东亚地区气溶胶光学特性数值模拟研究

由于人为活动的强烈干扰，东亚地区气溶胶对局地大气环境和气候的影响日趋显著，并越来越受到学术界关注。发展气溶胶数值模拟方法是探讨其环境效应和气候效应的有效手段之一，从研究机理来看，对其光学特性的估算是必不可少的重要步骤，能否准确再现气溶胶粒子的光学特性时空分布特征，对大气能见度、气溶胶辐射效应等结果计算的准确性至关重要。而目前相关的数值研究工作在模拟东亚地区气溶胶光学特性时仍普遍存在一些不足之处：模式模拟的气溶胶物种及考虑的微物理特性需要进一步完善；对模拟结果的检验也有待加强。本项目计划发展一个能够充分考虑粒子尺度分布、湿增长效应、内部混合作用等微物理过程的气溶胶光学特性数值模拟模块，与已有的区域空气质量模式耦合，模拟东亚地区所有主要气溶胶物种的光学特性，并使用多种观测资料对模拟结果的时空分布特征进行全面验证，以期扩展原模式系统的模拟能力，为进一步研究该地区气溶胶环境效应和气候效应建立基础

按照项目研究计划，开展相关研究工作，并顺利完成了预定研究内容。该项目的核心内容是发展了一个气溶胶光学及辐射特性数值模块。该模块可用于计算气溶胶粒子的消光系数、单次散射反照率和对称度因子。其特点是能够较为全面合理的考虑粒子折射指数随入射波长的变化、吸湿效应造成的粒径增长、不同气溶胶内部混合状态对光学特性的影响等微物理过程，并可根据不同的模式输出结果实时调整气溶胶尺度分布或粒径段。模块中耦合了CAMRT辐射传输算法，用于计算不同高度大气辐射场变化。将该模块与区域空气质量模式RAMS-CMAQ耦合，实现了对东亚地区气溶胶光学特性和辐射强迫的模拟与探讨。对耦合模式系统的验证表明，模拟光学厚度与卫星反演结果的分布态势有良好的一致性，同时也能够很好的重现AERONET和EANET多个地基测站长期光学厚度及单次散射反照率观测数据的变化趋势和数值大小。在此基础上，详细分析了东亚地区气溶胶直接辐射强迫的时空分布特征，并探讨了在人为源排放强烈的地区主要气溶胶物种对辐射效应的贡献特性。