敦煌地区春季气溶胶光学厚度的变化特征分析

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1、敦煌地区春季气溶胶光学厚度的变化特征分析岳平1,2,3牛生杰21.中国气象局兰州干旱气象研究所甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室,甘肃兰州730020;2.南京信息工程大学气象灾害国家重点实验室培育点,江苏南京210044;3.酒泉市气象局,甘肃酒泉735000.)摘要：用2001年春季敦煌地区CIMELCE-318全自动太阳光度计辐射资料反演了晴空大气、浮尘、扬沙天气条件和沙尘暴前后等不同背景下大气气溶胶光学厚度。结果表明，在不考虑吸收时440nm、870nm和1020nm波段晴空大气气溶胶光学厚度均小于0.3；浮尘天气下的大气光学厚度约为晴空天

2、气的2-3倍；扬沙天气大气光学厚度是浮尘天气的2-3倍；沙尘暴发生前夕大气气溶胶光学厚度将出现明显增加。关键词：气溶胶光学厚度；太阳光度计；辐射1引言大气气溶胶通常是指大气中悬浮着的各种固体和液体粒子。其形状和成分复杂，常常受到地理、地形、地表性质和人类活动状况及距污染源的远近程度及气象条件的影响，在不同的地域，气溶胶粒子的成分和粒子浓度分布不同[1]。气溶胶粒子的主要来源是地表，可以分为自然产生的和人类活动产生的，其中宇宙尘埃也是一个来源。气溶胶不仅可以散射，而且可以吸收入射的太阳辐射。各种不同的气溶胶遍布地球大气，能够对地气系统的辐射平衡带来不

3、同的作用，进而对地球气候产生重要的影响。沙尘气溶胶是东亚对流层大气气溶胶的主要成分之一，它主要来自干旱和半干旱地区，通过沙尘暴等强烈天气过程造成广泛影响[2]。沙尘气溶胶的光学特征可以用光学厚度描述，大气气溶胶消光特性的精确计算，对大气气溶胶含量估算、大气污染评估、气溶胶气候效应研究等具有重要意义[3-5]。目前主要采用多波段太阳光度计[6-11]、卫星反演[12，13]、地面辐射资料与探空资料的联合反演[12-15]等方法研究大气气溶胶的光学特性。国内外近几年利用CE-318太阳辐射计资料在大气气溶胶领域进行了大量研究。Smironv.A等[16

4、]利用NASA的Aeronet资料反演了夏威夷岛沿岸的气溶胶光学厚度的分布特征；Smironv.A等[17]人还分析了巴布多思地区光学厚度和沙尘气溶胶浓度之间的线性相关关系，二者之间的相关系数高达0.93。Dubovik.O等[18]对沙尘、生物燃烧体、城市工业污染及海盐等不同类型的气溶胶光学厚度进行了比较：在1020nm波段沙尘气溶胶光学厚项目基金:国家自然科学基金项目(40365002,及干旱气象科学研究基金项目(IAM200414)资助.第一作者简介:岳平(1974—),男(汉族),甘肃静宁人,工程师,博士研究生,主要从事沙尘天气与沙尘气溶胶

5、研究.E-mail:yueping@nuist.edu.cn度平均值约为0.39，海洋上空的气溶胶平均光学厚度为0.04；440nm波段生物体燃烧后形成的气溶胶平均光学厚度为0.38；城市工业排放的气溶胶平均光学厚度为0.27。申彦波等[19]利用CE-318资料分析了2001年春季中国北方沙尘气溶胶光学厚度的时空分布特征，并探讨了大气气溶胶光学厚度与水平能见度以及沙尘天气之间的关系。刘玉洁等[20]用CE-318太阳光度计资料研究了银川地区气溶胶光学厚度的分布特征。本文用CE-318太阳光度反演了敦煌地区春季不同天气天气条件下的光学厚度变化特征，

6、可为沙尘天气的短时预报提供重要的依据，同时能够为环境监测和同期质量预报提供参考。2仪器介绍及资料选取CIMEL公司制造的全自动跟踪扫描太阳辐射计CE-318滤光片8个波段中心波长位于340nm、380nm、440nm、500nm、670nm、870nm、940nm和1020nm，各波段宽度为10nm，它的光学头上装有四象限探测器，可以自动跟踪太阳做太阳直接辐射测量、太阳等高度角天空扫描、太阳主平面扫描和极化通道天空扫描。CIMEL公司的CE-318光度计测得的太阳直接辐射数据可用来反演计算大气透过率、消光光学厚度、气溶胶光学厚度、大气水汽柱总量和臭

7、氧总量，它的天空扫描数据可以反演大气气溶胶粒子尺度谱分布及气溶胶相函数。因为太阳光度计是目前最精确的光学厚度监测仪器之一，CE-318太阳光度计不仅用于大气气溶胶光学特性及大气环境质量监测，同时用于遥感卫星传感器辐射资料的光学参数定标。地基遥感气溶胶和臭氧的方法是利用了透射过无云大气的直接太阳辐射光束，通常选用可见光和紫外波谱的特定波长来使臭氧和气溶胶的反演效果尽量达到比较理想的效果。本文利用中国科学院大气物理研究所于2001年春季在敦煌用CIMELElectronique公司制造的全自动跟踪扫描太阳辐射计CE-318观测资料，得到了敦煌地区春季大

8、气气溶胶光学厚度日变化特征。观测场位于40o02’N、94o47’E,拔海高度1300m，观测场地比较开阔，可根据敦煌气象