中国东部地区气溶胶影响小雨的诊断分析和数值模拟

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本文选用了中国1960-2009年的逐日平均水汽压和水平能见度资料,在已有的利用能见度反演气溶胶光学厚度方法的基础上,以2001-2009年卫星资料MISRleve13逐月气溶胶光学厚度为标准,利用多元非线性回归方法订正了传统反演方案中的参数,对比了订正参数后与原方案的反演结果。此后,利用订正后的参数反演了1960-2009年中国地区逐月气溶胶光学厚度,分析了我国气溶胶光学厚度时空分布与季节特征,气溶胶与小雨之间的相互关系,并利用WRF/chem模式对结果进行了验证。结果表明:  用2001-2005年间订正参数后的反演方案,反演出的2001-2009年气溶胶光学厚度数值和空间分布上更加接近MISR观测值,同时能够较好的反应光学厚度的极值情况,年平均值相对误差在10%以下,月平均相对误差在4%以下。中国地区气溶胶光学厚度近50年总体呈增加趋势,其中1960-1985年增幅最大,增加速率最快,增加趋势为0.004/yr,1985-1995年增加趋势不明显,1996-2009年又迅速增加,增加趋势为0.002/yr。大城市AOD变化与全国变化一致,小城市在2000年后AOD呈减少趋势。塔克拉玛干沙漠、华北、长江中下游、四川盆地、珠江三角洲等五个典型区域AOD在1980年前均呈增加趋势,塔克拉玛干沙漠地区增加趋势最明显为0.0062/yr,1980-1990年塔克拉玛干沙漠、四川盆地两地呈减少趋势,其余三个地区呈增加趋势,2000年后各区域均呈增加趋势,四川盆地增加趋势最为明显为0.0067/yr。  近50年夏季气溶胶光学厚度最高,全国平均AOD极大值为0.34-0.36之间,春秋两季次之,最低的是冬季全国平均AOD极小值为0.2-0.22之间。春秋两季气溶胶光学厚度空间分布相似,大值区出现在四川盆地、长江中下游、两广地区以及新疆南部,夏季大值区位置较冬季大值区位置偏北。塔克拉玛干沙漠、华北、长江中下游、四川盆地、珠江三角洲等五个典型区域除四川盆地外其余各区均在6月AOD就达到全年最高值,长江中下游地区在7、8月由于降水对气溶胶的清除作用,AOD有所下降。  我国1960-2009年年平均雨日雨量在东部地区基本以长江中下游为界呈南多北少的分布特征,极大值位于福建地区分别为140day/yr、160mm/yr并向北逐渐递减。近50年雨日在东部地区线性趋势呈一致负值且通过了90%及其以上显著检验,雨量与雨日的线性趋势分布相似。东部地区区域年平均1/AOD与小雨均呈减少趋势,且振幅周期与振幅强弱高度一致,而雨日、雨量与AOD相关系数均呈一致负相关,同时AOD高值年小雨降水比AOD低值年少说明气溶胶在东部地区抑制了小雨的发生。  东部地区MODIS云滴有效半径在长江中下游及其以南呈显著减小趋势,而低云云量却呈增加趋势,说明东部地区小雨受到气溶胶间接效应影响,通过对大气柱水汽含量分析东部沿海地区水汽含量呈增加趋势说明在该地区气溶胶显著抑制了小雨产生。通过对对流层低层大气温度与AOD的合成分析发现气溶胶引起了对流层低层大气的增温同时导致了CAPE的减小,说明气溶胶能够通过半直接接效应增加大气稳定度从而抑制小雨降水。  气溶胶在2、3月份其间接效应抑制了小雨降水,主要影响区域在长江中下游及其以南地区,小雨降水强度变化最大值介于16-18mm之间。通过对2、3月份的降水个例分析可知,云体主要集中在0℃以下属于暖云降水。气溶胶间接效应导致了云水混合比的增多,而雨水混合比减少,同时在地面到云顶的过程中抑制了大气的垂直运动,因此抑制了降水的发生。  气溶胶在2、3月份减少了到达地面的短波辐射强迫,减少的主要区域集中在长江中下游及其以南地区,其中心强度值分别达到了-7Wm-2、-10Wm-2。同时由于辐射强迫的减少等因素也造成了地面温度的降低,2月份下降最明显的地区集中在安徽、江苏、浙江北部、广西与广东交界处,其中心强度达到-0.4K左右。3月份下降最明显的地区集中在江西、福建、浙江、安徽与江苏的南部,其中心强度达到-0.4K左右。气溶胶间接效应同时在2、3月份引起了对流层中低层大气温度降低,高层温度升高,这一现象主要集中在在25°N-35° N范围内,而相应的垂直速度在该区域也呈负的变化其中心强度值在2、3月份分别为-0.12 ms-1、-0.25ms-1。
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