风速影响海洋气溶胶光学深度

文摘

马尔卡希(马尔卡希et al ., 2008)幂律参数,推导出在大西洋沿海车站权杖的头,清洁海洋气溶胶光学深度之间(AOD)和风速比较开放海洋MODIS-derived AOD与风速。报道AOD与风速(U)的函数~U²。公海MODIS-derived大气气溶胶在550 nm和860 nm波长,在良好的协议与马尔卡希的一般大小的参数化,遵循幂律指数从0.72到2.47的风速范围最近m。四个病例的检查,一些MODIS病例低估了大气气溶胶在其他情况下高估了AOD相对于马尔卡希方案。总的来说,结果从MODIS支持马尔卡希的一般幂律关系,尽管一些线性情况下也遇到了MODIS数据集。MODIS和马尔卡希之间的偏差也会出现在高风速(> 15米),MODIS-derived AOD回报较低的值比马尔卡希。结果也支持这个建议比风产生的浪花,在中度大风,可以对手人为污染羽流用平流输送到海洋环境与风吹动的大气气溶胶导致AOD值接近0.3。

1。介绍

浪花气溶胶是最大的自然因素,全球气溶胶加载,从而扮演着一个重要的角色在全球辐射预算(1,2]。亚微米大小的气溶胶尤其相关的云凝结核(3),而这两个子任务和supermicron大小导致气溶胶散射(4)和气溶胶光学深度(5]。这两种效应表明,浪花气溶胶中扮演一个重要的角色在全球辐射预算,导致气溶胶气候效应(6,7]。

马尔卡希et al。5)建立了中度到高风速条件下,大气气溶胶与浪花遵循幂律风速依赖的指数2。在适度高风速、海洋spray-derived AOD达到0.35的顺序,往往超过AOD与污染羽流在海洋区域。马尔卡希的关系等。5)最近与模型预测大气气溶胶来源浪花由Madry et al。8]。在后者的研究中,他们发现model-derived AOD也跟随风速平方函数,而马尔卡希提出的制定等。5)是高度相关的modeled-derived AOD值。

Mulchay et al。5清洁的海洋空气报告AOD值显著高于此前报道(例如,斯米尔诺夫et al。9]),最有可能由于更广泛的风速范围内马尔卡希et al。5]随着广泛的过滤和分析过程;然而,玛尔卡茜et al。5数据是在沿海环境,除了上述建模研究中,他们没有被拿来和公海的测量大气气溶胶。在这项研究中,我们比较了马尔卡希et al。5]AOD-wind速度关系MODIS-derived AOD与风速。比较两个远程开放海域地区完成。

2。MODIS大气气溶胶和风速数据

清洁空气质量是至关重要的,以确保唯一的自然气溶胶对大气气溶胶的贡献是,在这种情况下浪花气溶胶。这是通过选择偏远海洋位置远离大的陆地,通过检查气团轨迹在每个位置和选择只有那些天的空气质量没有经过土地的前五天。这些时间选择基于清洁海洋航空系统观察使用HYSPLIT轨迹在两个特定电网2006年。HYSPLIT或混合单粒子拉格朗日综合轨迹模型由NOAA可以计算简单向前或向后空运轨迹开始或完成网格点。它可以运行复杂的分散和沉积模拟和计算平流合奏的污染物或单一污染物的平流。对于这个工作,它能计算多个和单一落后的气团轨迹从一个特定的位置是利用确定的方向接近气团轨迹。进一步的信息,请参见[10]。

对于这一分析,决议C005每天MODIS气溶胶数据取自海洋三级MODIS大气日报2006年全球产品在550 nm和860 nm)被利用。两个网格区域选择在偏远海洋位置(图1):一个在北太平洋(0在20N - 180w - 110W),一个在南大洋(40S-60年代和120e - 801 E),表示以后网格和网格2。图中所示的是一个浪花质量发射率随着MODIS-derived大气气溶胶。额外的标准用于网格如下的选择:只有清洁空气质量检查由back-trajectory分析;必须没有云污染;必须有变量期间风速。网格网格1和2进行分析1月和2006年12月至2006年7月和12月,分别。高海的地区选择恰逢喷洒气溶胶浓度。这样大面积被选为了样品齐全的风速下利用严格的标准。大气气溶胶和风速数据检索的月每天长时间网格的概述。风速数据从SeaWinds检索QuickSCAT卫星仪器。 SeaWinds is a microwave radar that measures near-surface wind speed and direction with a swath resolution of。展开了极地,太阳同步轨道上的98.6倾向和当地一个赤道穿越时间6点升交点的分钟的下行节点18:0030分钟。数据在日常、每周和每月的格式。对于这个分析,风速是插值网格来比较大气气溶胶的网格,每个风速数据点匹配相应的大气气溶胶数据在每个时间点和位置。由于MODIS AQUA的提升赤道穿越时间大约是凌晨1:30,4.5小时QuikSCAT之前,是小心在选择时间和地点风速变化最小。他们用从2000年到5000年,大气气溶胶数据点根据风速区间为每个月为每个网格。

云的特点是高光学深度和大气气溶胶测量不能让云覆盖的地区。因此,当务之急是对准确测量大气气溶胶,首先,云领域明确确定,其次,连续无云的天使用的最大数量的分析。MODIS级别2C005云数据有一个严格的筛选过程基于算法的马丁斯et al。11],其中像素分类为全部或部分污染云“标记”的数据集。完整的云掩蔽过程的描述请参阅rem et al。12]。最后,对于完整的保险,没有残余污染云,一个额外的过滤器是利用,像素是“标记”多云如果大气气溶胶红外通道(1640海里)超过3 (13]。此外,它是可取的,风速范围从高到低,通常4 m s¹提供一个风速范围可比马尔卡希et al。5]。

有许多与卫星测量相关的不确定性,例如,云的存在不被过滤的过程,和浪涛在高风速导致发射率的影响,会影响检索MODIS大气气溶胶的质量。更多细节可以读入Tanre et al。14]。其他的不确定性产生的两种乐器不集中的暂时或空间。MODIS水有一个赤道穿越时间4.5小时前QuikSCAT。也从0.25插值QuikSCAT网格1可能导致高达5%的不确定性。然而,我们旨在减少这种不确定性与我们的数据选择的严格标准。所有卫星仪器校准错误会导致偏见在检索数据。MODIS aqua, Guenthar et al。15]证明了标定误差在1.8% - -1.9%之间;然而,这被认为是微不足道的影响光学深度检索。风速的不确定性来自QuikSCAT显示是大约1 m s¹,(16]。阳光闪烁和反射率从浪涛导致1% - -10%的正偏压MODIS气溶胶数据在一个可接受的精确度,(17]。

3所示。评价采用卫星大气气溶胶和风速

数据2和3现在比较大气气溶胶在550 nm和860 nm)两个选定的网格和风速两个选择的时间与每个网格相关联。虽然不是数据所示,使用幂律的数据拟合回归方程,给出的参数,和相关系数表1。

4所示。结果

网格的结果在2006年12月和1月1图所示2和封面2 m s的风速范围¹15米年代¹。12月,550 nm MODIS气溶胶高于马尔卡希方案降低风速,增加10米¹在水平10至13米年代¹后,大气气溶胶再次增加。860纳米波长,有优秀的协议与马尔卡希10米¹后,大气气溶胶的水平直到它开始增加,风速超过13米¹。1月的情况下,一个类似的趋势,在550 nm的情况下,大气气溶胶高于报道马尔卡希,860海里,大气气溶胶是马尔卡希略低于参数化。9至13米¹,有一个轻微的减少的斜率AOD-wind速度的关系,虽然不像12月激烈的情况下,或多或少的水平。12月550海里的符合幂律关系情况下拥有一个指数为2.47,860 nm波长,指数为2.36。这些指数略高于马尔卡希指数(2.2 1.95 500 nm和832 nm波长)。1月的情况下,指数都显著降低值为0.72的550纳米波长为860 nm波长和0.77。这四个关系,相关系数(0.88和0.91之间)。

2网格,如图3,AOD值观察到的风速范围2 - 18 m s¹。对于12月550海里的情况,MODIS和马尔卡希之间优秀的协议16米年代¹后,MODIS气溶胶水平随着马尔卡希继续增加。860海里,优秀的协议是9 - 10米¹后,MODIS大气气溶胶的水平。

7月,电网2 550海里与马尔卡希数据显示很好的协议,尽管MODIS产生AOD值在较低风速略高,在高风速值略低。860海里,7月15 m s数据同意很好¹,之后趋于平缓的马尔卡希参数化与风速上升持续上升。

安装之间的关系对于12月MODIS大气气溶胶和马尔卡希方案反映了幂律指数1.09的550 nm波长为860 nm波长和1.40。对于7月的情况,各自的指数是1.04和1.02。这些4例的相关系数从0.83到0.97不等。

5。讨论

的MODIS-derived AOD-wind速度关系遵循幂律指数从下面统一(0.72)值大于2(2.47),有三个的8例,或多或少,线性关系的指数1。如前所述,玛尔卡茜发现的指数2.2 500海里2为832海里。MODIS值的变化可能是由于很多原因。在网格1中,12月550海里的情况下,相对于马尔卡希,反映了大气气溶胶在低风速较高。这些更高的价值有三种可能性:有一个显著部分二级海洋气溶胶与这些案件有关,从而加强大气气溶胶;有高的相对湿度条件,从而增加气溶胶散射势;研究或病例受到人为气溶胶的远程运输的影响,因此也导致了大气气溶胶水平升高。优秀的协议中度860 nm波长风速结合550海里日期建议亚微米粒子的一个重要部分,自然或人为的,而不是相对湿度的增加。正如上面提到的,在这种情况下,有一个平稳大气气溶胶在10 - 13 m s¹之前,继续增加超过13米¹。目前还不清楚是什么原因导致这种趋势;然而,在大多数情况下,最高风速高于15米¹,MODIS-derived AOD小于马尔卡希的参数化。当风速小于15米¹,往往有很好的两个数据集之间的协议,尽管仍有一些变化在高估和低估MODIS相对于马尔卡希。我们的结果也应该是最近的一些采用卫星AOD-wind相比速度的关系。黄等。18)发现了一个线性AOD与风速之间的关系从0.08 - -0.09在零米¹来0.15 - -0.175在20米¹。应该注意的是,同样的波长,马尔卡希估计较低风速AOD值为0.04或更低,最高风速测量的马尔卡希(18米¹),大气气溶胶更大(0.35)。相比之下,Lehahn et al。19)发现类似的低风速值作为马尔卡希(0.04或更少)和值约为0.18的风速14 m s¹比的值0.24 [5),但相关系数明显降低(-0.5)。黄等。18)卫星大气气溶胶研究中,相对于马尔卡希地面大气气溶胶研究中,往往高估了AOD 100%条件下零风速和低估了AOD 18 - 20 m高风速的年代¹相差无几。Lehahn et al。19)提供更好的协议,在风速较低(少于马尔卡希12米的年代¹);然而,在他们的最大风速小于15米的报道¹,他们的AOD值小于约25%由马尔卡希et al。5]。

应该注意的是,该源自精密过滤器辐射计是一种更直接测量,需要和更多的假设MODIS检索算法的精度过滤辐射计。因此,人们会预计辐射计数据反映更准确AOD-wind速度的关系。此外,如上所述的介绍,浪花的详细建模研究生产和相关的大气气溶胶也得出一个幂律指数2 (8]。最后,气象的影响,如增加沉积率可能与稳定边界层将会减少喷雾停留时间,从而减少了大气气溶胶的影响;人为气溶胶的沉淀率或远程传输的变化都可以导致MODIS的变化情况。然而,主要结论抵达马尔卡希et al。(5]仍持有,即海洋喷雾对海洋大气气溶胶的贡献可以达到甚至超过0.3的值,自然适度高风速下浪花政权可以竞争对手的许多人为羽毛用平流输送到海洋环境。

6。结论

MODIS-derived大气气溶胶对清洁、远程海上条件分析了风速的函数,从2至18 m s¹。观察到的关系遵循一个幂律指数从0.72到2.47为550 nm波长和波长860纳米的从0.75到2.40。MODIS-derived该是比马尔卡希参数来源于一个精密过滤器辐射计在大西洋海岸东北站(梅斯的头)。一般来说,好的协议被发现之间的两个数据集,虽然,在案例的基础上,相对于马尔卡希有时MODIS高估了,有时低估了。通常,MODIS-delivered低AOD值更高的风速(15米年代¹马尔卡希)相比,有时,高估了在较低风速,导致一个指数接近于1,产生一个线性AOD与风速之间的关系。有很多原因MODIS派生AOD-wind速度指数的变化。这些包括在气象变化的可能性(即。,precipitation and stability) which may reduce sea spray residence time, long range transport of anthropogenic aerosol, secondary marine aerosol production, and variability in relative humidity fields, altering aerosol scattering efficiency. While there is variability in MODIS-derived AOD versus wind speed, with the parameterized exponent deviating from the Mulcahy squared power law dependency, there is no reason to suggest that a power law with an exponent of 2.2 for 500 nm, and 2 for 860 nm is not a robust parameterization. The results also support the suggestion that wind-generated sea spray, under moderately high winds, can rival anthropogenic pollution plumes advecting out into marine environments with wind driven AOD contributing to AOD values approaching 0.3.

确认

这项工作是支持的爱尔兰环境保护局。作者也希望承认世界光学深度研究和校准中心(WORCC)和高级科学家克里斯托弗Wehrli的便利化和他的团队质量受控再生能源在权杖大气气溶胶数据头。

引用

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