鄧祖琴,韓永翔,2*,白虎志,趙天良 (.中國(guó)氣象局蘭州干旱氣象研究所,甘肅省干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,中國(guó)氣象局干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室,甘肅 蘭州 70020；2.南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院,江蘇南京 20044；.加拿大環(huán)境署空氣質(zhì)量研究部,Toronto, Ontario MH 5T4,加拿大)

中國(guó)北方沙漠戈壁區(qū)沙塵氣溶膠與太陽(yáng)輻射的關(guān)系

鄧祖琴1,韓永翔1,2*,白虎志1,趙天良3(1.中國(guó)氣象局蘭州干旱氣象研究所,甘肅省干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,中國(guó)氣象局干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室,甘肅 蘭州 730020；2.南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院,江蘇南京 210044；3.加拿大環(huán)境署空氣質(zhì)量研究部,Toronto, Ontario M3H 5T4,加拿大)

利用中國(guó)大陸氣溶膠指數(shù)(TOMS AI)、天文總輻射、地面太陽(yáng)總輻射和沙塵能見度等觀測(cè)和理論計(jì)算資料,對(duì)中國(guó)北方沙漠戈壁區(qū)沙塵氣溶膠與太陽(yáng)輻射的關(guān)系進(jìn)行了分析.結(jié)果表明:沙漠地區(qū)太陽(yáng)輻射和沙塵氣溶膠指數(shù)有非常高的相關(guān)性,且變化趨勢(shì)一致.表明由太陽(yáng)輻射觸發(fā)的熱對(duì)流是影響沙漠地區(qū)沙塵氣溶膠最主要的因子;沙塵氣溶膠進(jìn)入大氣中,必然也會(huì)對(duì)太陽(yáng)輻射產(chǎn)生重大的影響.晴日時(shí)沙塵氣溶膠吸收和散射輻射可達(dá)沙塵暴(含揚(yáng)沙)天氣時(shí)的60%以上.

沙塵氣溶膠；太陽(yáng)輻射；熱對(duì)流；吸收和散射輻射

太陽(yáng)輻射是地球上最重要的熱源,是驅(qū)動(dòng)大氣運(yùn)動(dòng)的主要?jiǎng)恿?太陽(yáng)輻射進(jìn)入地球大氣后,會(huì)受到臭氧的吸收、云的吸收、水氣的吸收、空氣分子的吸收和散射以及氣溶膠的吸收和散射等作用,共同使入射光的強(qiáng)度減弱[1].大氣氣溶膠可以散射和吸收太陽(yáng)短波輻射以及地球長(zhǎng)波輻射,進(jìn)而影響地氣系統(tǒng)的輻射平衡[2];另外,還可以作為凝結(jié)核影響云的輻射特性[3-4]及作為反應(yīng)表面影響大量化學(xué)反應(yīng)的速度[5],因此,大氣氣溶膠在大氣輻射和氣候以及環(huán)境變化研究中占有重要地位[6-7].沙塵氣溶膠是最主要和分布最廣的自然氣溶膠,大量研究表明,中國(guó)西北部沙漠是全球沙塵氣溶膠主要源地之一[8-13],大量沙塵從源區(qū)輸送到其他地方[14].因此,研究沙漠戈壁區(qū)的沙塵氣溶膠對(duì)大氣輻射的影響,具有十分重要的科學(xué)意義.以前對(duì)沙漠戈壁區(qū)沙塵氣溶膠的輻射強(qiáng)迫研究,主要集中在沙塵暴的研究[15-19].然而,多年的觀測(cè)結(jié)果表明,中國(guó)北方沙漠區(qū)單站沙塵暴(含揚(yáng)沙)發(fā)生最頻繁的年份,其發(fā)生次數(shù)也僅在120次左右,這表明由沙塵暴所貢獻(xiàn)給大氣的沙塵氣溶膠總量是有限的.Han等[20]認(rèn)為,中國(guó)北方沙漠戈壁區(qū)存在另外一種完全不同于沙塵暴起沙機(jī)制的熱對(duì)流與塵卷風(fēng)聯(lián)合起沙機(jī)制,它與沙塵暴起沙機(jī)制互為補(bǔ)充,并推論由太陽(yáng)輻射觸發(fā)的熱對(duì)流是影響沙漠地區(qū)沙塵氣溶膠最主要的因子之一.本課題組[21]利用1998～2005年中國(guó)大陸沙漠地區(qū)臭氧總量制圖光譜儀氣溶膠指數(shù)(TOMS AI)和太陽(yáng)輻射的資料,初步證明在晴朗無(wú)風(fēng)的天氣背景下,由太陽(yáng)輻射觸發(fā)的熱對(duì)流與塵卷風(fēng)聯(lián)合起沙對(duì)大氣沙塵氣溶膠含量的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)大于沙塵暴起沙的貢獻(xiàn),沙漠地區(qū)上空的沙塵氣溶膠含量是它們共同作用的結(jié)果.TOMS觀測(cè)自1978年11月開始,2005年結(jié)束,共有24a的觀測(cè)資料.本文作者之前的研究只用了 8a的資料,而本文利用中國(guó)大陸沙漠地區(qū)22a TOMS AI資料、更長(zhǎng)時(shí)間的太陽(yáng)輻射、沙塵能見度等觀測(cè)資料,試圖對(duì)由太陽(yáng)輻射引發(fā)的塵卷風(fēng)與干熱對(duì)流所貢獻(xiàn)給大氣中的沙塵氣溶膠含量和沙塵暴所貢獻(xiàn)的沙塵氣溶膠含量進(jìn)行更進(jìn)一步的分析,并結(jié)合其他研究結(jié)果,探討沙漠地區(qū)沙塵氣溶膠對(duì)該區(qū)太陽(yáng)輻射的影響.

1 研究區(qū)域、數(shù)據(jù)來(lái)源及計(jì)算方法

研究區(qū)域?yàn)橹袊?guó)塔里木盆地-北方沙漠戈壁區(qū)(圖 1),其沙漠面積占我國(guó)沙漠面積的 70%以上

[22].這一區(qū)域不但是我國(guó)沙塵暴高發(fā)區(qū)[23-25],而且區(qū)域內(nèi)太陽(yáng)輻射非常強(qiáng)烈,熱對(duì)流活動(dòng)異常劇烈[26],塵卷風(fēng)活動(dòng)非常頻繁[27].

TOMS觀測(cè)不受云的影響,能夠反演不同下墊面條件下沙塵氣溶膠的特性[28],在大氣沙塵研究中得到廣泛應(yīng)用[29].本研究使用的TOMS氣溶膠指數(shù)(AI)數(shù)據(jù)來(lái)自美國(guó) Goddard航天中心1.25°×1°(經(jīng)緯度)的氣溶膠指數(shù)資料.TOMS觀測(cè)的時(shí)間段為1978年11月～2005年12月,由于衛(wèi)星故障及觀測(cè)軌道高度的調(diào)整,TOMS資料分為2個(gè)時(shí)間段:1978年11月～1993年5月和1996年7月～2005年12月.為保證資料的穩(wěn)定與連續(xù),本研究使用1979年1月～1992年12月、1998年1月～2005年12月的AI日值資料.在研究區(qū)域中有AI觀測(cè)格點(diǎn)133個(gè).

圖1 研究區(qū)域和地面觀測(cè)站點(diǎn)Fig.1 Studying regions and the stations of surface observations

太陽(yáng)輻射、沙塵能見度等地面觀測(cè)資料均來(lái)自中國(guó)國(guó)家氣象中心歸檔的原始?xì)庀笥涗泩?bào)表及其信息化產(chǎn)品,考慮到觀測(cè)資料年代的一致性,沙塵能見度的計(jì)算使用了其中 44個(gè)站的資料,輻射計(jì)算使用了17個(gè)站點(diǎn)資料,地面觀測(cè)資料的年代為1979年1月～1992年12月、1998年1月～2005年12月共22a.

沙塵天氣過程的等級(jí)依據(jù)成片出現(xiàn)沙塵天氣的國(guó)家基本(準(zhǔn))站的數(shù)目和沙塵天氣的等級(jí)劃分[30].若某次沙塵天氣過程同時(shí)達(dá)到兩種以上等級(jí)時(shí),以最強(qiáng)的沙塵天氣過程等級(jí)為準(zhǔn).其中揚(yáng)沙天氣過程的定義為:在同一次天氣過程中,相鄰5個(gè)或5個(gè)以上國(guó)家基本(準(zhǔn))站在同一觀測(cè)時(shí)次出現(xiàn)了揚(yáng)沙或更強(qiáng)的沙塵天氣[30].本文以區(qū)域內(nèi)5個(gè)以上站點(diǎn)出現(xiàn)了揚(yáng)沙或更強(qiáng)的沙塵天氣代表區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)了沙塵暴(含揚(yáng)沙)天氣過程.

大氣上界天文日總輻射量的計(jì)算,采用以下公式[31],此公式在輻射計(jì)算中得到廣泛應(yīng)用[18,32]:

式中: Q0為日天文總輻射;I0為太陽(yáng)常數(shù);T為周期;ρ為日地相對(duì)距離;δ為太陽(yáng)赤緯;ω0為日落時(shí)角;φ為地理緯度;θ0為地球角位移;dn為年內(nèi)天數(shù).

對(duì)區(qū)域內(nèi)17個(gè)輻射站由以上公式計(jì)算各站的天文日總輻射,進(jìn)而得到區(qū)域上的天文日總輻射均值(簡(jiǎn)稱為天文輻射),它在理論上代表了該研究區(qū)接收的最大的太陽(yáng)輻射.同時(shí),根據(jù)地面17個(gè)站點(diǎn)的觀測(cè)資料,計(jì)算了該研究區(qū)同期的地面太陽(yáng)總輻射(簡(jiǎn)稱觀測(cè)輻射),它是天文輻射到達(dá)地面后的太陽(yáng)散射輻射和太陽(yáng)直接輻射之和.二者的差值則代表了天文輻射進(jìn)入地球大氣后,受到各種因子吸收和散射(如大氣的分子、氣溶膠、水汽等吸收、散射和反射)沒有到達(dá)地面的能量(簡(jiǎn)稱大氣吸收和散射總輻射).

2 結(jié)果與分析

2.1 中國(guó)沙漠戈壁區(qū)22年AI日均值與太陽(yáng)輻射的關(guān)系

本文作者[21]利用1998～2005年中國(guó)大陸沙漠地區(qū)的TOMS AI和太陽(yáng)輻射進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果表明除 2001年外,發(fā)現(xiàn)盡管年際間有微小的差異,但二者仍表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性:從 1月開始,中國(guó)北方沙源區(qū)太陽(yáng)輻射值逐漸增大,到6、7月份達(dá)到最大值,然后逐漸降低;太陽(yáng)輻射和AI 有較為一致的變化趨勢(shì)[21].本研究在此基礎(chǔ)上增加了1979～1992年連續(xù)、穩(wěn)定的14a資料,以便在更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)驗(yàn)證這種關(guān)系是否存在.由圖 2可清楚地看見,除 1979～1981年及 2001年外,其余年份太陽(yáng)輻射和AI 有較為一致的變化趨勢(shì)(R=0.648,P＜0.001).但是2者在個(gè)別時(shí)間出現(xiàn)不匹配現(xiàn)象,如AI常在4～5月達(dá)到最高峰值,但太陽(yáng)輻射最高的峰值出現(xiàn)在 6月,這種不匹配現(xiàn)象可能是年內(nèi)月平均沙塵暴發(fā)生的高峰期間為4～5月.由圖3可見,AI和沙塵暴發(fā)生次數(shù)的變化有著很好的一致性,在4月沙塵發(fā)生日數(shù)和AI同時(shí)達(dá)到全年最大值,5月以后,隨沙塵的發(fā)生逐漸減少,AI 逐漸降低,表明 AI的變化與沙塵暴發(fā)生密切相關(guān).為了得到由太陽(yáng)輻射觸發(fā)的熱對(duì)流與塵卷風(fēng)聯(lián)合起沙供給大氣的沙塵氣溶膠 AI與太陽(yáng)輻射的關(guān)系,按是否發(fā)生沙塵暴(含揚(yáng)沙)將AI日資料分為有沙塵暴發(fā)生時(shí)的AI(AI沙塵暴)和沒有沙塵暴 (AI非沙塵暴)發(fā)生時(shí)兩部分,對(duì) 22a的資料求多年月平均,剔除沙塵暴對(duì)AI的影響,結(jié)果表明,AI非沙塵暴與太陽(yáng)輻射有顯著的一致變化性(圖 3)(R=0.93, P＜0.001).這些進(jìn)一步表明沙塵暴起沙模型和塵卷風(fēng)與干熱對(duì)流的聯(lián)合起沙模型互為補(bǔ)充,沙漠地區(qū)上空的沙塵氣溶膠含量是它們共同作用的結(jié)果.同時(shí),從更長(zhǎng)的時(shí)間序列證明,太陽(yáng)輻射是影響北方沙漠戈壁區(qū)AI的重要因素.

圖2 日均AI和太陽(yáng)輻射隨時(shí)間的變化Fig.2 Temporal changes of daily AI and solar radiation

圖3 沙塵暴(含揚(yáng)沙)發(fā)生時(shí)和無(wú)沙塵暴發(fā)生時(shí)的AI和觀測(cè)輻射的22a月平均Fig.3 Monthly averages for 22 years of AI and solar radiation when dust storm occurred and did not occur圖A次坐標(biāo)軸中AI值×20,以便在圖中更清晰的反映AI的變化趨勢(shì)

2.2 中國(guó)沙漠戈壁區(qū)沙塵氣溶膠對(duì)太陽(yáng)輻射的影響

2.2.1 沙塵暴和非沙塵暴發(fā)生的天文輻射和觀測(cè)輻射的分析 對(duì)研究區(qū)天文輻射和觀測(cè)輻射首先進(jìn)行相關(guān)分析(圖4),結(jié)果表明不論研究區(qū)有無(wú)沙塵暴發(fā)生,觀測(cè)輻射和天文輻射都有非常好的線性關(guān)系(P＜0.001).但有沙塵暴發(fā)生時(shí),觀測(cè)輻射和天文輻射的線性回歸方程為 y觀測(cè)=0.518x

天文+ 57.584(R=0.84)(樣本數(shù) 2594,P＜0.001).而沒有沙塵暴發(fā)生時(shí),其線性回歸方程為 y觀測(cè)=0.5349x天文+ 115.54(R=0.92)(樣本數(shù)5442,P＜0.001).顯然,沒有沙塵暴發(fā)生時(shí)的觀測(cè)輻射和天文輻射的相關(guān)性更顯著.這暗示在其他沒有太陽(yáng)輻射地面觀測(cè)站的沙漠地區(qū),可以通過計(jì)算該地區(qū)的天文輻射,進(jìn)而得到地面總輻射.如果能夠知道該區(qū)域出現(xiàn)沙塵暴的時(shí)間,則可更精確地推算出其地面總輻射,并進(jìn)而推算出大氣氣溶膠的光學(xué)指數(shù).

圖4 沙塵暴和無(wú)沙塵暴發(fā)生時(shí)觀測(cè)輻射與天文輻射的散點(diǎn)圖Fig.4 Scatter charts of solar radiation and astronomical radiation when dust storm occurred and did not occurr

對(duì)研究區(qū)沙塵暴發(fā)生時(shí)天文輻射與觀測(cè)輻射進(jìn)行對(duì)比(圖 5A),發(fā)現(xiàn)只有 53.5%的天文輻射到達(dá)地面,變化幅度在20%～72%之間,但是晴朗天氣時(shí)(圖 5B),到達(dá)地面的天文輻射被削弱的部分也超過了42%,變化幅度在15%～74%之間.從具體每日天文輻射與觀測(cè)輻射的差值曲線,可以明顯地看出,其差值(大氣吸收和散射總輻射)與天文輻射和地面觀測(cè)輻射均具有非常高的一致性變化,R分別為0.898和0.654(樣本數(shù)5442,P＜0.001).但二者具有不同的物理意義,大氣吸收和散射總輻射與觀測(cè)輻射的高相關(guān)和同步性,表明地面接收的能量越大,熱對(duì)流越強(qiáng),由太陽(yáng)輻射觸發(fā)的熱對(duì)流與塵卷風(fēng)聯(lián)合起沙供給大氣的沙塵氣溶膠含量也越大,因此導(dǎo)致沙塵氣溶膠反射和散射造成的大氣吸收和散射總輻射也越多,它代表了太陽(yáng)輻射對(duì)大氣沙塵氣溶膠的作用;大氣吸收和散射總輻射與天文輻射的高相關(guān)和同步性,表明天文輻射越多,到達(dá)地面的輻射也越多,進(jìn)而使大氣中的沙塵氣溶膠含量增加,由于沙塵氣溶膠的反射和散射,大氣中的吸收和散射總輻射也越大,它代表了大氣沙塵氣溶膠對(duì)太陽(yáng)輻射的影響.

圖5 發(fā)生沙塵暴(含揚(yáng)沙)時(shí)及沒有發(fā)生沙塵暴(含揚(yáng)沙)時(shí)的天文輻射、觀測(cè)輻射及兩者的差值Fig.5 Solar radiation、astronomical radiation and their difference when dust storm occurred and non-dust storm occurred

圖6 晴日(2001-08-20)和沙塵天氣(2001-04-16)太陽(yáng)直接輻射衰減狀況[33]Fig.6 The attenuations of direct solar radiation in sunny day(2001-08-20) and dust weather(2001-04-16)[33]

大氣吸收和散射總輻射中包含了臭氧的吸收、云的吸收、水汽的吸收、空氣分子的吸收和散射以及氣溶膠的吸收和散射等作用.根據(jù)文獻(xiàn)[33](圖6),無(wú)論是晴天還是沙塵暴天氣里,沙漠地區(qū)大氣水汽含量非常小,水汽的吸收相對(duì)來(lái)說(shuō)微弱且恒定[34],水汽的平均吸收率為 5.6%,臭氧的吸收量最小且相對(duì)恒定,平均吸收率為 2.7%.在晴日里,氣溶膠粒子對(duì)太陽(yáng)直接輻射的衰減平均約為16.9%[33](圖6A),而在沙塵暴天氣里,氣溶膠粒子對(duì)太陽(yáng)直接輻射的衰減平均約為38%[33](圖6B).而晴空天氣和沙塵暴天氣時(shí)的大氣吸收和散射總輻射(即天文輻射和觀測(cè)輻射的差值)22年累計(jì)值分別為5.9×1010J/m2和4.1×1010J/m2,則晴空時(shí)氣溶膠粒子造成的太陽(yáng)輻射的衰減約為沙塵暴天氣時(shí)的60%(圖7),這些事實(shí)表明中國(guó)北方沙漠戈壁區(qū)晴空時(shí)太陽(yáng)輻射觸發(fā)的熱對(duì)流和塵卷風(fēng)聯(lián)合起沙所產(chǎn)生的沙塵氣溶膠對(duì)太陽(yáng)輻射的影響非常顯著.

圖7 發(fā)生沙塵暴(含揚(yáng)沙)時(shí)及沒有發(fā)生沙塵暴(含揚(yáng)沙)時(shí)的天文輻射、觀測(cè)輻射及沙塵氣溶膠的吸收和散射輻射Fig.7 Solar radiation、astronomical radiation and the absorption and scattering of solar radiation of dust aerosol when dust storm occurred and non-dust storm occurred

3 結(jié)論

3.1 沙漠地區(qū)太陽(yáng)輻射和沙塵氣溶膠指數(shù)有非常高的相關(guān)性,且變化趨勢(shì)一致.表明由太陽(yáng)輻射觸發(fā)的熱對(duì)流是影響沙漠地區(qū)沙塵氣溶膠含量最主要的因子.

3.2 沙塵氣溶膠進(jìn)入大氣中,必然也會(huì)對(duì)太陽(yáng)輻射產(chǎn)生重大的影響.大氣吸收和散射總輻射與天文輻射和地面的輻射具有非常一致的變化和高相關(guān).

3.3 中國(guó)北方沙漠戈壁區(qū)晴日時(shí)沙塵氣溶膠的吸收和散射總輻射可達(dá)沙塵暴(含揚(yáng)沙)天氣時(shí)的 60%以上,晴日里沙塵氣溶膠對(duì)太陽(yáng)輻射的削弱也很顯著.

[1] 石廣玉.大氣輻射學(xué) [M]. 北京:科學(xué)出版社, 2007.

[2] Charlson R J, Langner J, Rodhe H, et al. Perturbation of the northern hemisphere radiative balance by backscattering from anthropogenic sulfate aerosols [J]. Tellus, 1991,43AB, 152-163.

[3] Twomey S, Piepgrass M, Wolfe T L. An assessment of the impact of pollution on global cloud albedo [J]. Tellus, 1984,36B(5), 356-366.

[4] Ackerman A S, Toon O B, Stenvens D E, et al. Reduction of tropical cloudiness by soot [J]. Science, 2000,288(5468): 1042-1047.

[5] Stephen E, Schwartz S E, Andreae M O. Uncertainty in climate change caused by aerosols [J]. Science, 1996, 272(5265):1121.

[6] Haywood J, Boucher O. Estimates of the direct and indirect radiative forcing due to tropospheric aerosols: a review [J]. Reviews of Geophysics, 2000,38(4):513-543.

[7] 石廣玉,王 標(biāo),張 華,等.大氣氣溶膠的輻射與氣候效應(yīng) [J].大氣科學(xué), 2008,32(4): 826-840.

[8] Washington R, Todd M, Middleto N J, et al. Dust-storm source areas determined by the total ozone monitoring spectrometer and surface observations [J]. Annals of the Association of American Geographers, 2003,93(2):297-313.

[9] 成天濤,呂達(dá)仁,陳洪濱,等.渾善達(dá)克沙地沙塵氣溶膠的粒譜特征 [J]. 大氣科學(xué), 2005,29:147-153.

[10] 張德二.我國(guó)歷史時(shí)期以來(lái)降塵的天氣氣候?qū)W分析 [J]. 中國(guó)科學(xué), 1984,(3):278-288.

[11] 張小曳,沈志寶,張光宇,等.青藏高原遠(yuǎn)源西風(fēng)粉塵與黃土堆積[J]. 中國(guó)科學(xué)(D輯), 1996,26(2):147-153.

[12] Zhang X Y, Gong S L, Zhao T L, et a1. Sources of Asian dust and role of climate change versus desertification in Asian dust emission [J]. Geophysical Research Letters, 2003,30(24):2272-2275.

[13] Prospero J M, Ginoux P, Torres O, et al. Environmental characterization of global sources of atmospheric soil dust identified with the nimbus 7 total ozone mapping spectrometer (toms) absorbing aerosol product [J]. Reviews of Geophysics, 2002,40(3):1002-1032.

[14] Duce R A, Unni C K, Ray B J, et al. Long-range atmospheric transport of soil dust from Asia to the tropical North Pacific: Temporal variability [J]. Science, 1980,209(4464):1522-1524.

[15] 趙 偉,劉紅年,吳 澗.中國(guó)春季沙塵氣溶膠的輻射效應(yīng)及對(duì)氣候影響的研究 [J]. 南京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)), 2008,44(6): 598-607.

[16] 沈志寶,魏 麗.我國(guó)西北大氣沙塵氣溶膠的輻射效應(yīng)[J].大氣科學(xué), 2000,24(4):541-548.

[17] 李 韌,季國(guó)良.敦煌地區(qū)大氣氣溶膠的輻射效應(yīng) [J]. 太陽(yáng)能學(xué)報(bào), 2004,25(3):320-324.

[18] 陳 霞,魏文壽,劉明哲.塔里木盆地沙塵氣溶膠對(duì)短波輻射的影響—以塔中為例 [J]. 中國(guó)沙漠, 2008,28(5):920-926.

[19] 胡 波,王躍思,何新星,等.北京2004年一次強(qiáng)沙塵暴過程的輻射特征研究 [J]. 氣候與環(huán)境研究, 2005,10(2):265-274.

[20] Han Y, Dai X, Fang X, et al. Dust aerosol: A possible accelerant for an increasingly arid climate in North China [J]. Journal of Arid Environments, 2008,72:1476-1489.

[21] 鄧祖琴,韓永祥,白虎志,等.沙漠地區(qū)沙塵氣溶膠含量變化的原因分析 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2009,29(12):1233-1238.

[22] 吳 正.中國(guó)沙漠與治理研究50年 [J]. 干旱區(qū)研究, 2009,26(1): 1-7.

[23] 周自江,王錫穩(wěn),牛若蕓.近 47年中國(guó)沙塵暴氣候特征研究 [J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào), 2002,13(2):193-200.

[24] 韓永翔,趙天良,宋連春,等.北太平洋地區(qū)春季粉塵的空間分布特征——觀測(cè)及模擬研究 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2005,25(3): 257-201.

[25] 錢正安,宋敏紅,李萬(wàn)元.近 50年來(lái)中國(guó)北方沙塵暴的分布及變化趨勢(shì)分析 [J]. 中國(guó)沙漠, 2002,22(2):106-111.

[26] 徐祥德,周明煜,陳家宜,等.青藏高原地-氣過程動(dòng)力、熱力結(jié)構(gòu)綜合物理圖象 [J]. 中國(guó)科學(xué)(D輯), 2001,31(5):428-440.

[27] 顧兆林,趙永志,郁永章,等.塵卷風(fēng)的形成、結(jié)構(gòu)和卷起沙塵過程的數(shù)值研究 [J]. 氣象學(xué)報(bào), 2003,61(6):751-760.

[28] Herman J R, Bhartia P K, Torres O, et al. Global distribution of UV-absorbing aerosols from Nimbus 7/TOMS data [J]. J. Geophys. Res., 1997,102(D14):16911-16922.

[29] Washington R, Todd M, Middleto N J, et al. Dust-storm source areas determined by the total ozone monitoring spectrometer and surface observations [J]. Annals of the Association of American Geographers, 2003,93(2):297-313.

[30] GB/T20480-2006 沙塵暴天氣等級(jí) [S].

[31] 康德拉捷夫.太陽(yáng)輻射能 [M]. 李懷瑾譯,北京:科學(xué)出版社, 1962:68-550.

[32] Thorsten Pohlert. Use of empirical global radiation models for maize growth simulation [J]. Agricultural and Forest Meteorology, 2004, 126(1/2):47-58.

[33] 辛金元,張文煜,袁九毅,等.沙塵氣溶膠對(duì)直接太陽(yáng)輻射的衰減研究 [J]. 中國(guó)沙漠, 2003,23(3):311-315.

[34] 孔琴心,熊效振,劉廣仁.荒漠地區(qū)直接太陽(yáng)光譜的測(cè)量 [J]. 高原氣象, 1992,11(4):353-360.

Relationship between dust aerosol and solar radiation in gebi desert in North China.

DENG Zu-qin1, HAN Yong-xiang1,2*, BAI Hu-zhi1, ZHAO Tian-liang3(1.Key Laboratory of Arid Climatic Change and Disaster Reduction of Gansu Province, Key Open Laboratory of Arid Climate Change and Disaster Reduction of China Meteorological Administration, Lanzhou Arid Meteorological Institute of China Meteorological Administration, Lanzhou 730020, China；2.School of Atmospheric Sciences, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044, China；3.Air Quality Research Branch, Meteorological Service of Canada, Toronto, Ontario M3H 5T4, Canada). China Environmental Science, 2011,31(11)：1761～1767

Relationship between dust aerosol and solar radiation in gebi desert in North China was analyzed based on observational and calculative data, such as TOMS aerosol index (AI), total astronomical radiation, total solar radiation and dust visibility. in China mainland. It turns out that there were perfect correlation and same trend between the total solar radiation and AI, suggesting that the thermal convection triggered by solar radiation was the most important factor for dust aerosol. It also shows that the input of dust aerosol in atmosphere would affect solar radiation significantly and persistently. Besides these, the ratio of absorption and scattering of solar radiation by dust aerosol between fine days and sandstorm was above 60%.

dust aerosol；solar radiation；thermal convection；absorption and scattering of solar radiation

X513

A

1000-6923(2011)11-1761-07

2011-01-27

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41075113);國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2008BAC40B04);甘肅省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2008GS01964)

* 責(zé)任作者, 教授, han-yx66@126.com

致謝：TOMS AI數(shù)據(jù)來(lái)自Goddard Space Flight Center, 在此表示感謝.

鄧祖琴(1981-),女,四川開縣人,助理研究員,碩士,主要從事沙塵氣溶膠和氣候變化方面的研究.發(fā)表論文3篇.