中国长江三角洲气溶胶光学特性的季节变化外文翻译资料

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中国长江三角洲气溶胶光学特性的季节变化

于兴娜¹ 朱彬¹ 银燕² 樊曙先¹ 陈爱军¹

1 南京信息工程大学大气物理系气象灾害重点实验室 南京210044

2 南京信息工程大学中国气象局重点实验室大气物理学与大气环境 南京210044

摘要：为了了解在长江三角洲气溶胶光学特性的季节变化，自2005年9月至2009年12月在中国太湖进行了5年的测量。该地区气溶胶光学厚度的月平均值通常大于0.6；最大季平均值为0.93，发生在夏季。该地区气溶胶Angstrom指数全年最高值1.33发生在秋季和最低值1.08发生在春季。柱状气溶胶的细模式显示粒径大小在春季、秋季、冬季达到的半径的最大值（峰值）为0.15微米；在夏季达到半径的最大值（峰值）为0.22微米。粗模式显示粒径大小在春季、夏季、秋季达到半径的最大值（峰值）为2.9微米，在冬季达到半径的最大值（峰值）为3.8微米。单散射反照率的平均值分别为春季0.92，夏季0.92，秋季0.91和冬季为0.88。在440-1020纳米之间，不对称因子的平均值被认为夏季比在其他季节大，不对称因子为0.66。复折射率的实数部分显示出弱的季节变化，在春季、夏季、秋季、冬季分别平均为1.48、1.43、1.45、1.48。复折射率的虚数部分在冬季为0.013比春季的0.0076、夏季的0.0092和秋季的0.0091都要高，这表明该大气在冬季有较高的吸收率。

关键词：气溶胶的光学特性，长三角州，AERONET

Seasonal Variation of Columnar Aerosol Optical Properties in Yangtze River Delta in China

YU Xingna¹, ZHU Bin¹, YIN Yan²,FAN Shuxian¹,and CHEN Aijun¹

1 Key Laboratory of Meteorological Disaster of Ministry of Education, Department of Atmospheric Physics,Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044

2 CMA Key Laboratory for Atmospheric Physics and Environment, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044(Received 2 September 2010；revised 18 January 2011)

ABSTRACT: In order to understand the seasonal variation of aerosol optical properties in the Yangtze River Delta,5 years of measurements were conducted during September 2005 to December 2009 at Taihu, China. The monthly averages of aerosol optical depth were commonly gt;0.6; the maximum seasonal average (0.93)occurred in summer. The magnitude of the Angstrom exponent was found to be high throughout the year; the highest values occurred in autumn (1.33) and were the lowest in spring (1.08). The fine modes of volume size distribution showed the maxima (peaks) at a radius of sim;0.15 micro;m in spring, autumn, and winter; at a radius of sim;0.22 micro;m in summer. The coarse modes showed the maxima (peaks) at a radius of 2.9 micro;m in spring, summer, and autumn and at a radius of 3.8 micro;m in winter. The averages of single-scattering albedo were 0.92 (spring), 0.92 (summer), 0.91 (autumn), and 0.88 (winter). The averages of asymmetry factor were found to be larger in summer than during other seasons; they were taken as 0.66 at 440–1020 nm over Taihu. The real part of the refractive index showed a weak seasonal variation, with averages of 1.48 (spring), 1.43 (summer), 1.45 (autumn), and 1.48 (winter). The imaginary parts of the refractive index were higher in winter (0.013) than in spring (0.0076), summer (0.0092), and autumn (0.0091), indicating that the atmosphere in the winter had higher absorbtity.

Key words: aerosol optical properties, Yangtze River Delta, AERONET

1、介绍

气溶胶可以影响全球和区域的气候，由太阳直接辐射影响和云微物理学改变的间接影响（Russell et al.,1999; Satheesh et al.，1999; Nakajima et al.，2001）。估计气溶胶直接辐射强迫由于人为气溶胶的增多变化的范围为-0.9至-0.1 W /M^-2（IPCC，2007）。因为对气溶胶特性和显著区域差异的认识不足，所以对气溶胶引起的辐射强迫保留了很大的不确定性。

中国在过去20年迅速增加的城市化和人口化导致了气溶胶的显著增加。具体地，由于人类活动中主要在中国的发达地区，如长江三角洲，珠江三角洲和京津冀（北京，天津，河北）地区；尤其京津冀的污染严重，常常导致能见度较差。长三角是中国最大的河口三角洲，占地面积约99600平方公里，并且拥有7.5千万人口。在2006年中，两个省（江苏省，浙江省）和一个大城市（上海）的区域内，人为排放的气溶胶的总量中SO₂和NO_x分别达到了3749Gg和3223Gg（Zhang et al.，2009）。

以前的研究表明在长三角有较高浓度的颗粒物（Yao et al., 2002; Chan and Yao, 2008）。Wang et al.（2006）报道了长江三角洲地区气溶胶沉重负荷和稳定气溶胶模式下的气溶胶光学厚度弱的季节性变化。Xia et al.（2007）从2005年9月至2006年8月，用1年的太阳光度计和表面辐射数据详细的描述了太湖气溶胶的特征。Chen et al.（2008）研究了杭州地区四个地点的气溶胶光学特性随空间和时间变化的详细特征。Pan et al.（2010）使用了在长江三角洲的不同站点太阳光度计的从2007年至2008年数据反演了气溶胶的光学厚度和Angstrom指数。但是，就气候而言，气溶胶光学特性季节变化需要长时间的测量。本次使用了太湖地区连续5年测量的数据来研究长江三角洲地区气溶胶光学特性的季节性变化。

2.站点和测量

2.1站点描述

太湖站点（31.42N,120.22E）位于太湖的北部。太湖是长江三角洲的一个较大的湖，位于中国江苏和浙江的边界上。它是中国第三大淡水湖，仅次于鄱阳湖和洞庭湖。太湖被长江三角洲的一些大城市所包围，比如无锡、苏州、上海、杭州、南京 。

2.2 仪器、测量和精度

这里所用到是的数据都是由太阳/天空自动辐射计测量得到，太阳/天空自动辐射计是全球气溶胶网的一部分。该太阳辐射计分别在340-1020nm和440-1020nm光谱范围内进行太阳直射辐射测量和天空不同方向的漫射辐射测量（Holben et al.，1998）。直接太阳辐射测量使用了8个通道采集，分别是波长340nm、380nm、440nm、500nm、675nm、870nm、940nm和1020nm。8个通道中的7个通道用来获取气溶胶光学厚度的数据。第8条通道（940nm）被用来检测可降水量（厘米级）。太阳直接辐射计采用离子辅助沉积干涉滤光片的带宽从2-4nm（UV通道）到10nm（可见光通道）。天空漫射辐射的等纬度圈的测量使用了四个光谱通道，分别是440nm、675nm、870nm和1020nm。气溶胶粒径的分布、折射率和单散射反照率由天空辐射计测量获得（Dubovik and King,2000）。光学厚度的测量校准系数是以最开始的Mauna Loa位置收集到的数据用长法反复校准基准仪器所得到的校准系数为基础的。辐射测量的数据是用美国航空航天局Goddard飞行中心的2-m积分球校准的（Holben et al.，1998）。这项研究的时间序列是从2005年9月至2009年12月，所得到的结果如图一所示。

图1.2005年9月至2009年12月的时间序列所得到测量数据

在本研究中所使用的数据集AERONET是2.0级，这是一个质量保证的数据集（数据可从网站AERONET得到，http://aeronet.gsfc.nasa.gov/）。这些数据已被校准，自动云筛选，和人工检查（Smirnov et al.，2000）。现场仪器测量对于气溶胶光学厚度（tau;_a）误差小于plusmn;0.01，对于波长（lambda;）gt;440 nm的UV光谱范围误差为plusmn;0.02，对于水蒸气的误差为plusmn;10％，并且对天空亮度测量的误差为plusmn;5％（Eck et al.，1999）。所测量得到的气溶胶颗粒大小粒径分布的精确度和单散射反照率（omega;）是由Dubovik et al.使用广泛的精细的试验进行分析所得到的（2000）。分析表明，当天顶角大于50°时，高浓度气溶胶[tau;(440nm大于0.5）]的单散射反照率omega;（lambda;）（精度为0.03）和折射率[虚部（k）有30％到50％的误差和实部（N）为0.04]能被较精确检测得到。对于气溶胶[tau;(440nm小于0.2)]，则精确度水平对于单散射反照率omega;（lambda;）就减小到0.05-0.7，对于折射率的虚部（k）减小到80％-100％，对于折射率的实部（n）减小到0.05。对于粒径范围（0.1micro;m-7micro;m），数据的检测错误最大不应超过10%，但对应于该尺寸范围内的最小值的点可能会增加高达35%。假设粒子大小间隔粒径的边缘为0.05micro;m＜R＜0.1micro;m和7micro;m＜R＜15micro;m，粒度分布的反演精度显著下降。

2.3气溶胶光学性质的计算

2.3.1气溶胶光学厚度（tau;_a ）

根据比尔-朗伯-布格定律：

(1)

大气光学厚度（）是总的气溶胶的光学厚度（）、瑞丽散射厚度（）和臭氧吸收厚度（）之和。I是太阳直接照射到地球表面的辐射强度，I₀是大气之上的太阳照射的辐射强度，m是通过大气层的距离。

瑞丽散射光学厚度计算公式为：

(2)

这里的p是实际大气压。

臭氧吸收的光学厚度计算公式为：

（3）

这里的是臭氧的吸收系数，O3是一个Dobson的量，是臭氧层的空气总量。

2.3.2 Angstrom 指数（

这里的参数是根据经典的Angstrom公式（1964），得到波长后线性拟合所得到的：

（4）

这里的是Angstrom的波长指数，是气溶胶粒子尺度分布的重要指示,它的大小不同反应了气溶胶的粒径大小不同。当趋于0时，则对应的是大颗粒为粗尘；当趋于2时，则其对应的是小颗粒的反应。这里的beta;是对大气气溶胶沉降的度量指标,也是气候模型及气候变化中的重要因素。这里的lambda;指的是波长。

2.3.3 体积大小分布

体积大小的分布）是由气溶胶粒径范围0.05微米至15微米所检测得到的。对于每个模式下用来描述粒径尺度分布的公式为：

(5)

这里的是指体积的尺寸分布，体积的浓度Cv是每个气柱的截面柱状体积，r是颗粒半径，是体积几何平均半径和б是标准差。

2.3.4 单散射反照率(omega;（lambda;）)

单散射反照率被

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