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本文主要利用地基和卫星遥感资料,通过统计分析和数值模拟,重点研究2006年我国气溶胶光学厚度(AOD)和黑碳气溶胶(BC)的时空分布与变化特征,继而对BC的直接辐射强迫作用进行了模拟分析,主要得到以下一些结论:
通过分析2006年CSHNET观测网23个站的气溶胶数据,研究了我国不同生态区气溶胶的特点及其变化特征。结果表明,青藏高原地区和东北地区站点AOD较低,而中部地区和东南部地区AOD相对较高。所有站点年平均AOD(550nm)为0.09-0.77,Angstrom指数为0.49-1.88,所有站年均AOD和Angstrom指数分别为0.38和1.22。利用CSHNET观测结果对MODIS/Terra气溶胶产品进行验证表明,MODIS气溶胶产品在农业生态区有较高的适用性;其次为水体生态地区和东都城市;北方荒漠、青藏高原和森林地区气溶胶产品仍存在较大误差。从所有样本季节对比来看,除秋季系统偏小外,其它季节线性回归系数均接近1.0。基于MODIS/AOD产品分析了2006年我国AOD的分布与变化特征,发现东北地区AOD较小,其次为南方地区,中部地区较大,存在四川盆地高值中心以及京津翼至长江中下游三角形高值区域。
通过分析2006年我国大气成分观测网的BC观测资料,以及部分站点的PM10、PM2.5和PM1观测资料,研究了我国BC和大气颗粒物的时空分布特征。结果表明,我国不同地区BC浓度的差别非常大,各站年平均值(880nm)为0.4-14.2μg/m3,所有站年均值为4.33μg/m3。全国存在四川盆地和华北地区两个高值区,且与同期AOD高值区的分布相吻合。大气颗粒物在我国不同地区浓度的差别更大,以PM10为例,各站年平均变化范围为8.3-628.8μg/m3,所有站年均为152.6μg/m3。BC的大值区主要出现在人口稠密和工业发达的大城市地区(如成都、北京、郑州等);而PM10的大值区主要出现在植被覆盖率低、气候干燥、受沙尘天气影响较大(如塔中、敦煌、朱日和)或人口稠密及工业发达的城市(如北京)。BC具有明显的季节和口变化特征,一般为冬季高、夏季低,早晚高、中午和夜间低,这主要是由于BC的人为排放和气象条件的季节和日变化所致。通过BC与PM的相关性分析表明BC主要存在于小粒子中。另外,沙尘天气时,BC浓度的变化与输送量和大风对BC的稀释作用有关,而PM10的浓度无论从绝对量还是相对量上来看都是大幅度增加的。
基于NASAS INTEX-B试验提供的2006年亚洲区域BC排放清单,利用区域气候模式(RegCM3)模拟研究了2006年我国BC柱含量和辐射强迫的分布特征。结果表明,我国BC年均柱含量为0.28 mg/m2,存在两个大值区域,一个在四川盆地,另一个在华北南部至黄淮和江淮地区。大值区年均值约在1.6~1.8mg/m2。各季节BC的柱含量空间分布基本相似,自东北地区到西南地区,存在一条0.2mg/m2的等值分界线。BC在大气层顶产生正的辐射强迫,年均值为0.86 W/m2。其大值区主要位于四川瓮地和华北南部,与排放源和柱含量的分布一致,大值区辐射强迫年均值为3.5~4.0W/m2。BC在地表产生负的辐射强迫,年均值为-2.79 W/m2。负的大值区主要分布在四川盆地和华北南部地区,年均值在-8~-10W/m2。通过对北京、拉萨、西安、长春、南京、济南、庐山和广州等8个城市模拟结果的研究表明,长江以北地区的BC柱含量、大气层顶和地面辐射强迫呈现夏秋季高,冬季低的特点:长江以南地区变化趋势与其相反。这8个城市的大气层项辐射强迫与BC的柱含量空间分布非常相似,相似系数达0.97;地面辐射强迫与大气层顶辐射强迫和柱含量呈负相关,相似系数达-0.97。排放量与柱含量、大气层顶辐射强迫和地面辐射强迫三者间也存在明显的相似性,相似系数的绝对值都在0.8以上。