南京上空大气边界层以及气溶胶的激光雷达遥感研究
这是一篇关于微脉冲激光雷达,激光雷达率,退偏振比,消光系数,边界层高度的论文, 主要内容为大气气溶胶通过吸收和散射太阳辐射直接扰动地-气系统辐射平衡产生直接气候效应,又可以作为云凝结核影响云的形成、寿命以及光学特性,进而产生间接气候效应。因此气溶胶已成为科学研究的热点问题。微脉冲激光雷达(MPL)作为一种先进的主动遥感工具,有高的时空分辨率,并能长期连续精确的监测气溶胶、云、大气边界层的时空变化,为气溶胶特性的研究提供了有力的帮助。本文基于南京北郊2010年11月到2011年10月晴空条件下MPL的观测资料,结合MODIS卫星数据、探空资料以及HYSPLIT后向轨迹资料对南京上空大气气溶胶消光系数廓线的垂直分布特征以及边界层的时空演变进行了系统的分析研究,该研究对于了解长江三角地区工业城市城市气溶胶的特征和传输有着重要的科学意义,研究内容主要涵盖以下几个方面: 1、为了准确的获得气溶胶的定量信息,本文对MPL反演方法做了细致的分析,描述了仪器定标和各项相关修正技术,并结合MODIS卫星数据,分析了南京上空气溶胶消光后向散射比(LR)的季节变化,从大到小分别为夏季>春季>秋季>冬季,四个季节的LR分别为63sr,48sr,45sr和40sr。LR季节变化与该地区东亚季风环流所引起不同气团的控制有关。 2、利用小波协方差的方法分析了晴空条件下大气边界层高度的日变化以及季节变化特征,并研究了气象条件对边界层的影响,发现边界层高度与相对湿度呈负相关性,与地表温度则呈正相关;分析了云对边界层发展的影响,发现云不仅可以降低边界层的高度,还可以使边界层更快地达到最大高度后停止发展。 3、分析了不同季节气溶胶的消光系数的垂直分布,发现全年气溶胶主要分布在3km以下的范围内,并且从地面网上逐渐减少,对于近地面的消光系数,从大到小分别为冬季>春季>秋季>夏季,冬季最大是由于边界层高度较低,污染物集中在底层,夏季最小时由于强烈的对流使得污染物可以抬升到较高的高度,进而降低近地面的消光系数;对于较高的高度,消光系数从大到小可以为夏季>春季>秋季>冬季,这个顺序是由边界层对气溶胶的抬升引起的。 4、气溶胶垂直分布以及光学厚度都有明显的日变化,在稳定边界层中气溶胶垂直分布呈从低到高逐渐减小的趋势,而边界层不稳定时,气溶胶均匀混合;光学厚度的日变化分为两个类型,在夏冬两季早晚高,中午低;在春秋两季则为早晚低,中午高。
半干旱区激光雷达的探测及应用研究
这是一篇关于激光雷达,大气气溶胶,消光系数,实际探测高度,反演方法,仪器差异,时空变化的论文, 主要内容为激光雷达是当前一种应用广泛的主动式遥感工具,本文针对兰州大学两台激光雷达,CAMLTM CE-370-2和MPL-4B分别在2005年7月至2007年1月及2007年3月至2009年1月的观测资料,经过大量的数据筛选处理,探讨了两台雷达的实际探测高度和应用差异。利用Klett法及Fernald法对回波数据进行了反演计算,讨论了不同反演方法的参数选取、反演结果的差异性,探讨了激光雷达对半干旱区典型天气状况下(浮沉天气、扬沙天气、多云天气)大气气溶胶的反演能力,讨论了边界层内气溶胶的三维变化,主要研究结果如下: 1,实际探测高度的探讨:相对CAMLTM CE-370-2激光雷达,MPL-4B的实际探测高度较高,前者最大探测高度15.8km,平均探测高度6.6km,后者则分别为22.8km和12.4km。 2,反演参数的选取:认为在半干旱区,采用Klett算法反演气溶胶消光系数时参数k值取0.78较为合理;采用Fernald算法反演气溶胶消光系数时参数S1进行分层取值:2km以下取15,2km-15km取20,15km-20km取40,20km-25km取50。 3,反演方法的比较:分析两种方法的反演结果发现,对于实际探测高度顶端以下的气溶胶消光系数,两种方法的反演结果基本一致,在接近际探测高度顶端大约1km范围时开始出现差异:Fernald法反演结果较Klett法大1到2个量级;但当整层大气气溶胶分布较均匀时,两种方法反演得到的整层气溶胶消光系数廓线基本吻合。 4,仪器的差异性分析:对两台激光雷达的同期探测资料进行分析,发现两台仪器得到的大气气溶胶消光系数量级基本一致,垂直廓线的变化趋势十分相似,所反映的气溶胶密集区也十分一致。虽然MPL-4B的探测高度较高,但实际探测高度顶端附近的气溶胶消光系数却会出现数值较大的情况; 5,2008年5月1-2日,是一次半干旱区典型的浮尘、扬沙天气过程,MPL-4B的反演结果完整的反映了此次过程。浮尘天气下,低层气溶胶密集区出现在1-2km的高度范围内,密集区消光系数最大值在0.4-1.0km-1之间,高层气溶胶密集区出现在5-7km的高度范围内,密集区消光系数最大值在1.0-1.8km-1之间;扬沙天气下,低层气溶胶密集区出现在0-1km的高度范围内,密集区消光系数最大值在1.0-2.5km-1之间,高层气溶胶分布较均匀,消光系数值为0.25km-1左右,偶尔在6km处出现密集区,密集区消光系数最大值在2.0-2.5km-1; 6,2007年4月3日,是半干旱区典型的多云转晴天气过程,MPL-4B的反演结果也同样完整的反映了此次过程:3点,5km高度范围处出现较薄的气溶胶密集区,消光系数最大值约为0.2km-1;9点-15点,分别在4km和8km高度范围处出现较厚的密集区,消光系数最大值约为0.25-0.6km-1之间;18点之后,整层气溶胶分布趋于均匀,消光系数在0.05km-1左右; 7,选取春、夏、秋、冬四个季节的激光雷达探测资料,反演得到了半干旱区边界层内气溶胶消光系数的时空三维特征:半干旱区的边界层气溶胶平均消光系数具有明显的按冬、春、秋、夏顺序依次变小的特征,依次为:0.59km-1、0.14km-1、0.13km-1、0.11km-1,且冬季底层气溶胶消光系数较大,375m以下消光系数均值大于1。各季在中午12-15时,边界层内气溶胶消光系数较大。
中国地区沙尘气溶胶的时空分布特征
这是一篇关于CALIPSO,沙尘发生频率,光学厚度,消光系数,退偏振比,色比的论文, 主要内容为本文采用2006.6~2012.5期间无云条件下的CALIPSO卫星观测资料,分析中国地区沙尘气溶胶的时空分布特征,发现38°N-44°N之间有一条明显的沙尘带。沙尘呈显著季节性分布,受季节性风场和源区对流活动的影响。塔克拉玛干沙漠春夏季沙尘发生频率最大、抬升最高,冬季频率最小、抬升最低;戈壁地区春季发生频率、抬升高度均为最大,冬季抬升高度最低,但低层发生频率大于夏秋季;柴达木盆地春夏季发生频率明显高于秋冬季;华北东部除春季外,其余季节发生频率小。 CALIPSO的AOD值偏小于MODIS和MISR的AOD值。沙尘AOD值和OMIAI指数变化趋势基本一致。塔克拉玛干沙漠沙尘AOD春季最大,约为0.44,4月极大,冬季最小约为0.17。Angstrom指数与AOD有明显的负相关,春冬季消光系数峰值最大,随高度的递减率大于夏秋季;戈壁和柴达木盆地沙尘AOD春季最大,全年变化平缓,Angstrom指数春季最小;华北东部沙尘AOD春季最大、夏季最小,Angstrom指数夏季最大,消光系数在3.5km以上春季最大,3.5km以下夏季最大、春季最小。沙尘源地退偏振比廓线和色比廓线均随高度增加而递减。塔克拉玛干沙漠与柴达木盆地的退偏振比分布在0.2-0.35之间,戈壁为0.16~0.3之间,这可能是由于塔克拉玛干沙漠的组成成分与柴达木盆地的相同,而与戈壁不同所致。华北东部因低层沙尘与其它气溶胶混合导致退偏振比廓线随高度增加而递增。沙尘源地色比值大于华北东部,且后者色比值春季最大,夏季最小。
苏州城区1064nm激光雷达大气消光特性的研究
这是一篇关于激光雷达,大气气溶胶,消光系数,大气边界层,能见度的论文, 主要内容为文中综述了激光雷达的发展现状,以及激光雷达探测大气气溶胶消光特性的理论基础;详细介绍了一套自行研制的米散射大气激光雷达系统,并重点分析了苏州上空大气气溶胶垂直消光特性的典型探测结果。 探测结果表明:与一年中其它季节相比,苏州2004 年春季对流层中上部气溶胶的含量偏大;而在冬季,即便在3km 高度上,也会出现一个明显的干净层,表明当年冬的大气总体较为洁净。分析指出,从夏至冬,对流层底部的大气边界层高度集中在0.712km 到2.494km 之间变化,均值为1.692km。其中八月份的值最大,均值达到2.08km;而冬季其平均值仅为0.895km。 苏州城区大气水平能见度的统计结果表明:在探测的100 多天里,晴日能见度从5.0km 至32.1km 之间变化,其平均值为13.38km。秋季的晴日能见度均值达到21.823km。 此外,本文还探测并指出了三类云的消光分布特点以及云的动态变化特征。 在本文的最后,作者简要总结了全文并指出了本文的创新之处。
中国地区沙尘气溶胶的时空分布特征
这是一篇关于CALIPSO,沙尘发生频率,光学厚度,消光系数,退偏振比,色比的论文, 主要内容为本文采用2006.6~2012.5期间无云条件下的CALIPSO卫星观测资料,分析中国地区沙尘气溶胶的时空分布特征,发现38°N-44°N之间有一条明显的沙尘带。沙尘呈显著季节性分布,受季节性风场和源区对流活动的影响。塔克拉玛干沙漠春夏季沙尘发生频率最大、抬升最高,冬季频率最小、抬升最低;戈壁地区春季发生频率、抬升高度均为最大,冬季抬升高度最低,但低层发生频率大于夏秋季;柴达木盆地春夏季发生频率明显高于秋冬季;华北东部除春季外,其余季节发生频率小。 CALIPSO的AOD值偏小于MODIS和MISR的AOD值。沙尘AOD值和OMIAI指数变化趋势基本一致。塔克拉玛干沙漠沙尘AOD春季最大,约为0.44,4月极大,冬季最小约为0.17。Angstrom指数与AOD有明显的负相关,春冬季消光系数峰值最大,随高度的递减率大于夏秋季;戈壁和柴达木盆地沙尘AOD春季最大,全年变化平缓,Angstrom指数春季最小;华北东部沙尘AOD春季最大、夏季最小,Angstrom指数夏季最大,消光系数在3.5km以上春季最大,3.5km以下夏季最大、春季最小。沙尘源地退偏振比廓线和色比廓线均随高度增加而递减。塔克拉玛干沙漠与柴达木盆地的退偏振比分布在0.2-0.35之间,戈壁为0.16~0.3之间,这可能是由于塔克拉玛干沙漠的组成成分与柴达木盆地的相同,而与戈壁不同所致。华北东部因低层沙尘与其它气溶胶混合导致退偏振比廓线随高度增加而递增。沙尘源地色比值大于华北东部,且后者色比值春季最大,夏季最小。
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