大气气溶胶相关研究综述
大气气溶胶卫星遥感反演研究综述

大气气溶胶卫星遥感反演研究综述【摘要】本文主要围绕大气气溶胶卫星遥感反演研究展开综述。
首先介绍了大气气溶胶卫星遥感技术的原理,包括传感器、数据处理和遥感算法等方面。
然后详细探讨了大气气溶胶卫星遥感反演方法,包括单光谱反演、多光谱反演和激光雷达反演等。
接着总结了大气气溶胶卫星遥感反演结果,并详细介绍了反演结果在气象学、环境监测和气候变化研究中的应用。
最后对大气气溶胶卫星遥感反演研究的进展进行了概述,指出了当前研究存在的问题和未来发展方向。
展望了大气气溶胶卫星遥感反演的未来发展,包括技术创新、应用拓展和国际合作等方面。
通过本文的综述,有望促进大气气溶胶卫星遥感反演研究的深入发展并为相关领域的应用提供支撑。
【关键词】大气气溶胶、卫星遥感、反演、研究综述、技术原理、方法、结果、应用、进展、展望1. 引言1.1 大气气溶胶卫星遥感反演研究综述概述大气气溶胶是指在大气中悬浮的微小颗粒物质,是空气污染的主要成分之一。
气溶胶的数量、大小、成分和分布对大气环境和气候变化具有重要影响。
卫星遥感技术能够全面、连续地监测大气气溶胶,为研究气溶胶的来源、形成机制和影响提供了重要手段。
本文将综述大气气溶胶卫星遥感反演研究的相关内容,包括技术原理、反演方法、反演结果、应用和进展。
通过对卫星遥感数据的获取、处理和分析,可以获取大气气溶胶的空间分布、垂直分布和时空变化规律,为大气环境监测和气候研究提供重要参考。
本文将系统介绍大气气溶胶卫星遥感技术的基本原理,包括遥感器的设计原理、数据获取方式以及数据处理方法。
将探讨不同反演方法在大气气溶胶遥感中的应用,比较各种方法的优缺点,为研究者和决策者提供参考。
通过对大气气溶胶卫星遥感反演结果的分析,可以揭示大气气溶胶的空间分布和变化趋势,为环境保护和气候变化研究提供重要支撑。
结合遥感数据和模型模拟的研究,可以更准确地评估大气气溶胶对气候变化的影响。
本文还将探讨大气气溶胶卫星遥感在大气污染监测、气候变化研究、灾害预警等方面的应用,并展望未来大气气溶胶卫星遥感反演研究的发展方向,为相关研究和应用提供参考和借鉴。
中国大气气溶胶研究综述

中国大气气溶胶研究综述Ξ毛节泰 张军华 王美华(北京大学物理学院大气科学系,北京,100871)摘 要 文中综合论述了近20年来中国大气气溶胶研究状况,包括对大气气溶胶的直接采样分析,地面和卫星的遥感,大气气溶胶辐射特性及其气候效应的研究以及沙尘暴的形成、输送及气候效应的研究等。
直接采样分析不仅研究了气溶胶的浓度和粒子谱分布等特性,而且也对其化学组分做了分析,高空气球采样得到了对流层和低平流层的气溶胶样品,并用X能谱电子显微镜进行了分析。
地面遥感和多种卫星资料,包括AVHRR,SV ISSR,TOMS, POLDER等,被用来研究大气气溶胶的辐射特性,并提出了用消光和前向散射相结合和利用天空散射光分布反演粒子谱分布相函数等方法。
开展了有关气溶胶气候效应的数值模拟研究,并对非球形粒子以及吸湿性粒子的作用做了专门的计算。
对沙尘粒子的直接观测为研究其生成条件和输送特性提供了基础数据。
文中对不同的研究方法进行了初步评述,并对气溶胶的研究提出几点建议。
关键词:气溶胶,大气环境,气候变化。
1 引 言 大气气溶胶是由大气介质和混合于其中的固体或液体颗粒物组成的体系。
由于它是由不同相态物体组成,虽然其含量很少,但对大气中发生的许多物理化学过程都有重要的影响。
例如,气溶胶对太阳辐射的吸收和散射会改变地球大气系统的行星反照率,从而影响到地气系统的能量平衡;大气气溶胶还起到云凝结核的作用;大量的气溶胶颗粒有可能使云滴的数密度增加,云滴的平均半径变小,这有可能使云对太阳辐射的反射率增加或使云的维持时间加长,甚至使降水减少。
这些都会影响到地气系统的能量平衡,从而对气候变化有影响。
大气气溶胶有着众多的自然源和人为源,例如火山的喷发,海水的溅沫,地面的扬尘,生物体的燃烧以及人类活动,燃料的使用等过程产生的各种颗粒物。
但由于它在大气中的停留时间较短,其特性随空间和时间都有明显的变化,因此到目前为止,我们尚且还缺少足够的数据来研究大气气溶胶对气候系统的确切影响。
大气气溶胶卫星遥感反演研究综述

大气气溶胶卫星遥感反演研究综述【摘要】大气气溶胶对气候变化和空气质量具有重要影响,因此大气气溶胶的遥感监测变得至关重要。
本文首先介绍了大气气溶胶的来源和影响,然后详细解析了大气气溶胶卫星遥感技术原理和反演算法,以及反演结果验证的重要性。
接着探讨了大气气溶胶卫星遥感在环境监测中的应用,展示了其在改善空气质量和监测气溶胶分布方面的潜力。
对大气气溶胶卫星遥感的发展前景、研究挑战和意义进行了总结和展望。
本文旨在全面了解大气气溶胶卫星遥感的研究现状和未来发展方向,为相关领域的研究和应用提供参考和借鉴。
【关键词】大气气溶胶、卫星遥感、反演研究、来源、影响、技术原理、算法、结果验证、环境监测、发展前景、挑战、意义1. 引言1.1 大气气溶胶卫星遥感反演研究综述大气气溶胶是指悬浮在大气中的固体或液体微粒,是大气污染的主要成分之一。
它源自于自然和人为活动,如火山喷发、森林火灾、工业排放等。
大气气溶胶对气候变化、大气光学、空气质量等方面产生重要影响,因此对其进行监测和研究具有重要意义。
随着遥感技术的发展,大气气溶胶卫星遥感成为研究气溶胶的重要手段之一。
通过卫星遥感技术,可以获取全球范围内的大气气溶胶分布情况,为气溶胶研究提供了丰富的数据资源。
大气气溶胶卫星遥感反演研究致力于利用卫星观测数据推导大气气溶胶的物理和化学特性,探索其在大气环境中的变化规律。
本综述将从大气气溶胶的来源和影响、卫星遥感技术原理、反演算法、反演结果验证以及在环境监测中的应用等方面进行综合阐述,同时探讨大气气溶胶卫星遥感的发展前景、研究面临的挑战以及其在环境保护、气候变化研究等方面的意义。
通过对大气气溶胶卫星遥感进行全面总结,旨在推动相关研究的进展,促进大气环境监测和管理水平的提升。
2. 正文2.1 大气气溶胶的来源和影响大气气溶胶是指悬浮在大气中的微小固体或液体颗粒物质,来源主要包括自然源和人为活动。
自然源方面,火山爆发、森林火灾、沙尘暴等自然现象会释放大量气溶胶物质;人为活动包括工业生产、汽车尾气、生物质燃烧等,都会产生大气气溶胶。
大气环境中气溶胶的监测和特性研究

大气环境中气溶胶的监测和特性研究大气环境中的气溶胶是指悬浮在空气中的固体和液体微粒,它们的粒径范围从纳米到微米级。
气溶胶对于气候变化、空气质量和人类健康都有着重要影响。
因此,对大气环境中气溶胶的监测和特性研究具有重要意义。
一、气溶胶的监测方法气溶胶的监测可以通过直接采集空气中的颗粒物进行分析,也可以通过遥感和模型模拟等间接方法进行。
直接采集方法一般采用滤膜、旋转式采样器或冷凝采样器等,可以收集到不同粒径范围的颗粒物,从而获取各种颗粒物的特性信息。
而遥感方法则利用激光雷达或光学仪器对大气中的散射和吸收特性进行观测,从而判断气溶胶浓度和粒径分布等参数。
二、气溶胶的特性研究1. 粒径分布:气溶胶的粒径分布对其在大气中的输送、沉降和影响因子的分析具有重要作用。
根据研究发现,大气中气溶胶主要由超细颗粒和细粒子组成,而这两类颗粒物对环境和健康的影响较大。
2. 成分组成:气溶胶的成分组成可以通过化学分析得到,包括有机碳、无机盐、过渡金属和有毒元素等。
不同成分的比例和浓度决定了气溶胶的化学性质和对人类健康的影响。
3. 来源解析:气溶胶的来源多样,如工业排放、交通尾气、生物质燃烧等。
通过对气溶胶的化学组成和同位素分析等方法,可以对不同源的气溶胶进行区分和源解析,从而了解它们对环境和健康的影响程度。
4. 光学特性:气溶胶对光的散射和吸收特性是其重要的光学特性之一。
通过对气溶胶的散射特性和光学厚度的观测,可以对气溶胶在大气中的行为进行研究,也可以为气候模型的建立提供数据支持。
三、气溶胶的影响1. 气候变化:气溶胶对气候变化有直接和间接的影响。
直接影响是通过散射和吸收光线,改变地球辐射平衡,从而影响气候系统。
间接影响是通过改变云的性质和影响气象形成过程,最终影响地球能量平衡。
2. 空气质量:气溶胶是空气中颗粒物的主要组成部分,它们对空气质量的影响非常重要。
细颗粒物的存在会导致雾霾天气,对人体健康产生负面影响。
而有机物和有毒元素等成分可能对人体呼吸道和免疫系统产生损害。
大气气溶胶卫星遥感反演研究综述

大气气溶胶卫星遥感反演研究综述近年来,大气气溶胶成为了全球关注的焦点之一。
大气气溶胶是指大气中悬浮的微小颗粒,它们对大气的辐射传输和化学反应产生影响,对人类健康、能源利用、气候变化等方面造成严重影响。
因此,对大气气溶胶进行遥感反演研究有着重要意义。
本文对大气气溶胶卫星遥感反演研究进行综述。
大气气溶胶卫星遥感反演是指通过对于卫星遥感数据进行处理和分析,以获取大气中气溶胶的分布、浓度、粒径等信息的方法。
目前普遍采用的是基于光学遥感的技术,通过卫星传感器测量大气中的太阳辐射、反射辐射和散射辐射等,利用大气辐射传输模型和气溶胶反射率模型将测量数据反演成大气气溶胶特征参数。
大气气溶胶卫星遥感反演的常用传感器有:国际气象卫星-3 (MTSAT-3) / 日本气象厅(JMA) 的宽频分辨率成像光谱仪 (ARS),美国国家航空航天局 (NASA) 的地球观测系统(EOS) 的云和地球之间气体卫星 (CALIPSO),中国科学院南京空气净化研究所气溶胶观测与模拟实验站 (CAREBeijing-Flux) 的主动式气溶胶光学探测仪 (APS)等。
各个卫星传感器的测量精度和遥感反演能力各有差异,需结合目标研究问题来选择合适的卫星和传感器。
大气气溶胶卫星遥感反演研究的主要内容包括气溶胶反射率、气溶胶透过率、气溶胶比温差、气溶胶光学厚度、气溶胶粒径等。
其中,气溶胶反射率是指气溶胶对于太阳辐射和陆地反照率的反射,是气溶胶遥感反演的重点参数。
气溶胶透过率是指气溶胶向地面和大气下方的透过,是气溶胶浓度反演的重要参量。
气溶胶比温差是指气溶胶和大气之间的温度差,是考虑气溶胶光学性质的关键因素。
气溶胶光学厚度是指在垂直于地面方向上,大气中存在的气溶胶颗粒对于入射太阳辐射所产生的响应,可以推导出气溶胶浓度、尺寸和化学组成等重要参数。
气溶胶粒径是指气溶胶颗粒的大小,是气溶胶反演的重要参考指标。
大气气溶胶卫星遥感反演研究可以应用于气溶胶污染监测、气溶胶辐射强迫和云辐射生长等方面。
大气气溶胶卫星遥感反演研究综述

大气气溶胶卫星遥感反演研究综述大气气溶胶是大气环境中的重要组成部分,对大气辐射传输、气候变化、风沙输送等过程产生着重要的影响。
目前,全球大气气溶胶监测手段多样,包括地面监测、飞机监测和遥感卫星监测。
大气气溶胶卫星遥感成为研究大气气溶胶的重要手段。
一、大气气溶胶卫星遥感技术概述大气气溶胶卫星遥感技术是通过利用遥感卫星搭载的传感器获取大气气溶胶的遥感信息,通过数据处理和分析得到大气气溶胶的时空分布和特性参数。
目前在大气气溶胶卫星遥感方面已经有了多项成熟的遥感手段和技术,如光学遥感、微波遥感、红外遥感等。
光学遥感是目前应用最为广泛的大气气溶胶遥感手段之一,其主要原理是通过监测大气气溶胶颗粒对太阳辐射和地表反射光的吸收、散射和透射特性来获取大气气溶胶的光学性质,包括光学厚度、粒径分布、复合折射率等。
而微波遥感则是通过监测大气气溶胶颗粒对微波辐射的散射和吸收特性来获取大气气溶胶的物理和化学特性参数,如水平能见度、气溶胶组分、气溶胶质量浓度等。
红外遥感则是通过监测大气气溶胶发射和吸收红外辐射的能力来获取大气气溶胶的温度、湿度、颗粒浓度等信息。
1. 光学厚度是指大气气溶胶对太阳辐射和地表反射光的吸收、散射和透射能力的综合表征,是衡量大气气溶胶浓度的重要参数。
光学厚度越大,表示大气中的气溶胶浓度越高。
3. 复合折射率是指大气气溶胶颗粒对不同波长光的折射和散射能力的综合表征。
复合折射率的大小和变化对大气气溶胶的光学性质和光学特性有着重要的影响。
4. 水平能见度是指大气中气溶胶颗粒对水平能见度的影响程度。
水平能见度越小,说明大气中的气溶胶颗粒浓度越高,大气浑浊程度越高。
5. 气溶胶组分是指大气中气溶胶颗粒的化学成分和组成结构。
不同的气溶胶组分对大气环境和生态系统产生着不同的影响。
6. 气溶胶质量浓度是指单位体积大气中的气溶胶颗粒的质量。
气溶胶质量浓度的大小和变化对大气环境和人类健康有着重要的影响。
7. 温度、湿度、颗粒浓度是指大气中的气溶胶颗粒的温度、湿度和颗粒浓度的分布情况。
大气气溶胶中的铁及其溶解度研究综述

大气气溶胶中的铁及其溶解度研究综述大气气溶胶是一种在大气中的悬浮物,它由一些无机和有机组分组成,主要包括气态污染物,地表蒸发物,及其他固体颗粒物质。
大气气溶胶中含有大量重金属元素,如铁、锰、铬、铅等,它们在气溶胶中的浓度相对较高,它们的形态有元素的气态形式和溶解态形式,能够深刻影响气溶胶对大气环境的影响。
铁是气溶胶中最常见的重金属元素,它在气溶胶中的比重非常之高;在各种气溶胶解析技术中,铁的浓度一般介于0.1-10μg/m3之间,其中,地表蒸发物中它含量最高。
因此,铁在大气环境中发挥着重要作用。
由于其大气状态和溶解态以及其他形态的同时存在,因此,研究大气气溶胶中铁及其溶解度对于我们认识大气气溶胶中重金属的机理,预测其在大气中的迁移行为及其对大气环境的影响具有重要意义。
大气中铁的溶解度是影响大气铁空间分布的重要因素之一。
实验研究表明,大气中铁的溶解度受到温度、pH、气溶胶中各组分的影响,如硫酸盐、亚硫酸盐、硝酸盐和氧化物等。
研究还表明,溶解度随着温度的升高而减少,而随着pH值的升高而增加。
同时,气溶胶中有机物组分可以增加大气中铁的溶解度,而硫酸盐、硝酸盐和氧化物则可以降低铁的溶解度。
大气中铁的溶解度受到多种因素的影响,这些因素的变化不仅会引起大气中铁溶液的浓度变化,而且还会影响大气中铁的迁移行为,改变大气中的铁的存在形态,从而影响大气气溶胶的形成和维持机制、大气环境监测结果以及上层大气中铁的循环和污染。
因此,有必要对大气气溶胶中铁及其溶解度进行研究,了解大气中铁的溶解度和迁移行为,以此来改善我们对大气环境污染的认识。
本文将对大气气溶胶中铁及其溶解度的研究进行综述,以期为我们对大气气溶胶形成和维持过程以及大气环境污染的认识提供新的见解。
首先,本文将从实验观察的角度对大气气溶胶中铁的溶解度和迁移行为进行分析。
具体来说,将综述空气采样器测定和实验室研究等方法,研究大气中铁溶解度所受到的温度、pH、气溶胶中各组分的影响。
中国大气气溶胶研究综述

中国大气气溶胶研究综述近年来,随着全球气候变化的影响日益显著,大气气溶胶的研究逐渐成为环境科学领域的热点之一。
气溶胶是指悬浮在空气中的微小颗粒物质,它们来源于自然和人为的活动,并存在于全球范围内。
气溶胶通过影响太阳辐射的散射和吸收,直接或间接地影响着大气辐射平衡、云微物理和降水形成等过程,进而对全球气候产生重要影响。
中国作为全球人口最多的国家之一,其大气气溶胶研究具有重要意义。
本文将对中国大气气溶胶研究的现状与进展进行综述。
一、气溶胶的来源及成分气溶胶的来源可以分为自然来源和人为来源。
自然来源包括火山喷发、沙尘暴和森林火灾等,而人为来源主要是工业污染、交通排放和农业活动等。
气溶胶的成分主要包括碳质、硫酸盐、硝酸盐、铵盐和灰尘等。
二、气溶胶的测量方法气溶胶的测量方法有多种,常见的方法包括质量浓度、光学测量和化学分析等。
质量浓度法是通过采样后称量气溶胶颗粒质量的方法来估算气溶胶负荷量。
光学测量法利用可见光波段的散射和吸收特性来测量气溶胶1的浓度。
化学分析法则是通过对气溶胶样品进行化学分析以确定其组成和成分。
三、中国大气气溶胶的时空分布特征中国大气气溶胶的时空分布特征受地理环境、气象条件和人类活动等多种因素影响。
总体而言,中国东部地区气溶胶浓度较高,而西部地区相对较低。
夏季,沙尘暴和森林火灾等自然因素导致气溶胶浓度上升;冬季,物质排放和秸秆焚烧等人为因素导致气溶胶浓度升高。
四、气溶胶对气候的影响气溶胶对气候变化的影响是一个复杂的过程。
首先,气溶胶通过散射太阳辐射,减少了太阳辐射到达地表的能量,从而降低了地表温度,形成“反射散射气溶胶直接效应”。
其次,气溶胶中的黑碳颗粒吸收太阳辐射,增加了大气的加热,导致“黑碳直接效应”。
此外,气溶胶还能够作为云凝结核促使云的形成,影响云微物理特性和降水形态,形成“云间接效应”。
五、气溶胶对人体健康的影响大气气溶胶中的细颗粒物(PM2.5)是对人体健康影响最大的成分之一。
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摘要近日,环保部公布了我国第一部综合性大气污染防治规划——《重点区域大气污染防治“十二五”规划》。
事实上,随着大气污染给人民生活带来的不便增多,人们空前关注大气科学进展以及PM2.5治理的理论依据。
本文将从三个方面对大气气溶胶的研究做出总结和分析:大气气溶胶的基本特征,大气气溶胶的气候效应,国内外相关的大气气溶胶研究计划。
关键词:大气气溶胶;气候效应;环境健康;研究综述前言气溶胶是指长时间悬浮在空气中能被观察或测量的液体或固体粒子,其实际直径一般为0.001~100μm,动力学直径为0.002~100μm,对人体、环境、气候等产生着重要的影响。
[4] 由于大气气溶胶在气候、环境等方面的重要作用,近年来越来越引起科学界的重视。
很多过程可以产生气溶胶,根据来源可分为自然气溶胶和人为气溶胶。
自然源主要是海洋、土壤和生物圈以及火山等;人为源主要来自化石燃料的燃烧、工农业生产活动等。
工业革命以来,人类活动不仅直接向大气排放大量粒子,更重要的是向大气排放大量的SO2和SO X,NO2和NO X在大气中通过非均相化学反应逐渐转化成硫酸盐和硝酸盐粒子,形成二次气溶胶。
污染气体形成的大气气溶胶自工业革命以来有大幅度增加。
来自自然源的气溶胶如沙尘,也由于人类活动利用土地变化而发生着改变。
尽管气溶胶只是地球大气成分中含量很少的组分,但由于其在许多大气过程中的重要作用而日益受到重视。
随着环境污染问题的发展,人们已认识到大气气溶胶自身的污染特性与其物理化学性质以及在大气中的非均相化学反应有着密切的关系。
[5]气溶胶还与其他环境问题如臭氧层的破坏、酸雨的形成、烟雾事件的发生等密切相关。
此外,气溶胶对人体和其他生物的生理健康也有其特有的影响。
[1]由于气溶胶的气候效应问题,气溶胶再次成为国际学术界的研究热点之一,大气气溶胶是当今大气化学研究中前沿的领域。
国际大气化学研究计划(IGAC)科学指导委员会于1994年将国际全球大气化学研究计划和国际气溶胶计划(ICAP)合并重组,大气气溶胶研究被列为3大研究方向之一。
大气气溶胶的研究内容,发展到包括物理和化学的性状、来源和形成、时空分布、对气候变化和环境质量的影响以及对大气化学过程的影响等多方面、多层次的综合研究,也涉及到大气科学的各个领域,具有很强的综合性。
大气气溶胶的基本特征气溶胶的基本特性研究是研究气溶胶对气候和环境影响的基础为制订合理的空气质量标准、解析污染源、研究气溶胶对大气化学过程的影响和健康效应,也需要对气溶胶的特性进行深人的研究。
自从城市化开始后,大气颗粒物就成为城市空气污染的重要因素。
因此,气溶胶特性研究一直是大气环境研究的重要的课题。
大气气溶胶的物理性质是研究其特征的基础。
大气气溶胶颗粒的粒径范围在0.003—100微米之间,气溶胶的粒径分布可以用三模态来解释。
气溶胶的颗粒浓度通常用微克每立方米(PM)来表示。
其他重要的物理性质还有光学性质和吸湿性,真是气溶胶的光学性质诸如对太阳光的散射和吸收使其对气候产生重要影响。
气溶胶的粒子大小约在100~10000纳米之间,属于粗分散物系。
气溶胶粒子是悬浮在大气中的多种固体微粒和液体微小颗粒,有的来源于自然界,如火山喷发的烟尘、被风吹起的土壤微粒、海水飞溅扬入大气后而被蒸发的盐粒、细菌、微生物、植物的孢子花粉、流星燃烧所产生的细小微粒和宇宙尘埃等:有的是由于人类活动,如煤、油及其他矿物燃料的燃烧物质,以及车辆产生的废气排放至空气中的大量烟粒等。
当气溶胶的浓度达到足够高时,将对人类健康造成威胁,尤其是对哮喘病人及其他有呼吸道疾病的人群。
空气中的气溶胶还能传播真菌和病毒,这可能会导致一些地区疾病的流行和爆发。
气溶胶粒子具有分布不均匀、变化尺度小、复杂性的特点,多集中于大气的底层,对云的凝结核、雨滴、冰晶形成,进而对降水的形成起重要作用。
气溶胶甚至可以改变云的存在时间,能够在云的表面产生化学反应,决定降雨量的多少,影响大气成分。
由于气溶胶的分散介质是气体,气体的粘度小,分散相与分散介质的密度差很大,质点相碰时极易粘结以及液体质点的挥发,使气溶胶有其独特的规律性。
气溶胶质点有相当大的比表面和表面能,可以使一些在普通情况下相当缓慢的化学反应进行得非常迅速,甚至可以引起爆炸,如磨细的糖、淀粉和煤等。
气溶胶质点能发生光的散射,这是使天空成为蓝色,太阳落山时成为红色的原因。
在动力性质方面,其布朗运动非常剧烈,当质点小时具有扩散性质;当质点大时,由于与介质的密度差大,沉降显著。
因介质是气体,这些动力性质与气体分子自由路程有关。
在电学性质方面,气溶胶粒子没有扩散双电层存在,但可以带电,其电荷来源于与大气中气体离子的碰撞或与介质的摩擦,所带电荷量不等,且随时间变化;质点既可带正电也可带负电,说明其电性决定于外界条件。
在稳定性方面,气溶胶粒子没有溶胶粒子那样的溶剂化层和扩散双电层,相碰时即发生聚结,生成大液滴(雾)或聚集体(烟),此过程进展极其迅速,所以气溶胶是极不稳定的胶体分散体系,但由于布朗运动的存在,也具有一定的相对稳定性。
大气气溶胶的气候环境效应气溶胶对气候和环境的辐射效应研究基本上是从20世纪90年代开始的,主要包含两部分内容:一是不同地区气溶胶对周围环境的辐射效应研究,主要局限于局地范围和特定的气溶胶类型;二是气溶胶气候效应的模式研究,主要从局域和全球尺度对气溶胶的气候效应进行模拟研究,以阐明气溶胶对气候变化的影响。
在研究局地气溶胶的辐射效应方面,兰州大学作了大量的研究工作。
兰州是中国主要的重工业城市,由于其特殊的地理环境,兰州市的大气环境污染是一个非常突出的问题,20世纪80年代开始兰州大学就开展了光化学烟雾等方面的研究工作,90年代开始关注气溶胶对环境的辐射效应,对城市边界层气溶胶的辐射效应进行了很有成效的研究工作,并建立了兰州城市气溶胶光学特性参数化方案,文献[6]对此有详细论述。
李子华等[7]对重庆气溶胶辐射特性也进行了详细研究。
沈志宝、魏丽等[8]根据“黑河地区地-气相互作用观测试验研究”(HEIFE)的地面辐射和大气浑浊度观测资料,配合同期AVHRR卫星观测资料,研究了大气沙尘辐射特性以及大气沙尘对地面辐射收支的影响。
张瑛等[9]还研究了不同比例、不同尺度、不同混合方式情况下硫酸盐和碳黑气溶胶的辐射效应。
目前国际上对于大尺度气溶胶的气候效应的研究主要是建立在模式研究基础之上,中国科学家对气溶胶气候效应也开展了很多研究工作。
尹宏等[10]利用一维辐射对流模式,采用两流近似和累加法求解多次散射的辐射传输方程,计算了一般天气条件和沙尘暴天气下气溶胶粒子对太阳辐射的吸收和对大气的加热,得到北京沙尘暴天气发生时大气太阳辐射加热率比无气溶胶大气多80%~318%。
巴勒德等[11]利用两层大气环流模式,研究了1991年爆发的皮纳图博火山对短期气候的影响,结果显示皮纳图博火山喷发使低纬太阳辐射减少,亚洲和北美大陆中高纬度地面温度上升,火山喷发对辐射的影响使北半球主要的大气活动中心和南方涛动强度减弱。
胡荣明等[12]根据国内测算的排放因子数据和国家、部委及各省市统计的排放源数据,计算得到了中国大陆1°×1°的SO2排放分布,应用二维能量平衡模式计算了中国地区人为排放的硫酸盐气溶胶的辐射强迫,得到中国地区由于人为排放的硫酸盐气溶胶引起的辐射强迫和最大地面温度变化都集中在中国东部长江中下游地区和四川地区,最大辐射强迫达-3 W/m2;然后他利用该模式研究了平流层气溶胶的辐射强迫水平分布以及皮纳图博火山喷发对地面平衡温度的影响[13],发现平流层气溶胶辐射强迫水平分布不仅与本身的水平变化有关,而且与下垫面反照率有很大关系,皮纳图博火山喷发后1.5 a左右降温最大,5 a以后降温已经很小。
罗云峰[14]利用全国42个甲级日射站1979~1990年直接辐射资料,根据改进的邱金桓宽带遥感方法,计算得到了全国范围内气溶胶分布,然后把气溶胶的辐射嵌套于NCAR CCM1三维大气环流模式中,模拟了中国地区气溶胶的直接辐射强迫及其气候效应,结果显示中国地区大气气溶胶辐射强迫春季最大,达-13 W/m2,冬季1月最小,为-5.3W/m2,年平均-8 W/m2,两个明显的大值区为青藏高原北侧到黄河中上游及河套地区,四川盆地、贵州北部到长江中游以南地区。
该研究把气溶胶的辐射嵌套于三维大气环流模式中研究气溶胶的辐射强迫,更能反应实际大气气溶胶对气候的影响,是气溶胶气候效应研究的一个发展方向。
由于复杂的二维能量平衡模式在研究火山活动等气溶胶对气候影响时还有很多不确定性。
1999年辛国君[15]利用比较简单的零维能量平衡模式分析了气溶胶的气候效应,结果表明,气溶胶含量增加能够引起大气温度升高、地表感热输送和蒸发潜热减少,引起全球干旱。
气溶胶对大气的温度效应不仅与气溶胶光学特性有关,还强烈依赖于地面反照率特性,地面反照率的反馈效应使气溶胶的气候效应加强。
大气气溶胶研究进展国际上最早于20世纪70年代开始利用卫星遥感观测气溶胶的工作。
1977年NOAA开始利用AVHRR可见光通道进行海洋上空气溶胶光学厚度的遥感[19],并于1981年实现了海洋上空气溶胶光学厚度的业务化反演。
此后SeaWiFS、MODIS、MERIS 等一系列卫星传感器的遥感数据都被用于气溶胶观测和反演。
Husar等[20]利用1989-1991 年的NOAA/AVHRR 资料对全球海洋上空不同区域的等效气溶胶光学厚度(EAOT)的分布及气溶胶来源进行了研究,指出风力扬起的沙尘和生物质燃烧是EAOT出现高值的主要原因,特别是在非洲、中东和亚洲内陆等地区,而在北大西洋中纬度地区则主要是受欧洲和北美的污染排放的影响。
北半球的年平均EAOT是南半球的1.7倍,季节变化上来说,夏季是冬季的两倍。
我国从20世纪80 年代开始气溶胶的卫星遥感研究工作。
1986年赵柏林等利用极轨气象卫星NOAA-7 的AVHRR 可见光通道实现了晴天、无尘暴条件下渤海上空大气气溶胶光学厚度的反演。
陈本清等利用2002-2004年的MODIS数据对台湾海峡及周边地区气溶胶的时间和空间分布进行了分析。
结果表明,该区域的多年平均的气溶胶光学厚度沿海岸线呈带状分布,并且光学厚度随离岸距离的增大而逐渐减小;受沙尘、季风、降雨等的影响,春季气溶胶光学厚度值较高、夏季值较低,冬季略高于秋季。
于暘等利用10年的MODIS月平均数据分析了黄渤海区域气溶胶光学厚度长期的变化趋势及成因。
郝增周等利用SeaWiFS 气溶胶产品分析了中国海域气溶胶光学厚度月变化、季节变化和空间分布特征。
卫星遥感虽然可以提供大范围、长期的观测数据,但是卫星遥感数据多用于分析气溶胶时空分布特征。