在中国的长江三角洲地区气溶胶光学特性的季节变化，垂直分布和相关的辐射效应外文翻译资料

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中国地质大学学报，VOL.117.D00K38，doi：10.1029 / 2011JD016490,2012

在中国的长江三角洲地区气溶胶光学特性的季节变化，垂直分布和相关的辐射效应

^[1]刘建军，^1,2尤菲郑，¹李占清李，^2,3,4康纳弗林，⁵和莫琳·克里布²

^{2011年7月3日收到；2011年11月30日修订；2011年12月1日接受；2012年2月9日发表。}

^{[1] 中国东部长江三角洲地区四年的柱状气溶胶光学特性和一年的垂直剖面在中部太湖分析了527nm处气溶胶粒子消光系数。调查了气溶胶光学系统的季节变化性质，垂直分布以及对短波辐射和加热速率的影响。气溶胶光学深度（AOD）的多年变化，Aring;ngstrom分析指数，单散射反照率（SSA）和不对称因子（ASY），与气溶胶消光的垂直剖面一起。AOD是夏季最大的冬天最小。SSA表现出较弱的季节变化，具有最小的值冬季发生，夏季发生最大。绝大多数气溶胶颗粒低于2千米，分别在春季，夏季，秋季和冬季约62％，67％，67％和83％被限制在1千米以下。五天后弹道分析表明高空中的一些气溶胶可以追溯到中国的北部、西北部蒙古和西伯利亚，春季，秋季和冬季。尘埃气溶胶的存在是基于线性去极化测量和其他信息识别（即，后方轨迹，降水，气溶胶指数）。灰尘强烈影响垂直春季和秋季的颗粒分布，冬季影响小得多。一年一度底部，顶部和底部的平均气溶胶直接短波辐射强迫（效率）。在大气层内是-34.8plusmn;9.1（-54.4plusmn;5.3），-8.2plusmn;4.8（-13.1plusmn;1.5）和26.7plusmn;9.4（41.3plusmn;4.6）直接和平均减少漫射辐射到达表面的量分别为109.2plusmn;49.4和66.8plusmn;33.3W/m2，气溶胶显着改变了太阳能加热的垂直剖面，非常好对对流层低层大气稳定性和动态的影响。}

^{引用：Liu,J,Y.Zheng，Z. Li，C.Flynn和M. Cribb（2012），气溶胶光学特性的季节变化，垂直中国长江三角洲地区的分布和相关辐射效应，J.Geophys. RES. ,117，D00K38，doi：10.1029/2011JD016490。}

1.简介

^{[2]众所周知，大气气溶胶粒子在气候系统和气候系统中发挥重要作用。水文循环，因为它们吸收和散射太阳能辐射，作为云粒子形成的核心并参与许多化学和光化学反应[Twomey，1977;阿克曼等.。2000;罗森菲尔德等，2001年,2008年;考夫曼等人.2005;福斯特等人2007;克拉克和卡普斯汀，2010年;Engling和Gelencser，2010]。对云垂直的重大长期影响发展和降雨频率和速率已被确定这意味着气溶胶在调节中起着更大的作用地球的水和能量循环比以前认为的要多[李等人，2011a]。}

^{[3]光学性质的知识，例如气溶胶光学深度（AOD），单次散射反照率（SSA），不对称因子（ASY）及其垂直分布对估计气溶胶粒子的影响至关重要辐射强迫及其对气候的相关影响。研究表明，当使用柱整合AOD和气溶胶直接计算中的柱平均SSA和ASY辐射强迫（ADRF），垂直分布气溶胶消光系数对其影响很小ADRF位于大气层顶部（TOA）和表面但是显着改变了加热的垂直分布率[Chou etal，2006;约翰逊等人.2008;Guan等人2010]。这改变了大气的稳定性影响对流和湍流运动[McFarquhar和王，2006;Ramanathan等，2007]，甚至可以影响区域气候[Ramanathan.etal，2001B。然而，迄今为止，对气溶胶粒子的了解属性及其空间和时间变化由于它们的垂直结构，仍然很差，这导致了对复杂性的理解存在相当大的不确定性气候影响[Forster等，2007]。}

^{[4]最近，东亚地区的气溶胶，特别是气溶胶中国东部，因为引起了相当多的关注他们的高表面浓度和共存的粉尘，工业污染物和生物质燃烧气溶胶[Lau etal，2008]。最近以国际气溶胶为重点实验已在主要大陆进行东亚大多沿亚洲东部海岸地区包括日本和韩国[Huebert等，2003;中岛等，2003年，2007年]。自2004年以来，两个主要的气溶胶实验 在中国大陆进行的是：东亚对流层气溶胶研究：一个国际区域实验（EAST-AIRE）[Li etal，2007年]和东方亚洲对流层气溶胶研究及对气孔的影响区域气候（EAST-AIRC）[Li etal，2011b]。在里面后一个实验，美国能源部的Atmo-球形辐射测量（ARM）移动设备（AMF）于2008年6月至5月在中国部署2009与合作提供的工具一起机构，在四个地点进行了密集观察代表不同的气候和环境制度中国各地[Li etal，2011b]。作为两个领域的网站实验，太湖站（31.7N，120.4E，10米以上海平面）于2005年沿湖岸建立太湖，位于长江三角洲的中心地带被几个大城市包围的地区：上海（31.2N，121.5E）向东，南京（32.0N，118.8E）向西南到杭（30.3N，120.2E）。}

^{[5]自2005年以来，CIMEL太阳光度计，宽带辐射计全天空成像仪和多旋转器阴影带辐射计（MFRSR）在该处运行太湖遗址连续测量气溶胶粒子光学属性和表面辐射作为EAST-AIRE的一部分。2008年5月一种去极化敏感的微脉冲激光雷达（MPL）和微波辐射计被添加到仪器套件已在现场运行[Li etal，2011B。这是长期的第一次基础-基于气溶胶光学特性的测量及其测量在此收集了来自MPL的垂直分布中国人口密集的地区。评价垂直现在可以在该地区分配气溶胶，人为活动导致异常高的地方气溶胶负荷[Li etal，2007年]和重要的热量非绝热加热和直接辐射产生的扰动强迫[Xia etal，2007]。}

^{[6]本文介绍了气溶胶分析的结果粒子光学特性和相关的辐射测量2006年至2009年在太湖收集的保证金全额2008 - 2009年期间收集的MPL数据年份运动。测量的简要描述和分析中使用的方法在第2节中出。第3节是对季节性特征的总结气溶胶粒子的光学特性，它们的垂直分布和它们的短波直接辐射效应。的影响尘埃气溶胶对气溶胶特性的季节变化本节还讨论了它们的辐射效应。结论在第4节中给出}

2.测量和方法

2.1气溶胶光学特性

^{[7]Cimel太阳光度计，标准仪器用于NASA气溶胶机器人（AERONET）[Holben等，1998]，测量直接太阳和天空辐射离散波长。反演检索方法用于测定AOD，SSA，ASY和气溶胶粒度分布[Dubovik等，2000]。不明AOD的质量为0.01-0.02，高AOD为SSA（gt;0.4440nm）和大太阳天顶角（gt;50°）有一个准确度为0.03美元[Dubovik等，2000]。测量值使用940nm来得到水蒸气柱的量。在这里，我们使用Level2.0版本的AERONET数据（校准和筛选云）估计季节性柱状光学特性的图案。版本2检索到大于440nm的AOD的SSA和ASY使用0.4和大于50°的太阳天顶角研究。1.5版本AOD数据用作约束。由于版本2.0的数量较少，因此MPL检索数据可用。薄卷云的存在可能不是确定哪些可导致AOD的偏差为0.03-0.08[黄等人，2011;Chew等人，2011]。}

^{[8]7月份没有在现场进行AERONET检索和2008年8月，从MFRSR的AOD检索用来代替李等人.[2010]显示MFRSR AOD检索与AERONET检索一致太湖AOD的价值观。MFRSR是一个七通道具有旋转阴影带的日射强度计，用于测量总量和漫射太阳能宽带辐射在415,500,610，673,870和940纳米，间隔1分钟[哈里森和Michalsky，1994]。Lee等人提出的方法.[2010]用于在朦胧和朦胧下校准仪器高度可变的气溶胶场景和方法亚历山德罗夫等人.[2008]用于检索AOD。该测量之间的均方根差异使用Lee等人的方法进行分类。[2010]和那个标准的兰利绘图技术是6％[Lee etal，2010]，这意味着精确度为0.03美元，具有可比性具有良好校准的太阳照片的标准精度-米（$0.026）使用兰利绘图技术[施密德等，1999]。除了校准误差外，还有典型的检索准确度为0.01美元[Alexandrov etal，2008]。云筛选基于光学深度的局部可变性来源于870nm的直接光束测量[Alexandrov etal，2004]。}

2.2气溶胶垂直分布

^{[9]安装在太湖的MPL基于眼睛安全最初开发的紧凑型固态激光雷达美国宇航局戈达德太空飞行中心和制造西格玛太空公司。这里使用的仪器有如上所述，已经增强了偏振灵敏度由Flynn等人。[2007]。该仪器工作在527nm并且脉冲的激光脉冲持续时间约为10ns重复率为2500赫兹。信号用}

图 1季节和年平均值（a）AOD（500 nm）及（b）a（440-675 nm）及相应的标准偏差─蒸发散。数据来自2006年至2009年的太湖。

本研究的垂直分辨率设定为30米。MPL接收器在短时间内测量许多低能脉冲使其达到良好的信噪比[Welton等，2002; Campbell等，2002]。它有能力检测海拔高达20公里的云和气溶胶结构白天[Campbell etal。，2008]。这个仪器专为无人值守数据采集而设计。Spinhirne[1993]和坎贝尔等人。 [2002]提供更详细的信息MPL的描述。

[10]由单通道检测的反向散射辐射弹性散射激光雷达由以下描述方程：

P(r)= (1)

其中r是范围，b（r）和s（r）是组合的气溶胶和分子背向散射和消光系数在范围r。等式中的其他参数是激光雷达校准常数（C），激光脉冲能量（E）和背景噪音（Nb）。乐器效果包括重叠函数（O（r））和后脉冲，或接收器“串扰”功能，（A（r））。背景噪音和仪器在处理原始信号之前必须协调效果。Campbell等人给出了描述这一过程的细节。[2002]和Welton等人。[2002]。 在所有信号修正之后制作归一化的相对反向散射，PNRB（r）或NRB，获得为

(2)

其中C通过一种通常受限制的技术来解决通过共同定位AERONET AOD并在一定范围内在检测到的表面上方识别分子散

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