气溶胶光学及微物理参数的多波段拉曼激光雷达反演

【作者】 李建； 李成才； 康凌； 檀望舒； 李婧； 郭建平；

【机构】 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室； 北京大学大气与海洋科学系； 北京大学环境科学系及国家重点实验室；

【摘要】 大气气溶胶的气候强迫是目前气候变化因素中不确定性最大的一项。气溶胶的光学特征直接影响大气辐射过程,也可以通过在微物理过程中与云-降水的相互作用间接影响辐射过程。有必要对气溶胶光学和微物理参数进行实时连续监测,降低气溶胶辐射强迫在天气和气候模式中的不确定性。本研究利用多波段Raman激光雷达(355、532和1064nm)对北京上空气溶胶进行了连续观测,建立了光学参数的自动算法[1,2],并在此基础上提出了环境气溶胶微物理参数的3波段Raman激光雷达反演算法[3,4]。实现了对北京上空气溶胶光学和微物理参数垂直分布的实时监测反演。2016年12月至今,在北京大学(39.99N,116.31E)校内楼顶,利用北京大学环境科学系及国家重点实验室的一台多波段Raman激光雷达,对北京上空气溶胶进行了连续观测。利用观测得到的米散射和Raman散射信号,建立了355、532和1064nm后向散射系数及355nm消光系数的自动反演算法,得到了北京地区上空气溶胶光学特征。根据6S辐射传输模式中气溶胶模型,假设北京上空气溶胶由黑炭型(Soot)、可溶型(Water Soluble)和沙尘型(Dust)组合构成,各类型气溶胶均假设为对数正态分布;利用T-matrix米散射模型,计算三种气溶胶的光学参数(355、532和1064nm后向散射系数和355nm消光系数)制作查算表,查算表变量包括三种气溶胶数浓度(N1,N2,N3)和可溶性气溶胶中心粒径(rg)。对比光学参数的观测值和模拟值,得到三种气溶胶数浓度和可溶型气溶胶中心粒径的最优解,进而计算气溶胶微物理参数(有效半径、表面积浓度、体积浓度和复折射指数),个例和统计分析表明结果合理。本研究为激光雷达反演气溶胶光学和微物理参数提供了可行方案,为认识北京地区垂直方向气溶胶光学和微物理特征提供了新的途径,为研究气溶胶在大气辐射和云-降水微物理过程中的作用建立了基础。更多还原