利用地面MFRSR和激光雷达研究沙尘气溶胶的间接效应

沙尘气溶胶作为干旱半干旱地区对流层中主要的气溶胶类型，其间接辐射效应在该地区云的发展过程中起到了重要的作用。本项目拟采用兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)沙尘气溶胶的长期观测以及2008年中美沙尘暴联合观测实验景泰和张掖站的加强观测，对该地区沙尘气溶胶的光学特性和间接辐射效应进行深入研究。我们将结合地基遥感仪器多滤波旋转影带辐射计(MFRSR)和激光雷达观测发展一套能够同时提供沙尘气溶胶和云光学特性反演的沙尘云反演方案，对实际沙尘云的观测实施反演，并估计出沙尘气溶胶和云的混合程度，为减少目前沙尘气溶胶间接辐射效应评估的不确定性提供重要依据。最后，结合反演结果和Fu-Liou辐射传输模式模拟，研究沙尘云辐射强迫，评估沙尘气溶胶间接辐射效应。项目的完成将进一步加深我们对干旱半干旱地区沙尘气溶胶光学特性和间接辐射效应及其在该地区云发展过程中相对贡献的理解。

沙尘是我国西北干旱半干旱地区对流层大气中最为主要的气溶胶成分之一。由于该地区大气干冷、降水匮乏，沙尘气溶胶在大气中存在的时间较长、范围较广，使得沙尘与云和降水的相互作用及对气候变化产生重要的影响。沙尘和云的混合(即沙尘云)成为该地区一种越发多见的普遍云类型。沙尘气溶胶不仅能够吸收和散射太阳辐射直接影响气候，也可以扮演云凝结核间接影响云的微物理特性、云量和云寿命，进而间接影响气候。因此在该地区沙尘气溶胶间接辐射效应的研究显得尤为重要，该研究的难点在于有云条件下同时观测沙尘气溶胶和云的微物理特性，相关观测方法的研究成为未来准确评估气溶胶间接辐射效应的重点。为此，本项目针对多滤波旋转影带辐射计（MFRSR）能够同时观测太阳直接辐射和总辐射且满足辐射闭合的特点，采用兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)沙尘气溶胶的长期观测以及多次沙尘气溶胶加强观测试验获得的第一手观测资料，建立了适用于西北干旱半干旱地区沙尘气溶胶的非球形气溶胶模型；根据此模型发展了均质条件下沙尘云光学特性的反演算法，并针对其可能的反演误差进行了敏感性试验；比较验证了星载MODIS和CERES的云辐射通量及微物理特性同地面观测的差异，为沙尘云辐射强迫的研究奠定了基础；结合过去沙尘-云-降水相互作用的研究，阐明了东亚干旱半干旱地区沙尘气溶胶对云和降水的影响机理；也为评估沙尘气溶胶间接辐射效应对该地区云发展的影响，初步分析了半干旱地区卷云的光学和物理特性。