可能主要受到中尺度天气系统和局地地形等因素的共同影响。AOD和(A)ngstr(o)m指数((A)ngstr(o)m exponent,AE)的日变化主要受到了包括降水、排放源排放特征、山谷风环流和地表加热作用在内的多种因素共同作用。降水的湿沉降效应能够有效地清除气溶胶颗粒,因此日降水率能够显著地影响气溶胶属性的日变化形式。气溶胶日变化特征还受日排放特征以及站点和排放源的距离影响。山谷风环流也会影响站点气溶胶的日变化特征。地表热力作用通过影响局地对流活动强度,进而影响到气溶胶的垂直交换过程和远源传输过程。  利用卫星观测资料的分析结果显示,整个青藏高原上气溶胶光学属性呈现出明显的季节变化规律。在春夏季高原上AOD较高;而秋冬季AOD则较低。青藏高原上气溶胶光学属性存在显著的空间差异,表现为AOD在高原北部较高原南部高。柴达木盆地全年的AOD比高原其它区域高。青藏高原上气溶胶光学属性呈现出两种不同的空间变化模式:高原北部纬向平均AOD峰值出现在5月,而高原南部纬向平均AOD峰值出现在7月。  沙尘气溶胶是高原上最主要的气溶胶类型。此外,污染型沙尘和烟尘气溶胶对高原环境也有影响。高原上沙尘气溶胶的发生频次在春季达到最高。春季高原上沙尘气溶胶层可被传输到达对流层上部和平流层下部大约11-12 km的高度,而其它季节沙尘气溶胶层的传输高度要低得多。在春季和夏季,高原北部和南部沙尘发生频次存在显著的差异。高原南北沙尘气溶胶属性空间差异的分界线位于高原中部大约33°-35°N的位置,分界线能够从高原地表延伸到6-8 km的高度。但在其它气溶胶类型发生频次的空间分布上并没有观测到相似的分界线。  青藏高原上气溶胶的季节变化和空间分布特征可能受到周边排放源特征、气溶胶层的存在高度、大气环流以及高原地形等多种因素影响。在春季和夏季,高原周边包括印度-恒河平原和塔里木盆地等地区气溶胶含量极高。这些地区的气溶胶在对流作用下能够被抬升到青藏高原面以上的高度。这有利于气溶胶从周边区域传入到青藏高原腹地。高原北部和南部不同的气溶胶季节变化模式与大气环流系统有关。大气环流系统很大程度上影响了气溶胶能够达到的位置。然而,实际观测结果显示气溶胶空间分布格局与气流的潜在位置并不完全一致。高原上近似东西走向分布的层层山脉,这也是春季和夏季高原北部和南部沙尘气溶胶界限出现在高原中部的重要原因。
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