秦巴地区大气气溶胶特性及气候环境效应研究

项目依据气溶胶气候和环境效应应用需求，主要研究秦巴地区大气气溶胶的特性及气候环境效应，将研究成果推广应用于灾害性气候的监测、预报及大气环境污染治理和改善。研究内容包括四个方面：(1)秦巴地区大气气溶胶的分布特性及源解析；(2)反演秦巴地区大气气溶胶光学厚度，获取大气气溶胶粒子的光学参量，考虑重力场的影响，对气溶胶中的辐射传输进行理论建模；(3)分析气溶胶对能量传输的散射和吸收，讨论气溶胶的辐射强迫效应；(4)结合近6年的气象及大气环境检测数据分析评价秦巴地区大气气溶胶对气候和环境的影响。开展秦巴地区大气气溶胶的特性及气候环境效应研究，将为内陆其他非极端气候环境地区的大气气溶胶研究提供方法和奠定预先理论研究基础；更重要的是，作为"南水北调"工程的源头，秦巴地区大气气溶胶环境和气候效应的研究还将为准确评估"南水北调"工程的水质和容量提供科学依据。

依据项目计划书，本项目主要内容为研究秦巴地区大气气溶胶光学特性及气候环境效应。主要研究目的是通过分析秦巴地区近年来各主要城市的环境空气质量监测数据和气象数据资料，研究秦巴地区大气气溶胶的分布特征、形成机理及对环境气候的影响；并基于粒子的光散射理论，获取气溶胶粒子的光学特征量，结合辐射输运理论研究气溶胶对能量的吸收和散射；将研究结果应用于对大气环境污染的评价、气溶胶辐射气候效应的研究中，从而对城市大气污染形成机制进行科学认识，对环境的改善和治理、对社会区域经济的可持续发展提供决策依据。对秦巴地区气溶胶特性的研究可以弥补我国在内陆非极端气候地区气溶胶特性研究方面的空白，为广泛开展内陆非极端气候地区气溶胶特性研究奠定预先理论研究基础。主要内容包括：1、统计分析了近年来秦巴地区各主要城市的环境空气质量状况，分析了秦巴地区大气气溶胶的形成机理和主要来源；2、基于分形理论和实验结果，构建了分形气溶胶凝聚粒子模型，为研究气溶胶粒子光学特性的数值计算奠定了基础；3、基于粒子电磁(光)散射理论，研究了气溶胶粒子的光学特性，给出了复合气溶胶粒子和气溶胶凝聚粒子光学特性的数值结果，分析了气溶胶凝聚粒子的原始数目、形状、气溶胶凝聚粒子的孔隙率、气溶胶凝聚粒子原始微粒的粒径以及入射光的入射角度、入射波长等因素对气溶胶凝聚粒子光学特性的影响；4、基于Beer定律和辐射输运理论，研究了大气气溶胶中电磁（光）波的传输特性，数值计算了气溶胶粒子的散射相函数，研究了大气气溶胶中光的传输特性，给出了反射率、透射率随入射光的入射角度及气溶胶粒子层厚度的变化结果，并分析了气溶胶对太阳能量的散射和吸收；5、基于MODIS气溶胶产品，反演计算秦巴地区气溶胶光学厚度AOD、粒子的尺度谱分布信息及气溶胶的时空分布特征，建立AOD与PM10、PM2.5、API及TSP之间的关系模型，利用反演得到的AOD表征秦巴地区的环境空气质量状况；6、结合实际应用，课题组在项目研究过程中还开展了一些与光散射、电磁散射以及动态光散射技术及应用等相关课题的研究。