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气溶胶光学厚度定义及相关因素

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气溶胶光学厚度定义及相关因素

大气气溶胶是指悬浮在地球大气中的具有一定稳定性,沉降速度小,尺度范围在10吗∥m到 102“m之间的分子团、液态或固态粒子所组成的混合物。气溶胶光学厚度(aerosol optical thickness—AOT)是气溶胶的光学属性之一,表示的是单位截面的垂直气柱上的透过率,有时候又叫大气混浊度,它是一个无量纲的正值拴1(DtlBois,2002)。在有些文章里AOT也写为AOD(aerosol optical deepness)。数值范围在0’1之间,0代表完全不透明大气,1代表完全透明的大气,气溶胶光学厚度越大,大气透过率越低。值的大小主要由气溶胶质粒的数密度、尺度分布、气溶胶类型等物理、光学属性来决定。

下面我们就根据近年南海北部海域的气溶胶光学厚度来深度了解气溶胶的相关学问。

此图是三亚湾口实验站气溶胶光学厚度随时间的变化曲线,可看出该站点单日内10~15时气溶胶的数值变化非常明显,以870nm波段为例,11时左右气溶胶光学厚度值最小为0.132,11时后气溶胶的光学厚度逐渐增大,13:00是左右达到最大值为0.247,而后光学厚度的值又有所下降,全天平均光学厚度的均值为0.1。分析其他站位的数据,发现几乎所有站位的气溶胶的光学厚度的值日变化都非常明显,并且大多数站的数据与图中的变化趋势类似,两拨动变化,一些站位的曲线还出现了多个波峰波谷,870nm波段最小值可达0.1,最大值可达0.6。这说明南海上空大气变化较快,气溶胶光学厚度的值变化比较剧烈。

这张12天日平均光学厚度随波长的变化关系,可以看出南海北部海域的气溶胶人平均光学厚度位于0.2~0.6之间,只有9月9、14日得光学厚度明显高于这个范围,27日数值则偏低,结合原始气象数据发现,其数据受到云量和风速的影响都会偏大。总体而言,日平均光学厚度较集中在0.2~0.9之间,日平均光学厚度随波长的增加而减小。

而根据以下两张图我们可以更加清楚的看到风速对气溶胶光学厚度的影响,如下图中“14日三亚湾口站位气溶胶光学厚度”可看出随着风速的增大,气溶光学厚度呈上升趋势,风速越大,上升趋势就越明显,而相较17日图中光学厚度与风速的变化没有明显的关系,随着风速的增大,有些波段的气溶胶光学厚度甚至出现了降低的现象,结合当时原始记录,我们可发现风从海南岛方向吹来,较多陆源的沙尘、污染物等物质被输送到观测粘上空,从而引起气溶胶浓度分布的变化,导致光学厚度增大。

14日三亚湾口站位气溶胶光学厚度

17日测得的c409、c410及c411的气溶胶光学厚度

最后根据以上分析,我们可知道光度计的定标关键是大气的稳定性,对天气条件要求严格,在比较洁净的大气条件下,定标结果较好,经过严格的定标程序,定标相对误差小于2%。 而利用多波段光度及观测到得太阳肤色数据和同步的气象数据,分析了南海北部海域的气溶胶的光学厚度,结果表明:南海北部海域气溶胶光学厚度的日变化胶大,而日平均光学厚度则较集中与0.2~0.6之间;从陆地防线崔莱的风对气溶胶光学厚度有重要的影响;测量时对不准太阳所造成的误差是误差的一个主要来源,多次测量的最小值可减少这样的误差影响;轻雾天气对气溶胶光学厚度也有较大影响。

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