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利用激光雷达观测资料研究沙尘气溶胶及其影响

作　者: 李崇
导　师: 任国玉；高庆先
学　校: 南京信息工程大学
专　业: 气候系统与全球变化
关键词: 沙尘天气沙尘气溶胶激光雷达消光系数气溶胶光学厚度(AOD)
分类号: P445.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

沙尘天气是一种灾害性天气现象,有着巨大的破坏力。本文利用西北地区部分台站1954-2009年沙尘天气相关观测资料分析研究了中国沙尘天气气候特点。研究表明：西北干旱、半干旱地区是我国沙尘天气的主要源区,主要集中在新疆塔里木盆地的塔克拉玛干沙漠边缘、内蒙古西部和祁连山以北甘肃境内、内蒙古中部等三个区域。自1954年以来,全国大部分地区,除个别站点外,沙尘天气频数总体上呈现波动减少的趋势,活跃期和平静期交替出现。蒙古气旋、冷锋是影响我国沙尘天气的主要天气系统。降水、温度、大风等气候因子与沙尘天气的频次密切相关。另外,西北地区爆发的沙尘天气大多是经西北路径及偏西路径传输影响中国境内及周边国家的。利用由中国科学院安徽光学精密机械研究所开发研制的大气环境监测激光雷达系统在沙尘天气及雾霾天气期间的观测资料,采用Fernald气溶胶光学特性反演算法,反演并计算了沙尘天气期间合肥地区的沙尘气溶胶光学特性,主要包括气溶胶消光系数垂直廓线和气溶胶光学厚度AOD。对气溶胶的消光系数垂直廓线的分析发现：沙尘天气过境前后,气溶胶的垂直分布有明显的差别。源于西北地区的沙尘天气一般在合肥(沙尘影响区)上空3-6km高度上出现浓度很高的沙尘气溶胶层,沙尘天气事件强度和环流背景决定了气溶胶的浓度。源于合肥局地区域的沙尘天气,则在近地面0-3km处形成较高浓度的沙尘气溶胶层,近地面气溶胶消光系数最大接近1。AOD也有相应的变化。利用AERONET提供的站点气溶胶光学厚度(AOD)数据分析了沙尘天气期间沙尘源区及影响区AOD随时间演变趋势及沙尘气溶胶对全球及区域的影响。研究表明：沙尘天气期间沙尘源区及影响区的AOD均有明显增加,出现1-3天的峰值区。连续沙尘天气会使影响区的AOD持续在0.5左右的较高值,沉降较慢；而沙尘源区会在短时间内恢复正常值。出现这种现象与源区的风场和沙尘气溶胶的粒径大小、沉降速度等密切相关。

全文目录

目录  3-5
摘要  5-6
Abstract  6-8
前言  8-13
  第一节应用激光雷达探测大气气溶胶的意义  8-9
  第二节国内外研究现状及存在问题  9-12
  第三节本文研究的主要内容  12-13
第一章中国沙尘天气的气候与气候变化特点  13-33
  1.1 中国沙尘天气的分布、源地及传输路径  13-18
  1.2 中国沙尘天气的历史演变  18-22
    1.2.1 南疆地区沙尘天气的历史演变  19-20
    1.2.2 北疆地区沙尘天气的历史演变  20
    1.2.3 甘肃、宁夏和青海地区沙尘天气的历史演变  20-21
    1.2.4 内蒙古中西部地区沙尘天气的历史演变  21-22
    1.2.5 西北沙尘源区沙尘天气的历史演变  22
  1.3 中国沙尘天气的影响因素  22-32
    1.3.1 影响我国沙尘天气的天气系统  23-24
    1.3.2 气候因子对我国沙尘天气的影响  24-32
  本章小结  32-33
第二章激光雷达系统探测原理及数据反演方法  33-41
  2.1 激光雷达系统简介  33-37
    2.1.1 AML-3车载大气环境监测激光雷达系统组成及探测原理  33-35
    2.1.2 AML-3激光雷达的参数和性能  35-37
  2.2 雷达数据反演  37-41
    2.2.1 激光雷达方程及求解方法  37-40
    2.2.2 气溶胶光学厚度(AOD)的反演方法  40-41
第三章沙尘天气期间的气溶胶特性分析  41-69
  3.1 观测数据  41
  3.2 结果及讨论  41-67
    3.2.1 2001年1月30-31日沙尘天气过程  41-48
    3.2.2 2001年3月13-15日沙尘天气过程  48-55
    3.2.3 2001年4月7-10、11-13日沙尘天气过程  55-67
  本章小结  67-69
第四章沙尘气溶胶的影响研究  69-76
  4.1 沙尘气溶胶对沙尘源区的影响  69-72
  4.2 沙尘气溶胶对沙尘影响区的影响  72-75
  本章小结  75-76
第五章结论及展望  76-78
  5.1 初步研究结论  76
  5.2 今后的工作设想  76-78
参考文献  78-82
致谢  82

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