塔里木盆地沙尘气溶胶光学特性的遥感研究

塔里木盆地沙尘气溶胶光学特性的遥感研究

许海娇

（无锡学院 大气与遥感学院，江苏无锡 214105）

摘要：塔里木盆地夏季发生浮尘天气现象频率较高，形成一个沙尘气溶胶持续滞空的独特区域现象。此类区域浮尘气溶胶辐射效应，可加热塔克拉玛干沙漠大气浮尘上部大气导致青藏高原夏季热源范围的“北扩”并对区域气候变化具有潜在影响，这是一系列亟待深入研究的青藏高原对中亚区域气候变化影响问题。本文拟利用多年卫星-地基遥感等资料，进行多源信息综合分析，通过气溶胶理化特性、辐射效应分析与数值模拟试验相结合的技术途经，系统地剖析塔克拉玛干沙漠浮尘气溶胶及其辐射效应的时空变化特征。

关键词：塔里木盆地；沙尘气溶胶；理化特性 ； 辐射影响

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0 引言塔里木盆地位于中亚干旱区的新疆地区南部紧邻青藏高原，其与天山山脉和帕米尔高原等相围，形成的面积达53万km2。以塔里木盆地塔克拉玛干沙漠为中心的中国西部沙漠是亚洲沙尘的重要源区[1]。受到塔里木盆地大地形尤其是青藏高原对盆地及其周边气象场影响，加上沙漠下垫面很强的地表加热及较强的对流运动和湍流运动[2]，塔里木盆地夏半年形成3-5km高度“超高”大气边界层结构以及其沙尘气溶胶滞空的独特浮尘天气现象。同时该现象具有明显的时空特征，因此塔里木盆地夏季“滞空”沙尘气溶胶辐射强迫的反馈作用对气候环境变化具有重要影响。塔里木盆地独特的沙尘气溶胶光学特性及其辐射强迫反馈作用是一个亟待深入研究的科学问题。

1塔里木盆地夏季“滞空”沙尘气溶胶时空范围相应的数据显示，近30年来持续性滞空的沙尘气溶胶主要分布在盆地南部，其中盆地西部略大于盆地东部。持续滞空的时间不同，其分布也有一定差异。塔里木盆地的沙尘气溶胶滞空现象每年观测有80-230多天，甚至夏半年沙尘滞空时间持续达到月尺度[3]。

2沙尘气溶胶理化特性研究沙尘气溶胶在对流层大气气溶胶的比重达到三分之一。沙尘气溶胶会改变区域的大气辐射特性，打破辐射平衡，进而影响气候。另外，沙尘气溶胶对水循环、季风系统等也有一定影响[4]。因此，研究沙尘气溶胶的理化特性，对气候变化的影响是重要的科学研究课题。

2.1沙尘气溶胶粒径谱分布研究沙尘暴期间小颗粒小于3.3微米与大颗粒大于3.3微米的相对浓度呈大幅度增加[5]。绝大多数气溶胶小于1微米，数值中位直径小于1微米。自然条件下，气溶胶分布遵循双峰分布的概率，第一峰值在0.4微米附近，第二峰值在2微米附近[6]。

2.2垂直分布研究近地层沙尘水平通量随高度增加，但不遵循幂函数或指数函数分布。20m高度内，随着高度增加，细物质组分减少，粗物质增多；32-63m内，随着高度增加，粗物质减少，细物质增多。各高度主要的水溶性无机离子主要是硫酸根离子、氯离子、钙离子和钠离子，其中氯离子浓度最大[7]。

2.3沙尘气溶胶的光学特性研究沙尘气溶胶的440纳米光学厚度与能见度呈现负幂函数关系，对小于8微米的辐射吸收作用弱，散射作用较强；对大于8微米的辐射吸收能力强，吸收带主要位于8-11微米内[5]。气溶胶光学厚度基本随波长增大而减小，日变化中午为最高值，春夏变化幅度大。夏半年是塔里木盆地气溶胶光学厚度月平均值的高值期，与沙尘天气的频繁发生密切相关[8]。

2.4沙尘气溶胶的辐射特性研究消光效率因子随粒径衰减振荡，并趋向于2。散射效率因子随粒径振荡变化，粒径大于4.0微米时，逐渐趋向于1。吸收效率因子随粒径增大而逐渐增大，趋于1。粒径等于0.1微米至1.0微米之间时，单次反照率有最大值。随着粒径增大，单次反照率减小趋于0.5。气溶胶粒子在440纳米处的消光能力最强，随着粒径增大，粒子的消光能力减小[9]。

3沙尘气溶胶对辐射的影响沙尘气溶胶对太阳总辐射起削弱作用，增加了散射总量。沙尘气溶胶对短波辐射的散射，增加了地球反照率[10]。沙尘气溶胶会加热沙尘层大气，冷却地面，夜间对地面有保温作用。沙尘的辐射强迫也与太阳高度角有关，太阳高度角增大，大气顶晴空正辐射强迫增加，地气系统由辐射降温转为辐射增温。沙尘天气时，云冷却作用受抑制，沙尘加热大气层。沙尘气溶胶也会减少地面净辐射收入[11]。沙尘过程对大气低层日平均气温均有增温效应、减弱了大气的逆温强度、增大了大气逆辐射[12]。

5结语沙尘天气是塔里木盆地地区常见的天气现象，沙尘是当地气溶胶的主要来源。塔里木盆地夏季形成的一个沙尘气溶胶持续滞空的独特区域现象。此类区域浮尘气溶胶辐射效应，可加热塔克拉玛干沙漠大气浮尘上部大气。春夏季，青藏高原北部受塔克拉玛干沙漠影响显著，导致青藏高原气候产生变化进而对中亚地区气候及水分循环产生影响。本文进行多源信息综合分析，通过对沙尘气溶胶粒径谱分布、垂直分布、光学特性、辐射效应分析与数值模拟试验相结合的技术途经，系统地剖析塔克拉玛干沙漠浮尘气溶胶及其辐射效应的时空变化特征。

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感谢无锡学院大学生创新创业训练计划项目和江苏省大学生创新训练计划项目(项目编号:202213982048Y)资助

作者简介：许海娇（2003—），女，江苏宿迁人，本科生；研究方向：沙尘气溶胶光学特性。