矿尘气溶胶短波辐射效应的初步研究-中国气象局广州热带海洋气象.PDF

第20 卷 第3 期 热 带 气 象 学 报 Vol.20, No.3 2004 年06 月 JOURNAL OF TROPICAL METEOROLOGY Jun.,2004 文章编号：1004-4965 （2004 ）03-0328-09 矿尘气溶胶短波辐射效应的初步研究 吴 涧，罗 燕，王卫国，郭世昌，屈卫峰 （云南大学资源环境与地球科学学院大气科学系，云南 昆明 650091） 摘 要：在辐射传输模式CRM 中引入粒径为0.5、1.0、2.0、4.0、8.0 µm 的5 段矿尘 气溶胶粒子，模拟计算气溶胶对短波辐射通量的影响。计算结果表明：气溶胶引起晴空短 波净辐射通量减少；在分布有气溶胶的层内，粒子半径增大、光学厚度增大都会使短波净 辐射通量减少；在气溶胶层以上，辐射通量的变化与具体的粒子半径有关。 关 键 词：矿尘气溶胶；光学厚度；晴空辐射通量 中图分类号：P422.9 文献标识码：A 1 引 言 大气气溶胶的辐射效应是研究全球气候变化的重要问题，近年来随着人类活动对环境 破坏的加剧和部分地区干旱化趋势严重，许多地区地面扬尘增加，甚至部分地区沙尘天气 [1] 甚至沙尘暴频繁发生 ，导致大气中矿尘气溶胶显著增多。矿尘气溶胶来自地面，主要以硅 酸盐、铁氧化物等为主要成分，其半径比一般大气气溶胶大些，但是比有沙尘暴时的沙尘 气溶胶小。对我国北方的部分地区而言，春季大风导致大气中矿尘气溶胶的含量已经不能 忽视。许多观测表明，矿尘可通过散射、吸收太阳辐射影响地气系统辐射收支，因此可能 对这些地区的辐射收支产生影响，进而影响这些地区的气候变化。 近年来，国外学者对撒哈拉、美国西南部、阿拉伯半岛及中亚等地区的矿尘气溶胶的 [2～3] 产生、输送、矿尘的光学特性以及辐射气候效应做了不少的观测与模拟研究 ，已基本掌 握了这些地区矿尘的辐射特性和对辐射传输的影响，为深入研究矿尘气溶胶的辐射气候效 应打下了基础。国内有学者采用地面光学遥感方法、卫星遥感方法等开展了对沙尘暴、矿 尘气溶胶的监测和研究，获得了沙尘和矿尘气溶胶的一些辐射特性、沙尘天气的光学厚度 [4～6] 特征和沙尘在垂直方向上的分布特征等很有意义的结果 ，也有学者利用辐射模式通过数 [7] 值试验的办法来研究沙尘气溶胶的辐射特性 。目前，沙尘和矿尘气溶胶对辐射传输的影响 收稿日期：2002-12-16；修订日期：2003-02-24 基金项目：国家自然科学基金项目40165001）；云南省教育厅科研基金项目（0111163）资助 作者简介：吴 涧（1973-），男，云南昆明人，副教授，博士，主要从事气候与环境变化的研究。 3 期 吴 涧等：矿尘气溶胶短波辐射效应的初步研究 329 已引起普遍关注。 本文在一维辐射传输模式CRM 中引入半径为0.5、1.0、2.0、4.0、8.0 µm 的五段矿尘 气溶胶粒子，利用 Mie 散射计算出的矿尘气溶胶质量消光系数、单次散射反照率和非对称 因子，模拟计算矿尘粒子对晴空短波净辐射通量的影响，为今后进一步系统地研究其辐射 气候效应做一些前期工作。 2 模式与方法 2.1辐射传输模式CRM [8] CRM 是大气环流模式CCM3 下的一维辐射传输模式 。在CRM 中计算过程采用的是 δ-Eddington 近似，它对多次散射有较好的模拟能力。模式中将太阳辐射（0.2～5.0 µm ） 分为19 个波段， 7 个为O3 吸收波段，2 个为可见光波段，7 个为水汽吸收波段，3 个为CO2 吸收波段，模式