文摘

垂直分布,水平范围,和光学性质的亚洲粉尘得到使用地面去极化激光雷达和“激光雷达和红外探路者卫星观测(卡利普索)在测量两年期间(2010 - 2012)在武汉(30.5°N, 114.4°E),中国。去极化激光雷达注册13尘埃事件,其中大多数发生在春季(5事件)和冬季(6事件)。尘埃层发生在高度约1.4 - -3.5公里。沙尘的水平范围约750 - 2400公里,基于卡利普索数据。平均体积去极化率()、粒子去极化率(),灭绝和光学深度(AOD)尘埃层分别为0.12,0.22,0.19公里⁻¹,分别和0.32。尘埃层观察到在冬季发生在一个较低的高度和有更大的灭绝意味着和大气气溶胶,和更小的意思和比春天沙尘层。这些冬季特性可能会从一个低对流层温度反演,当地气溶胶的混合,在适宜的相对湿度条件下吸湿增长。2011年4月尘埃事件长达9天。与观察其他网站相比,尘埃层在武汉表现出更多的浑浊与抑制nonspherical粒子的形状。

1。介绍

水土流失引起粉尘排放,影响大规模的大气环境。沙尘气溶胶主要来源于在干旱和半干旱地区。尘埃粒子携入的沙漠表面的空气对流运输与大气中的风(1- - - - - -5]。

地球上的广大沙漠地区有三种:撒哈拉沙漠,东亚沙漠,沙漠和阿拉伯半岛。这些沙漠造成大气中的气溶胶加载[总数的40%6]。具体地说,亚洲粉尘贡献800 Tg的尘埃气溶胶大气中它占据了总数的40 - 80%粉尘排放(~ 1 - 2 Pg) [7)每年,30%落定回到亚洲的沙漠地区,在洲际运输规模20%,剩下的50%是大气中运输在太平洋或更远8]。亚洲粉尘影响地区远离源地区通过远程传输(9,10]。在这个交通、尘埃粒子经过复杂的物理和化学过程和发挥重要作用在大气辐射的预算4,11,12]。

激光雷达,由于其时间和空间分辨率高,是一个重要的工具测量粉尘的垂直分布和光学性质,和地面激光雷达已广泛应用于最近的研究观察亚洲粉尘(13- - - - - -17]。酒井法子et al。16)观察到尘埃在筑波事件2001年4月23日。气溶胶的去极化率约5公里的高度超过0.2,和高度之间的光学深度为0.18 4公里,7公里。金等。18观察到一个增强的气溶胶消光~ 0.015公里⁻¹3 - 5公里的高度在首尔,韩国,在春天季节期间1997 - 2004,这表明粉尘的影响。自2006年推出以来,卡利普索激光雷达已广泛用于获得本地和全球视角的尘埃光学性质和水平范围(19- - - - - -24]。使用卡利普索数据,金等。22)观察到尘埃羽在韩国形成29-31 2008年5月,发现大部分的羽毛在韩国旅行250 - 300公里。还利用CALIPSO数据,黄等。20.)观察到尘埃层在青藏高原在2006年夏天,经常出现在高度约4 - 7公里,平均体积去极化率和颜色比0.21和0.83,分别。大多数激光雷达观测都集中在西北和华北、日本、和韩国;然而,很少有这样的研究集中在中国东南部[23,25,26]。中国东南部,这不是位于盛行西风的路径,可能出现某些独特的粉尘特性后运输。长期联合观测用地面激光雷达和武汉的卡利普索激光雷达为研究垂直分布提供一个机会,水平范围,和光学特性的尘埃在这个地区。摘要偏振激光雷达是用于识别nonspherical尘埃粒子和测量粉尘的光学性质,和卡利普索数据被用来评估尘埃柱的水平范围。

本文组织如下。尘埃的现状研究是首次引入。节2,仪器和数据处理。节3,灰尘观察的结果提出了武汉两个案例研究和统计分析。节4尘之间的差异特征在春季和冬季在武汉进行了讨论。特殊尘埃光学特性也通过讨论比较与其他网站在这一节中。最后,结论部分提供了5。

2。仪器和数据

2.1。偏振激光雷达系统

武汉(30.5°N, 114.4°E)位于中国东南部。使用的偏振激光雷达系统是安装在武汉大学。提出了激光雷达系统参数表1。偏振激光雷达发射机使用Nd: YAG激光产生的排放在532 nm ~批准mJ /脉冲重复率20赫兹和脉冲宽度6 ns。发射激光的偏振纯度大约是1/10000。在接收端,使用300毫米反散射光子收集卡塞格林望远镜视场光阑之后的虹膜和准直透镜。双立方偏振光束分割来把光束分成两个独立的极化通道平行和垂直方向相对于即将离任的激光束。两个渠道的过滤器的频带宽度~ 10.6厘米⁻¹在532海里(0.3海里)。最近的两个转动喇曼线(N₂)±11.9厘米⁻¹从弹性课程。而且纯转动拉曼线~ 3个数量级在强度较弱的比弹性课程。因此,相声的纯转动拉曼线是微不足道的(27]。两个极化通道之间的相声是大大抑制通过使用双立方偏振光束分割在每个通道。两个渠道的光束被发现使用两个光电倍增管(PMT)。PMT聚集使用的输出脉冲信号采集仪器(Licel)。

激光雷达系统的空间和时间分辨率是30米和1分钟,分别。激光雷达观测下限为0.3公里,确定了基于激光的重叠和望远镜的视场。我们的极化校准激光雷达是由观察一个完全消偏振的光从天空thick-cloud-covered [28]。由此产生的增益比(0.065)之间的两个渠道。使用组合的气溶胶消光计算平行和垂直的渠道29日]。去极化的体积比使用这个方程计算了 在哪里和平行和垂直通道的信号,分别。去极化率的体积是由分子和气溶胶造成的。

粒子去极化率是来源于total-to-Rayleigh反向散射比BR和去极化的体积比从下面的方程30.]: 在哪里激光雷达系统的分子极化率。分子去极化率衡量激光雷达的价值取决于波长和光谱宽度检测的光。频带宽度的两个过滤器用于我们的激光雷达系统都是0.3海里。的基础上计算了贝伦特和中村27),分子的极化率计算的课程是略大于0.00363的理论价值线性偏振入射光和180度反向散射(请参见图4的27])。指出纯转动拉曼可以忽略不计的相声和分子去极化率和大气温度的变化并没有改变,这里使用0.4%的价值。BR被定义为的价值(31日),和分别是分子和气溶胶后向散射系数。

米氏散射信号的气溶胶消光计算使用银行总裁法费尔纳德[32]。同时与激光雷达和太阳光度计测量表明,对流层平均激光雷达比老~ 50(通过比较气溶胶光学深度来自激光雷达(532 nm)和太阳光度计(500海里)(33,34])。在实践中,村上教授等。35)派生的气溶胶的消光系数使用银行总裁的算法费尔纳德(3250),激光雷达比老被选为再现光深度来自太阳光度计。激光雷达比50 sr也用于亚洲粉尘的观察在台湾36合肥,中国(26]。能剧等。37)测量了激光雷达的比率老亚洲粉尘与拉曼激光雷达在光州,韩国,在春天。因此,假定的激光雷达比50 sr在这项研究是合理的。分子灭绝使用美国标准大气模型计算温度和压力数据(美国GPO,华盛顿特区,1976)。气溶胶光学厚度(AOD)和重心高度()由一层灰尘 在哪里和粉尘层顶部和基础高度,分别和是气溶胶消光系数。

2.2。卫星数据

“与正交偏振激光雷达(CALIOP)仪器进行了“激光雷达和红外探路者卫星观测卫星(卡利普索)和用于获取垂直的弹性后向散射在最低点附近的532 nm和1064 nm)在日间和夜间。最近的CALIOP轨道经过武汉约02:00 LST,每天14:00 LST。配置文件提供线性去极化的532海里。1064海里反向散射比532海里反向散射,它被定义为“颜色比例,”。这一比率代表了气溶胶粒子大小。灰尘很大,因为它的去极化率nonspherical形状,这是一个很好的指标分离灰尘从其他气溶胶(38]。刘等人。23]推导体积去极化率的概率密度函数(VDR)四种类型的气溶胶(沙尘、生物质燃烧、大陆和海洋)。海洋和大陆气溶胶VDR分布达到零。生物质燃烧气溶胶有非零的峰值0.02 ~。VDR沙尘气溶胶的分布集中在0.17 ~。根据这些概率密度函数,当一个VDR阈值设置为0.06,只剩下~ 1.4%的尘埃气溶胶粒子,只有~ 2.3%的无粉尘气溶胶粒子被错误地归类为沙尘气溶胶。因此,在实际的激光雷达数据分析(卡利普索),0.04或0.06的体积去极化率值采用阈值来区分尘埃和nondust气溶胶由刘et al。39和黄等。21),分别。

在这项研究中,卡利普索一级b数据产品是用于验证偏振激光雷达的性能和研究水平范围的沙尘。2级5公里气溶胶概要数据被用来展览的垂直特性面具和气溶胶亚型的面具。在这个产品,1 - 3的Atmospheric_Volume_Description表示特性的面具(1:清洁空气,2:云,3:气溶胶)和少量的10 - 12Atmospheric_Volume_Description代表了气溶胶亚型(0:不确定,1:干净的海洋,2:灰尘、3:受污染的大陆,4:干净的大陆,5:被污染的尘埃,6:吸烟,和7:其他)。2级333和5公里云数据产品被用来屏幕云层,节中提到的4.1。

光环尾身茂(臭氧监测仪器)AI(气溶胶指数)数据被用来验证尘源地区爆发的存在。AI表示存在的紫外线(UV)吸收大气中的气溶胶和来自测量紫外反射率的残留。人工智能检测数据是有用的尘埃气溶胶(21,25]。每日平均数据的水平分辨率1°×1°使用。

2.3。太阳光度计

太阳光度计(ce - 318)在2008年被安装在我们的激光雷达站点,并在此后连续操作。仪器测量直接太阳辐射和天空辐射波长8乐队(340,380,440,500,670,870,940,和1020海里)。水平1.5版本数据被用来提供光谱分布的气溶胶光学厚度(AOD)校准和云筛选。订单的不确定性的光学深度为0.02 (440 - 1020 nm)和0.04(在340 - 380 nm)在中午40]。1.5大气气溶胶数据水平被用来推导出粒度分布(PSD)用国王的算法等。41]。用于检索PSD方程可以写成 在哪里在波长是气溶胶光学深度吗;气溶胶粒子的半径;和分别是最大和最小半径的集成范围;是一个复杂的折射指数;消光效率因子从米氏理论,粒子半径的函数,波长,和复杂的折射指数;和是未知的粒度分布。在这项研究中,集成范围(半径)是-10年0.05μm。在6波段大气气溶胶(380、440、500、670、870和1020海里)用于计算。

2.4。HYSPLIT逆向轨迹分析和气象数据

混合单粒子拉格朗日综合轨迹(HYSPLIT)模型被用来推算出的轨迹气团基于大气风场数据来自美国国家环境预测中心(NCEP)分析(42]。因此可能估算一个大概每个亚洲沙尘流的来源。

无线电探空仪是在喂饲LST和20:00 LST每天从一个位置从激光雷达站点约24公里。相对湿度(RH)和温度数据被用于这项研究。

3所示。观察结果

来验证我们的激光雷达系统的性能,直接剖面的对比lidar-derived光学参数首次使用地面偏振激光雷达和几乎同时执行近托管的卡利普索激光雷达(图1)。最接近我们的激光雷达站点20概要文件获得的卡利普索数据平均比较1分钟累积偏振激光雷达数据在02:24 LST 2011年4月23日。水平卫星足迹和我们的激光雷达站点之间的距离小于50公里。个人概要文件从卡利普索的积分时间~ 1 s(相当于~ 6.7公里)的水平距离。然后平滑窗口长度为420 m范围(14箱海拔低于8.2公里范围和7箱在海拔高于8.2公里)。平均1分钟概要文件从地面激光雷达是光子计数的积累从1000年激光枪。然后平滑窗口长度为210米(7范围箱子)。垂直卷去极化率分布测量使用两个激光雷达系统定量地同意。减毒后向散射配置文件表现出类似的双层粉尘层的垂直结构。这种比较证实垂直光学特性测量的可靠性使用偏振激光雷达。

在这项研究中,13个尘埃事件(观察41天)与地面观测研究了偏振激光雷达在武汉的垂直分布和光学性质长距离沙尘从2010年10月到2012年9月。大部分的灰尘事件发生在春季(5例)和冬季(6例)。剩下的两个事件发生在夏天和秋天。黄等。21)定义了一个尘埃羽有物理气溶胶层厚度超过0.9公里,整个层卷去极化率超过0.06。这个定义被用于这项研究确定粉尘层。卡利普索一级b数据在同一两年被用来估计的水平范围沙尘。气溶胶特性面具从卡利普索2级5公里气溶胶资料数据显示在案例研究来验证沙尘气溶胶的存在。13尘埃的事件注册了地面激光雷达,10事件同时观察到的卡利普索激光雷达。其余3事件被卡利普索观察,因为错过了云的存在。首先,讨论了两个案例研究,代表典型的粉尘特性在春季和冬季。此后,沙尘的总体统计特征进行了讨论。

3.1。春季沙尘案例:2011年4月22日

最长的尘埃事件2011年4月22日在武汉观察(图2)。这个数字提出了消光系数的时空变化(a)和体积去极化率在532 nm (b)。这种性质的持久,厚厚的灰尘羽以前从未被观察到在武汉。粉尘层与大很明显观察到高度约0 - 4公里和5.5 - -8.0公里4月22日下午开始。上层稳步上升,直到4月23日下行和消散之前4月25日。较低的层填充低对流层(从表面到大约6公里)在整个事件。

检查灰尘羽流的来源,为期三天的back-calculated气团轨迹仿真从武汉开始1000 utc 22日,25日和4月28日进行使用HYSPLIT模型,分别。空气质量的五个高度模拟三天。光环OMI AI分布提供了可能的来源地区沙尘事件(如图3(一个)- - - - - -3 (c))。见图3,一些计算反向轨迹似乎链接dust-outbreak源地区在合理的时间序列,在一些落后的轨迹计算粉尘源(如图所示的数据3(一个)- - - - - -3 (c))是无形的。4月22日空气质量在不同高度起源于三个区域。表面附近的空气质量跟踪向后华北表面。低粉尘层下面4公里的戈壁沙漠前1 - 2天在武汉的外观。这一发现的结果类似Kwon et al。5)报道,戈壁沙漠的尘埃总是影响下游地区的对流层较低(< 4公里)。上层(约6公里)起源于青藏高原(海拔5 - 6公里)。然而,相应的源地区的沙尘爆发是无形的,因为小姐OMI AI数据。空气质量显示,4月25日尘埃层3 - 4公里是向后追踪中国和蒙古的戈壁边境附近。这些结果表明,尘埃粒子的事件很可能从蒙古的戈壁。此外,另一个尘埃层3 - 5公里4月28日跟踪向后塔克拉玛干地区。

如表所示2,平均高度、基础高度、厚度、和重心高度的尘埃层是5.02公里,1.52公里,3.50公里和3.04公里,分别。标准偏差,以及光学性质的最大和最小值,也表所示。的意思是是0.12。此外,特别大0.2 - -0.3观察低于5公里从4月26日中午到4月27日的早晨。的(0.24)价值远远大于值,这表明尘埃颗粒层内的主导地位。粉尘层灭绝的平均值为0.11公里⁻¹。的灭绝意味着超过0.1公里⁻¹在观察,气氛很浑浊。粉尘层大气气溶胶的平均值为0.38。

垂直的灭绝,卷去极化率、粒子去极化率,反向散射比,相对湿度和温度如图4月25日4。误差线代表标准偏差。与变量灭绝和双层结构观察2公里以上。灭绝,表现出类似的高度分布,表明nonspherical粒子在粉尘层的统治地位。较低的层(2.0 - -4.5公里)范围从0.06到0.2,灭绝的范围从0.01公里⁻¹0.08公里⁻¹。各自的最大(0.2)和灭绝(0.08公里⁻¹)都发生在大约3公里的高度。上层(5 - 8公里)一个较小的灭绝和展出。灭绝非常大低于2公里,这可能是由于合并后的灰尘和当地气溶胶的贡献。的值非常大,从0.2到0.4在低粉尘层。粉尘层内的BRs从1.1到2.2不等。较低的层表现出一个稍大的BR的峰值2.2约3.2公里。粉尘层非常干燥;即RH不到10%在2 - 8公里的高度。

图5显示了减毒的情节去极化后向散射和体积比率在532 nm,颜色比,垂直特性面具,面具气溶胶亚型,卡利普索的轨迹观察4月22日在中国东南部。沙尘是用黑色的矩形。代表不同的沙尘(0.2 - -0.3)和颜色比例(0.7 - -1.0)由于nonspherical形状和大粒径的粉尘。双层结构观察使用去极化激光雷达也出现在卡利普索的数据。气溶胶亚型面具表明较低的层的混合灰尘和污染的尘埃和上层只包含纯灰尘。此外,卡利普索数据显示水平范围的~ ~ 950公里和750公里高度约1 - 4层的第4 - 9公里,公里,分别。特别,上层的高度减少从北到南。

3.2。冬天尘埃的例子:2010年12月7 - 9日

图6显示颞灭绝(a)和体积的变化去极化率(b)在532 nm 2010年12月7 - 9日,代表一个典型的冬季尘埃羽。灰尘观察至少两天;然而,尘埃的开始和结束事件并没有观察到。大(从0.1到0.25)和灭绝超过0.1公里⁻¹观察下面3公里事件期间,在冬天是典型的光学属性值。

为期三天的back-calculated气团轨迹仿真从武汉1000 utc 12月7日和12月9日开始执行使用HYSPLIT模型。如图7开始,三个高度与模型模拟。结果表明,下面的灰尘羽观察3公里/武汉是由于远程传送的戈壁灰尘灰尘事件开始前2天。尾身茂AI的大值(2.0)表示在戈壁地区尘埃疫情的发生。

如表所示2,平均高度、基础高度、厚度、和重心高度的尘埃层2.22公里,< 0.30公里,1.92公里和1.02公里,分别。的意思是是0.15。具体来说,非常大超过0.2观察内部的粉尘层从12月8日上午到中午12月9日。的意思是是0.27。平均灭绝(0.13公里⁻¹)和平均大气气溶胶(0.26)表明,粉尘层在冬天总是很浑浊。

图8显示了灭绝,卷去极化率、粒子去极化率,反向散射比,相对湿度和温度垂直偏振激光雷达和无线电探空仪的资料12月7日。明显的单一观察粉尘层低于2公里灭绝从0.03公里⁻¹0.20公里⁻¹和达到0.6公里。的范围从0.07到0.16在尘埃层和快速减少以上1.5公里近0 2.5公里。的在尘埃层从0.20到0.33不等。的峰值出现在1.7公里,这是不同于0.6公里高度的气溶胶消光;因此,人为气溶胶在PBL的贡献大大低于1公里。表面的RH从40%下降与身高只有2.5公里高出2%。RHs 20 - 50%是典型的冬季尘埃层。

图9显示了减毒的情节去极化后向散射和体积比率在532 nm,颜色比,垂直特性面具,面具气溶胶亚型,卡利普索的轨迹观察12月7日在中国东南部。沙尘大(0.2 - -0.3)和颜色比例(0.7 - -1.0)标有一个黑色的矩形。单从表面粉尘层观察到2公里显示相同的特征与地面激光雷达观测。沙尘低于3公里的高度之间的频繁发生30°N和40°N /中国大陆在冬天。尘埃层通常有一个水平~ 1300公里的范围。卡利普索数据确认高观察到这种低高度利用地面激光雷达并非由于当地浮尘,而是通过远程传输尘埃羽。

3.3。尘埃在武汉的统计特征

表2列表13尘埃事件的特征提取的去极化激光雷达测量收集2010年10月至2012年9月。所有选定的事件至少要持续10个小时,表现出没有灰尘和云之间复杂的混合。表2列出了意味着顶层高度,基础高度、厚度、重心高度、体积去极化率,粒子去极化率,灭绝,和AOD这些尘埃的事件。最大和最小值,标准差也表所示。平均粉尘层高度为1.45 -3.51公里;最大和最小高度约5.02公里,不到0.3公里,分别。平均质心高度为2.34公里,最高海拔的尘埃装载。的范围从0.09到0.15;均值为0.12。的范围从0.13到0.33;均值为0.22。灭绝的范围从0.06公里⁻¹0.40公里⁻¹;均值为0.19公里⁻¹。此外,大气气溶胶范围从0.09到0.48;均值为0.32。沙尘的垂直和水平范围从卡利普索获得数据也显示在表中2。检索失败4例由于丢失的卡利普索数据或未能确定一个尘埃柱由于云的存在。在剩下的9例,4例表现出双层结构。沙尘的水平范围约750公里至2400公里。尘埃羽厚度范围从大约2公里7公里。

粉尘排放在武汉经常在春季和冬季。比较之间的垂直分布和光学特性的尘埃在表列出了两个赛季3。春天尘埃层较高(约1.59 - -4.17公里)比冬天(约0.54 - -2.01公里)。在春天的意思是质心高度2.68公里高于冬天(1.07公里)。此外,灰尘层厚比冬天春天(2.58公里)(1.46公里)。的意思是略大的春天比冬天(0.10)(0.12)。的意思是是更大的在春天比冬天(0.18)(0.27),表明大nonsphericity尘埃粒子在春天。相比之下,冬天平均灭绝(0.24公里⁻¹在春天)是1.4倍(0.10公里⁻¹)。此外,在冬季大气气溶胶(0.34)是春天(0.26)大于31%。根据卡利普索数据,沙尘厚和更高的春天,和羽毛一般在冬天更薄和更接近地表。

获取更多信息的微观物理学的特征尘埃气溶胶,气溶胶的粒度分布(PSD)是计算使用太阳光度计(ce - 318)测量(41]。图10显示了灰尘情况下检索到的气溶胶粒径分布在春天(蓝色)和冬季(红色)。PSD是双峰的峰值2.0粗模型μ米在这两个季节,表明典型的尘埃气溶胶粒子半径。峰值大约0.13的模型μ冬天m和0.07μ在春天。

也观察到类似的双峰分布在春季和冬季在武汉锣等。43]。罚款和粗模式在春季和冬季达到0.2μ米和4μm,分别。粒度分布(PSD)值较大的粗模式比在春天在冬天。刘等人。44)观察到两个春天沙尘事件在太湖,中国,2009年。PSD的罚款和粗模式观测到太阳光度计达到0.1μ米和2μm,分别。刘等人。45]呈现季节性意味着PSD基于太阳光度计观测从2006年到2009年在太湖。他们注意到一个类似的双峰分布在冬季和春季几乎相同的峰值在罚款和粗模式。罚款和粗模式观察在0.1 - -0.2μm和3.0 - -4.0μm,分别。这些观察结果(双峰分布模式在0.1 - -0.2μ在2.0 - -4.0米,粗模式μ米)相似,鉴于目前的工作。相似度的主要原因是,武汉的天气条件和地理纬度类似于先前的网站。然而,亚洲粉尘的粉尘源区附近的观察显示,而不同的结果。郑et al。46)观察了PSD在敦煌,中国,从1999年1月至2001年3月。平均PSD在春季和冬季模式了~ 0.25的中心半径μ米,粗模式的核心半径~ 7.7μm。中央粗半径模式显著大于下游地区的观察。似乎是非常大的尘粒尘埃羽运输过程中被移除。

4所示。讨论

4.1。不同的特征在春天和冬天

正如上面提到的,尘埃层更高的春天比冬天。下面给出了两种可能的解释。首先,亚洲粉尘产生的冷空气爆发和受西风飞机。亚洲沙尘爆发更强烈的春天比冬天由于强风的频率就越高。Kurosaki和劳47]发现好的协议年度变化和空间分布之间的表面风和沙尘,爆发了东亚期间2000 - 2002。较强的表面风在春天有效携带沙尘粒子在自由对流层高海拔。升高的尘埃气溶胶长距离运输。因此,春季沙尘流对下游地区(如武汉)高于冬季羽毛。第二,逆温层经常出现在武汉冬季对流层较低限制了垂直对流运输的尘埃和其他低对流层气溶胶。Zhang et al。48)观察到两个低对流层反演层在宜昌(111°18′E, 30°42′N) 2007年1月。他们的观察揭示了逆温层是密切相关的冬季对流层密集的惯性重力波传播的飞机。温度在武汉无线电探空仪的资料进行统计分析。的27无线电探空仪发射6冬季情况下,温度反演(一层厚比0.12公里直减率大于−2 K /公里)1.5 3公里的高度观察到60%的无线电探空仪测量。32的无线电探空仪发射在春天5例,逆温层在同一地区只有28%的无线电探空仪测量。在冬天温度反演的概率大约是春天的两倍。因此,尘埃粒子很可能抑制离开低对流层通过对流运输由于冬天逆温层所造成的限制。

如表所示3,意思是尘埃层灭绝和AOD春天是0.10公里⁻¹和0.26,分别。这些值在冬天增加了140%和31%,分别。什么导致了更大的灭绝和大气气溶胶在冬天?我们的猜想是,冬天低尘埃柱高度提供了更多的机会进行有效混合的尘埃粒子和当地污染气溶胶表面附近。因此,大灭绝和大气气溶胶观测在冬天是由合并后的贡献的尘埃粒子和其他气溶胶类型在地表附近。相比之下,意味着春天基地1.59公里的高度降低了灰尘和靠近地面的混合气溶胶的概率。

的意思是0.10在春天在冬天是略小于(0.12)。特别的价值在冬天春天(0.18)比这小得多(0.27)。这一发现可能是归因于尘埃粒子的混合和水蒸气在对流层较低。图11显示之间的关系和RH在春季和冬季。的在春天和RH弱线性相关(相关系数0.19−);然而,和RH展览一个强大的、在冬季负线性相关(相关系数−0.71),这表明RH的强烈的影响。在冬天,大量的尘埃气溶胶输送在相对较低的水平速度和低高度取决于地区天气系统和地形。因此,尘埃颗粒混合有充裕的时间与当地的水汽和气溶胶污染。尘粒可能与酸性污染物(如₂和在高RH条件下)。中和过程(如CaCO之间的反应₃和H₂所以₄)促进尘埃颗粒的吸湿增长16,25]。在高相对湿度条件下,激活尘埃粒子将经历吸湿增长产生增强散射和灭绝25,26,49),以及减少了去极化率(16,50,51]。Murayama et al。50)观察到RH的增加减少。Ikegami et al。51)发现,尘埃颗粒可以覆盖着的对流层硫酸溶液。内部混合将导致去极化率的变化和RH的依赖。

盛行西风,大多数亚洲沙尘事件发生在春天14- - - - - -17];一些事件发生在冬天52,53]。金等。53和金54)发现,80%以上的粉尘排放发生在春天,基于长期的观察在韩国,这表明灰尘影响日本和韩国主要是在春天。相比之下,大约一半的沙尘事件中观察到武汉冬天,表明冬天是一个赛季,当大量的沙尘发生。两年的CALIPAO一级b数据(偏振激光雷达观测的同期)被用来验证的频率季节性尘埃事件(表4)。两个地区被选作比较:中国东南部(28°-33°N, 109°-119°E)和韩国和日本的面积(33°-38°N, 127°-137°E)。武汉是位于中间的选择中国东南部地区。云筛选首次使用卡利普索执行2级333和5公里云层产品后,刘法等。23]。筛查云后,仍有6230年和8537年中国东南5公里的概要文件和日韩区域,分别。发生在中国东南部,灰尘是最高的春天和冬天略低;在夏天频率最低。韩日地区表现出相似的季节变化;然而,对于每一个季节,尘埃的发生比在中国东南部相对较少。还有一个区别这两个地区。沙尘发生概率在冬天在中国东南部(0.68)几乎是一样的,在春天(0.73)。然而,粉尘发生概率韩日地区在冬季(0.26)是略低于一半的春天(0.56)。这些发现基于两年的卡利普索数据同意其他报告来自韩国和日本,结果我们去极化地面激光雷达。 In the winter, dust from Mongolia and northern China is always entrained by more southeastward cold frontal systems.

4.2。光学特性与其他的比较观察

表中列出的体积去极化率2小于其他亚洲沙尘事件在先前的研究报告。沙尘气溶胶卷去极化率0.21在青藏高原20.),0.17 - -0.25在日本(15在韩国),0.18 (55在北京),0.35 (56在台湾)和0.19 (25]。沙尘总是运输低水平速度,因为他们离开武汉的西风喷气和向南移动。足够的时间提供了外部和内部的尘埃颗粒混合与其他城市气溶胶。卡特et al。57)观察到尘埃层内的体积最大去极化率大幅减少从0.27 /温哥华到0.15 /埃格伯特的粉尘层在2010年4月在北美旅行。他们解释这个发现是持续亏损的结果尘埃,外部与背景混合气溶胶层或更有可能的是两者的结合。大量的污染物(如烟尘,硫酸和硝酸)释放由于加热从11月到明年3月在中国北方。大气扩散条件在冬天通常是不利的,会导致气溶胶聚合的持久性58]。因此,大量的人为气溶胶侵入到运输尘埃羽,削弱其整体nonspherical形状属性。当地的汽车和燃煤电厂排放的工业废气,城市建设工厂粉尘产生丰富的当地污染气溶胶在武汉及周边地区。因此,lidar-observed沙尘在武汉与气溶胶实际上是混合,进入到在运输和当地生产。化学过程可能出现粉尘和合适的RH条件下酸性污染。然后,疏水性粉尘可能会成为亲水(25]。这些混合和化学过程可能使尘粒更球形粒子去极化率(减少)。

灭绝测量在武汉比那些以其他网站。平均灭绝衡量29-31 2008年5月在首尔,韩国,0.08 - -0.12公里⁻¹。进一步统计粉尘特征进行基于14个尘埃事件发生在2006年4月和2009年3月之间。灭绝的范围从0.10公里⁻¹0.20公里⁻¹;均值为0.14公里⁻¹(22]。类似的灭绝范围(0.02 - -0.23公里⁻¹)测量使用拉曼激光雷达在希腊塞萨洛尼基,基于12例观察期间(2001 - 200259]。粉尘层中的平均大气气溶胶(0.32)在武汉是相对较大的相对于其他下游地区。刘等人。39)观察到一个广泛的沙尘暴源自2006年8月17日使用的卡利普索激光雷达在北非。测量粉尘层大气气溶胶(0.08 - -0.09)2006年8月28日在墨西哥湾的使用美国宇航局的高光谱分辨率激光雷达。Papayannis et al。60)测量粉尘层大气气溶胶(0.10 - -0.25)使用8激光雷达站在欧洲从2000年5月到2002年12月。物种灭绝和大气气溶胶在武汉比其他研究中报道的,这是由于高当地的气溶胶载荷。纯尘粒被随着时间不断沉积在运输。因此,尘粒总灭绝和AOD贡献越来越少,而其他气溶胶在尘埃层贡献越来越多。Hanel et al。61年)通常观察到高架气溶胶层为2.5 5公里高度复杂混合物引起的沙尘岁生物质燃烧的烟,在亚洲东部和工业污染在全球大气的了望台Shangdianzi附近的北京,中国。总之,混合物的尘埃气溶胶和当地排放的气溶胶造成大灭绝和大型AOD在武汉。

5。摘要和结论

在这项研究中,两年的亚洲沙尘长距离同时观察使用地面去极化激光雷达和卡利普索在武汉(30.5°N, 114.4°E),中国。垂直分布,水平范围,和光学性质的尘埃在13个尘埃事件调查了从2010年10月到2012年9月。结果总结如下。

第一种情况下,这是一个长时间的、强烈的尘埃事件,发生在2011年4月22日。的粉尘层主要发生在一个高度1.52 - -5.02公里,意味着重心高度的3.04公里。粒子的平均体积去极化率,去极化率,灭绝,和光学深度是0.12,0.24,0.11公里⁻¹,分别和0.38。双层结构使用期间去极化激光雷达观测4月22日至25日也出现在卡利普索数据1 - 4公里和3 - 9公里的高度。粉尘层的水平范围是4月23日~ ~ 950公里和750公里。第二种情况下,发生在2010年12月7 - 9日,包含一层从地面延伸2.22公里的高度,意味着重心1.02公里的高度。粒子的平均体积去极化率,去极化率,灭绝,和光学深度是0.15,0.27,0.13公里⁻¹,分别和0.26。尘埃柱的高度观察0 - 2公里,有一个水平~ 1300公里范围,基于卡利普索数据。

尘埃的统计特性也被检查。的灰尘主要发生在高度约1.45 - -3.51公里,意味着重心高度的2.34公里。一个意思是0.12,以及的意思0.22,观察,表明其他球形的混合气溶胶和尘埃颗粒的吸湿增长。物种灭绝和AOD表现出巨大的变化;平均灭绝和大气气溶胶是0.19公里⁻¹和0.32,分别。卡利普索数据表明沙尘水平范围约750 - 2400公里9例。

粉尘发生概率在武汉冬天(0.68)是略小于,春天(0.73)。此外,有一些灰尘特性,春季和冬季之间的不同。春天尘埃层往往是由于更高更激烈的亚洲尘埃暴发,这是由于强风的频率就越高。平均灭绝和大气气溶胶在冬天大140%和31%,分别。此外,和较小的冬天,分别是20%和50%。这些差异可能是由于低对流层温度反演,当地气溶胶的混合,在合适的RH条件下吸湿增长。与其他下游尘埃地区相比,沙尘气溶胶在武汉表现出更大的灭绝和大气气溶胶和一个更小的。

灰尘很大程度上影响武汉每年在春季和冬季,不同,春季和冬季粉尘特性是本研究中观察到。然而,精确的解释这些不同的特征需要更广泛的研究和进一步分析。只有通过偏振激光雷达获得的光学特性的尘埃是有限的。激光雷达比和埃指数是另外两个重要的参数描述的尘埃气溶胶粒子物理学属性,这可以帮助我们进一步理解粒度和吸收性质。因此,多波长拉曼/偏振激光雷达观测需要在网站。在未来我们将进行这样的研究。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项研究是由中国国家自然科学基金共同支持通过拨款40221003和40221003和海洋从国家海洋局公益性科研项目,中华人民共和国(不。201005017)。作者感谢匿名评论者的启发性的意见和有价值的建议。作者还要感谢魏香港和Yunpeng张在激光雷达数据收集技术援助和支持。卡利普索数据获得的大气科学数据中心在美国国家航空航天局兰利研究中心。