三波长拉曼-米激光雷达定量研究云对气溶胶光学特性的影响

Due to aerosol-cloud interactions clouds are surrounded by a transition zone of rapidly changing aerosol properties, characterizing this zone is important for better understanding aerosol-cloud interactions and aerosol radiative effects. Lidar especially Raman Lidar is a powerful tool for obbserving the optical properties of aerosol and cloud because their measurements are not affected by 3D cloud radiative effects(spaceborne passive remote sensing). This study focuses on measure aerosol optical properties of clear areas closest to low-level clouds by using a ground base 3β（355,532,1064nm backscatter coefficient profile）+2α（355,532nm extinction co efficient profile）+1δ（532nm polarization profile）, for better understanding aerosol-cloud interactions process and aerosol microphysics properties in the vicinity of clouds. Finally this study try to establish a simple modle of cloud effect aerosol optical properties.

受云和气溶胶相互作用的影响，云过程气溶胶光学特性也会发生变化，在云层附近形成所谓的气溶胶光学特性过渡区，由于缺乏观测数据,目前辐射模式对过渡区气溶胶光学特性考虑不多，导致模式计算多一项误差源。另一方面，研究云对气溶胶作用的物理机制，也需要获取多参数、多波长的气溶胶光学参量。显然只有在大量观测数据的基础上,分析云影响气溶胶光学特性的过程，辐射模式才能准确考虑过渡区内气溶胶的光学特性。针对星载光学被动/激光主动遥感均不能实现完全定量探测云附近气溶胶的要求，提出使用一台地基3β（355、532、1064nm后向散射）+2α（355、532nm消光）+1δ（532nm偏振）激光雷达，同时获取过渡区内多波长气溶胶消光系数、光学厚度、后向散射系数、激光雷达比、退偏振比、Angstrom指数，分析云和晴空大气之间通过过渡区耦合的过程，并结合相对湿度数据和气象资料，尝试分析云影响气溶胶光学特性的物理机制。

全球65%以上的空域被各种类型的云层覆盖，云周边的高相对湿度，导致气溶胶的微物理性质发生变化，最终改变了其光学特性，因此在云～晴空大气之间，存在气溶胶光学性质急剧变化的过渡区域。由于缺乏相对湿度影响气溶胶光学特性的观测数据，因此大气辐射模式，极少考虑过渡带内气溶胶独特的光学性质。.为了解决上述问题，本工作利用地基和机载激光雷达，开展了云及其附近气溶胶光学和微物理参数的观测研究，解决了一些反演的关键算法，发现了云影响气溶胶光学参数的若干特性；获得了开放大气相对湿度条件下，多波长气溶胶光学参数的一些变化特征；最后，利用机载激光雷达获取的云和气溶胶分布数据，研究了强污染排放源上空的层云成云过程。. 项目执行期间，累积了三年的激光雷达观测数据。观测结果表明，云垂直廓线有明显的季节变化与年际特点；水云粒子有效半径与气溶胶光学厚度之间，存在明显的相关性；水云粒子数浓度与气溶胶光学厚度的相关性不明显。. 在气溶胶类型和谱分布相似的条件下，粒子吸湿性质表现出较强的规律性；值得注意的是，观测发现波长指数与相对湿度之间正相关、负相关和不相关的结果均有出现；长波消光系数吸湿增长因子强于短波、弱于短波，以及两者相当三种现象也均有出现；造成上述复杂观测结果的主要原因是，开放大气条件下气溶胶复杂的尺度谱和组成成分。. 层云的成云现象，是气溶胶、上升气流和水汽相互作用的典型例子，观测层云的生成现象，将非常有助于研究云和气溶胶相互作用的规律。本项目利用机载激光雷达，观测了航线上的层云成云过程，观测结果表明，航线上的地表污染源，在上升气流的抬升作用下，导致污染颗粒随之抬升并聚积在边界层顶，当遇到水汽充沛的条件，粒子将会作为凝结核，在边界层顶附近形成层云。