中国西北地区沙尘气溶胶区域辐射效应的研究

沙尘气溶胶作为中国西北地区主要的气溶胶类型，其辐射效应对于区域气候变化有重要影响，但由于缺乏对其物理光学特性准确了解，使得沙尘气溶胶辐射强迫的计算具有很大的不确定性。本项目将利用兰大气候站地面观测及多次野外加强观测试验数据，来反演我国西北沙尘气溶胶的物理光学特性，建立西北地区沙尘气溶胶光学特性数据库，并利用沙尘气溶胶光学厚度的地基反演数据，验证评估各种卫星气溶胶光学厚度在西北半干旱区域的可靠性，并对卫星反演进行订正，得到西北区域合理、准确的气溶胶光学厚度。并通过辐射闭合验证各参数的准确性，进而利用数值模式计算研究整个西北地区的沙尘气溶胶辐射强迫，为深入研究沙尘气溶胶对西北地区区域能量平衡的作用以及对西北地区干旱的影响提供依据。

在项目组成员努力下，本项目顺利完成了预期计划和目标。在项目支持下，发表SCI论文两篇，取得了一些创新性结果；并在项目执行过程中，得到一些计划外的结果。首先本课题计划对西北地区沙尘气溶胶进行系统理论研究和数值模拟计算。由于在西北沙尘源附近的观测很少，目前对于沙尘气溶胶的光学特性研究还存在很多的争议。本课题希望通过利用兰州大学半干旱气候与变化观测站的气溶胶与辐射的长期观测资料以及野外加强观测试验数据，对沙尘气溶胶的粒子分布、光学厚度、单次散射反照率、不对称因子等物理光学特性进行反演，验证现有结果，并得到西北地区可靠地沙尘粒子光学特征参数。在此项计划实施过程中，我们利用了2008年敦煌和2010年民勤野外观测资料，系统的反演了西北地区沙尘气溶胶的光学性质，并详细的与目前国际常用的Cimel反演结果进行对比，分析哪些结果是相同的，哪些结果是不一致的，进一步通过辐射闭合试验，讨论两种反演结果在不一致的方面，哪一种结果更为可靠。其次本课题计划利用数值模式计算分析西北地区沙尘气溶胶在大气层顶和地表的辐射强迫，为深入研究沙尘气溶胶对西北地区区域能量平衡的作用以及对西北地区干旱的影响提供依据。在此项计划中我们将观测数据反演得到的沙尘光学特性参数，输入辐射传输模式，在闭合试验成功的条件下，利用模式定量计算了大气层顶和地表的辐射强迫值，并讨论了沙尘气溶胶对区域能量平衡的影响。另外本课题执行时发现，目前反演气溶胶光学时一般假设沙尘粒子为球形粒子，但沙尘粒子其实为典型非球形，这种假设可能对反演结果有一定影响，所以在课题计划之外，我们研究分析了沙尘粒子非球形对气溶胶特性反演的影响，进一步进行了沙尘光学特性参数化的工作；并完成了一些利用辐射传输模式计算对流层上部和平流层下部辐射通量的工作。