[论文解读] Aerosol contents at an altitude of ~2 km in central Himalayas

R. Sagar, Brijesh Kumar+4 more|ArXiv.org|Nov 8, 2002

Atmospheric aerosols and clouds被引用 3

一句话总结

本研究基于2002年初68个晴空日的观测，利用多波长太阳辐射计（MWR）在喜马拉雅中部约2公里海拔高度测量了白天气溶胶光学厚度（AOD）。结果揭示了季节性变化周期：冬季最低，夏季最高（最高达四倍），其成因是来自低地平原的气溶胶通过对流抬升所致；同时发现午后AOD高于早晨，这是由于太阳光路在山谷中经过更多污染区域所致。

ABSTRACT

Aerosols, both natural and anthropogenic, play an important role in the atmospheric science, by imparting radiative forcing and perturbing the radiative balance of the Earth atmosphere system as well as by degrading the environment. To understand the effect of aerosols on our geo/biosphere system, it is essential to characterize their physical and chemical properties regionally because of the regional nature of their properties and the short lifetime. As most of the aerosol sources are of terrestrial origin the variability of their properties will be very large close to the surface. At higher altitudes, above the mixing region, and in the free troposphere, the aerosol characteristics have a more synoptic perspective; would be indicative of the background level and are useful to understand long-term impacts. Such systematic measurements of aerosols at high altitudes are practically non-existing in India. Realising the potential and need for such studies, an activity has been initiated at Manora Peak, Nainital in the Shivalik Hills of Central Himalayas at an altitude of $\sim$2 km. The present paper provides the preliminary results of these aerosol measurements. These daytime measurements are compared with the existing earlier nighttime measurements.

研究动机与目标

• 表征喜马拉雅中部约2公里海拔高度的气溶胶光学特性，该地区高海拔气溶胶数据有限。
• 理解自由对流层中气溶胶在混合层之上的季节性和昼夜变化。
• 将新获取的白天MWR测量数据与1964–1988年间的夜间恒星消光历史数据进行比较。
• 评估区域气象条件与气溶胶源对高海拔气溶胶载荷的影响。
• 为长期气溶胶辐射强迫与气候影响研究在喜马拉雅地区提供基线数据。

提出的方法

• 在尼安塔尔马诺拉峰（1965米海拔）使用多波长太阳辐射计（MWR）测量白天气溶胶光学厚度（AOD），配备10个窄带滤光片（380–1025 nm，半高全宽6–10 nm）。
• 利用朗盖利图法，基于秒级时间分辨率的连续太阳透射率测量，反演AOD。
• 由于观测到AOD存在昼夜差异，将数据划分为上午段（FN）和下午段（AN），并分别进行分析。
• 利用档案中的恒星消光测量数据，通过宽带滤光片（360、450、550 nm，半高全宽约60 nm）反演夜间AOD，覆盖800个夜晚（1964–1988年）。
• 对比两组数据的平均双周AOD，以分析季节趋势与昼夜差异。
• 利用MWR的光谱数据，聚焦380–1025 nm波段，分析AOD的波长依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在喜马拉雅中部约2公里海拔高度，气溶胶光学厚度如何随季节变化？
• RQ2 在该海拔高度，为何早晨与下午的AOD测量值存在观测到的昼夜差异？
• RQ3 新获取的白天MWR测量数据与历史夜间恒星消光数据在季节趋势方面有何异同？
• RQ4 在研究期间，喜马拉雅自由对流层中气溶胶光学厚度的波长依赖性如何？
• RQ5 对流过程与区域污染源在多大程度上影响2公里海拔高度的气溶胶载荷？

主要发现

• 750 nm波长处的气溶胶光学厚度（AOD）表现出季节性周期，冬季最低，夏季最高，夏季值接近冬季水平的四倍。
• 在较长波长处（如750 nm）AOD的增加更为急剧，表明夏季粗模态气溶胶载荷增强。
• 午后AOD始终高于上午AOD 0.02至0.2，归因于太阳光束在下午穿过污染较重、有人居住的山谷。
• 上午路径穿越东部较清洁的山地地形，导致AOD值低于下午穿越尘土飞扬山谷的路径。
• 冬季夜间AOD高于白天AOD，而夏季则相反，表明昼夜对比存在季节性反转。
• AOD的波长依赖性在夏季表现出更陡的斜率，与下垫面增强对流所抬升的粗模态气溶胶增加一致。