东亚东北海域云上气溶胶直接辐射强迫研究

Above-cloud aerosol (ACA) abounds on a worldwide scale, which has very complicated direct and indirect climatic effects, and it also can significantly impact on the retrieval of cloud optical properties of satellite sensor. Since the limitation of remote sensing technique, we pay little attention to the study of ACA in the past. Recently, with the successful launch of satellites in A-train series, which makes it possible to detect above-cloud aerosol. And the related study of ACA becomes a hot issue. The primary objective of this investigation is to get the direct radiative forcing effect of ACA over the northeast oceanic region of East Asia by using multi-source satellite data and fast radiative transfer model. From global statistics, a great number of ACA cover the area of interested with complicated emission source, physical and optical properties. Firstly, we will co-locate CALIPSO, MODIS, and NCEP data in temporal and spatial scale, and use these data to analyze main types, physical and optical properties, and the impact factors on variation of ACA. Secondly, we will develop a correction algorithm for the impact of ACA on the retrieval of cloud optical thickness of MODIS by using the information of ACA and a vector radiative transfer model. Finally, based on the co-located ACA data and the correction algorithm, a fast radiative transfer model will be used to quantitative calculate and evaluate ACA direct radiative forcing effect in the area of interested.

云上气溶胶在全球范围内大量存，其直接和间接气候环境效应十分复杂，还能明显影响卫星传感器对云光学参数的反演。由于受到遥感探测技术的限制，以前对云上气溶胶的关注很少。最近几年，随着A-Train系列卫星的发射，使得云上气溶胶的遥感探测成为可能，相关研究逐渐成为热点。本项目主要目标联合利用多源卫星观测资料和快速辐射传输模式来研究东亚东北海域云上气溶胶直接辐射强迫效应。从全球统计上看，该研究区域大量存在云上气溶胶，且来源和物理光学特性复杂。这里首先进行CALIPSO、MODIS和NCEP时空匹配，利用提取数据进行该区域云上气溶胶主要类型和物理光学特征以及特征变化原因统计分析。然后，基于云上气溶胶信息和矢量辐射传输模式，发展云上气溶胶对MODIS云光学厚度反演修正算法。最后，结合准确匹配的云上气溶胶信息和修正算法，利用快速辐射传输模式定量获取和评估研究区域云上气溶胶直接辐射气候效应。

由于受到遥感探测技术的限制，以前对云上气溶胶的关注很少。最近几年，随着A-Train系列卫星的发射，使得云上气溶胶的遥感探测成为可能，相关研究逐渐成为热点。本研究关注了东亚东北海域的云上气溶胶气候和辐射强迫特征。主要通过联合利用多源卫星观测资料（CALIPSO、MODIS等）和快速辐射传输模式来研究东亚东北海域云上气溶胶气候特征和直接辐射强迫效应。从长时间卫星观测资料和后向轨迹模型模型分析，除了自然源的海洋气溶胶以外，该区域沙尘和污染沙尘云上气溶胶发生最为频繁。这些沙尘气溶胶主要的源地来自俄罗斯东/南部和中国东北部, 最终传送到西北太平洋。结合云上气溶胶的物理和光学特征，我们利用辐射传输模式构建了多变量（云的光学厚度、云的有效粒子半径、云上气溶胶光学厚度、太阳入射天顶角、卫星观测天顶角、相对方位角）的云上气溶胶反射率修正查找表。在云上气溶胶辐射强迫研究中，模拟计算得到了春季最高辐射强迫为3.61±0.71Wm-2。此外，我们统计该区域的云上气溶胶发生频次以及和云覆盖的关系，还发现了云上沙尘气溶胶的直接辐射强迫效率与重叠云盖有较高的相关性（相关系数为0.71），重叠云盖每增加1%会导致云上沙尘气溶胶的直接辐射强迫效率增加约1.11 Wm-2。因此，重叠云盖是可以作为表征沙尘气溶胶增温效应的重要参数。