塔克拉玛干沙漠和青藏高原地区沙尘气溶胶及其加热率的时空分布特征

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基于MERRA-2再分析气溶胶资料、CALIPSO气溶胶廓线产品,结合辐射传输模式SBDART,分析了塔克拉玛干沙漠和青藏高原2007—2020年间沙尘气溶胶质量浓度、光学厚度、消光系数廓线及其加热率的时空分布特征。本文综合利用卫星和再分析资料揭示了塔克拉玛干沙漠和青藏高原沙尘气溶胶垂直分布的气候特征及其变化,结合数值模拟,可以更清楚地了解沙尘辐射加热作用,有利于理解沙尘对该地区大气热结构的影响机制。论文的主要研究成果及结论如下:(1)塔克拉玛干沙漠是研究区域沙尘质量浓度高值中心,其年平均地面(柱)质量浓度在100×m-3(0.2×m-2)以上,且浓度从春季到冬季依次减少。春夏季,青藏高原北部受塔克拉玛干沙漠影响显著;夏季青藏高原南坡受塔尔沙漠沙尘影响显著。柴达木盆地为青藏高原沙尘质量浓度高值中心。2007—2020年,塔克拉玛干沙漠北部和西部沙尘质量浓度显著上升,青藏高原大部分地区呈现下降显著趋势;另外,2007—2016年塔克拉玛干沙漠柱沙尘质量浓度显著下降。(2)塔克拉玛干沙漠多年平均沙尘光学厚度(DAOD)高于0.3,青藏高原大部分地区低于0.1,其中柴达木盆地DAOD约为0.2。在塔克拉玛干沙漠上空1~3 km有一个长期存在的沙尘层,且春季最深厚。夏季,塔尔沙漠和印度恒河平原的沙尘在青藏高原南坡形成了积聚。冬春季研究区域的沙尘消光系数(σD)呈增加趋势,秋季呈下降趋势,增长最强区域分别位于春季塔克拉玛干沙漠上空和冬季青藏高原南坡。(3)塔克拉玛干沙漠(青藏高原)年平均沙尘加热率(DHR)最大为2.8 K×day-1(1.8 K×day-1),春季DHR为最强,夏季次之。塔克拉玛干沙漠春季DHR最大值接近8K×day-1。春夏季青藏高原北坡的沙尘加热作用较强。柴达木盆地上空的加热层可与塔克拉玛干沙漠加热层合并。秋季,来自印度的沙尘显著加热了青藏高原南坡4~5 km的大气。3~6月,塔克拉玛干沙漠和青藏高原沙尘加热作用最强。塔克拉玛干沙漠最大DHR所在高度经历了先上升后下降的趋势,在7月达到最大。冬春季塔克拉玛干沙漠和青藏高原的DHR均呈增加趋势,夏秋季总体呈下降趋势。沙尘加热层的分布显示,在塔克拉玛干沙漠上空,春夏季2~4 km层的加热作用最为强烈;从春季至冬季,2~4km加热层的强度和高值区面积逐渐减小;在青藏高原上空,柴达木盆地上空DHR最高,其中春季4~6 km层的DHR最大。
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