气溶胶复折射指数辐射效应的计算研究

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大气气溶胶是由大气介质和混于其中的固体或者液体颗粒组成的体系。由于其可以吸收和散射太阳短波辐射以及地球长波辐射(直接辐射强迫),影响地气系统的辐射平衡,并且可以作为凝结核影响云的辐射特性以及作为反应表面影响化学反应的速度(间接辐射强迫),大气气溶胶在大气辐射和气候变化的研究中占有重要地位,大气气溶胶光学厚度的反演在大气校正中起着重要作用。其中大气气溶胶粒子的复折射指数决定了气溶胶对太阳和长波辐射不同的散射和吸收特性,在大气辐射收支平衡中起着重要的作用。气溶胶光学特性及其辐射效应是全球气候变化研究领域中的一个热点问题。本研究要在红外更长的波段范围内(4-10μm),通过不同种类的基本气溶胶粒子复折射指数的实部和虚部,通过Mie理论得到相对应的辐射光学参数(散射系数、吸收系数、透过率、单次散射反照率、不对称因子、散射相函数等)。然后根据不同类型气溶胶粒子在一定的谱分布下,对复折射指数随波长(4-10μm)变化,所提供的各类气溶胶复折射指数的实部和虚部大小,应用气溶胶外混合和内混合方法分别计算其相对应的辐射光学参数,通过大气辐射传输模式SBDART计算得到相对应的辐射强迫,并对其分析气溶胶粒子的光学特性对辐射散射和吸收的影响。主要结论如下:(1)通过大气辐射传输模式SBDART计算得到在一定条件下的地表面、大气层顶和整层大气的辐射强迫,发现随着气溶胶复折射指数虚部的变大,地表面辐射强迫也越大;随着气溶胶复折射指数实部的变大,大气层顶的辐射强迫也越大。且大气层顶的辐射强迫变化相对于地表面的变化很小,说明气溶胶复折射指数的虚部对于长波辐射的的贡献较大。(2)通过对太湖地区气溶胶光学厚度的反演,结合SBDART计算不同气溶胶光学厚度下的辐照度以及气溶胶因子造成的直接辐射强迫。将其与AERONET太湖站的资料做对比,表明反演结果基本合理。发现气溶胶光学厚度对于直接辐射强迫的影响很大,气溶胶光学厚度越大,其净辐射通量减小,导致地面和大气层顶的辐射强迫增大。(3)通过计算在相同气溶胶光学厚度下,复折射指数实部不变,虚部变化下的气溶胶辐射强迫。发现气溶胶的辐射强迫同气溶胶的单次散射反照率和不对称因子有关。气溶胶单次散射反照率越小,地面的辐射强迫就越大,大气层顶的辐射强迫也越大。在其它条件相同时,不对称因子大的时候地面的辐射强迫就小,小的时候辐射强迫变大。
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