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利用光学技术研究江汉平原沙尘气溶胶的气候特征

发布时间：2026-03-06 14:10:14 阅读数： 428

由武汉大学遥感与信息工程学院王龙龙教授领导的科研团队，对中国中部江汉平原亚洲沙尘暴的特征变化进行了研究。该研究成果发表于《遥感》（Remote Sensing ）期刊，分析了2006年至2021年间连续15年的观测数据。研究采用了正交偏振云气溶胶激光雷达（CALIOP）系统（该系统可累积星载观测数据）和现代研究与应用回顾分析软件第二版（MERRA-2）。

图片描述

研究： 利用星载仪器和MERRA-2再分析数据揭示2006-2021年江汉平原沙尘气溶胶的气候特征。

沙尘对气候系统的正常运转至关重要，也是大气中气溶胶的主要形式之一。由于气候变化和人类活动的影响，沙尘暴的季节性特征正在发生变化。

尘埃对地球大气层的影响

尘埃是大气气溶胶的重要组成部分，对地球环境变化有着巨大的影响。这些影响可归纳如下：

· 直接效应——地球大气中的尘埃直接吸收太阳辐射。吸收的能量也会通过空气中的尘埃向各个方向散射，最终影响热量的储存和分布。

· 半直接效应——尘埃颗粒吸收太阳辐射的特性会无意中加热并驱散云层。大气中水分的减少也会对辐射平衡产生不利影响。

· 间接效应——尘埃颗粒虽然可以半直接地驱散云层，但它们也通过作为冰核颗粒和云凝结核来帮助形成云层。

尘埃气溶胶的形成和输送

长期以来，人们一直在观测和分析沙尘气溶胶的形成及其后续输送过程。在北半球，人们观测到一条沙尘带，它连接北非西海岸，途经阿拉伯半岛，最终到达亚洲。塔克拉玛干沙漠和戈壁沙漠是全球重要的沙尘排放源，它们贡献了大气中约40%的沙尘。塔克拉玛干沙漠和戈壁沙漠排放的沙尘输送到中国中部，直接影响着该地区的气候。季节性天气模式与沙尘气溶胶的迁移密切相关。

王教授及其同事以中国中部江汉平原为研究对象，探讨了气溶胶沙尘对气候的影响。他们的目标是通过分析沙尘的出现频率、高度分布、沙尘柱质量浓度和轨迹聚类，来揭示沙尘对气候的影响模式。

江汉平原

江汉平原的地理位置使其成为研究气溶胶沙尘运动影响的重要区域。江汉平原面积达4.6万平方公里，不仅受到来自塔克拉玛干沙漠和戈壁沙漠的沙尘源的影响，而且还充当着沙尘扩散到更远地区的通道。

方法论和数据收集

本研究分析了 2006 年至 2021 年收集的数据。主要驱动因素是云气溶胶激光雷达和红外探路者卫星观测 (CALIPSO) 以及现代研究和应用回顾性分析第二版 (MERRA-2)，它们提供了大量数据。

CALIPSO卫星于2006年发射，机载云气溶胶正交偏振激光雷达（CALIOP）仪器。CALIOP通过分析总后向散射光和偏振后向散射光来探测大气垂直结构。

MERRA-2 是一款功能强大的工具，用于同化海量大气数据集。美国宇航局戈达德地球观测系统模型第五版 (GEOS-5) 结合了三维变分数据同化 (3D-Var) 算法生成 MERRA-2。本研究利用 MERRA-2 特定分辨率下的月度沙尘柱质量浓度数据，分析了江汉平原的长期沙尘波动。此外，本研究还通过个例分析，利用 MERRA-2 数据获得了每 12 小时的沙尘柱质量浓度和沙尘质量通量的分布。

结果

统计结果显示，春季和冬季经常有沙尘颗粒进入江汉平原。

沙尘暴高度可达4-6公里，发生频率超过0.70。秋季发生频率降至约0.40。夏季，发生频率甚至可能降至零。在低频发生时期，沙尘暴高度徘徊在1-3公里左右。

春季是江汉平原沙尘质量浓度和沙尘消光系数最高的时期，其沙尘来源可追溯至塔克拉玛干沙漠和戈壁沙漠。冬季和秋季，塔克拉玛干沙漠是沙尘暴的唯一来源。

在 4 公里以下的飞行高度，测得的粒子退偏比为 0.1-0.2。这与数据测量的季节无关，表明可能与附近的人为气溶胶混合。

由于亚洲沙尘源区沙尘活动的减少，2006 年至 2015 年间，江汉平原春季平均沙尘柱质量浓度有所下降。

前景

本研究重点关注沙尘发生频率、垂直分布、光学特性和沙尘柱质量。旨在全面了解侵袭江汉平原地区的沙尘颗粒特征及其对局部环境、云过程和气候系统的影响。进一步分析沙尘发生频率、光学特性和浓度的季节性变化，将有助于更深入地了解沙尘气溶胶对气候变化的贡献。