南京大气透明度系数气候特征

气象科学第期注年南京大气透明度系数气候特征的初步分析翁笃鸣方先金安月改、南京气象学院提要本文利用南京小教杨一年日射资料,分项计算出大气透明度系数及其各分置几、,、几,并在此基础上比较详细地讨论了它们的日年变化和非周期变化。揭示出主要影响因子。结果明,天气过程、大气污染以及火山喷发等都可造成等的明显变化。由于空气污染的影响,大气透明度系数在长年变化中具有明显的下降趋势。火山喷发影响则使这种趋势在此后一两年内更加突出。发现大气中气溶胶含量变化是新起大气透明度状况变化的决定性因素、吮玉前口研究大气透明度特征对分析太阳辐射状况,探讨气候变化的成因及研究大气污染、开发利用太阳能资源都有重要意义。在这方面,国外学者曾作过大量工作〕,国内也有一些研究〔一助,本文试图通过对南京大气透明度状况的分析,揭示空气污染以及自然同素的影响。文中所用资料包括一年逐年、月定时和性一年逐年各月逐时日面状况”下的太阳直接辐射观测资料。二、大气透明度系数的计算根据布格一朗伯一公式,夏合光大气透明度系数可由下式。,、】二气一二少表示,式中。为大气光学质量为尔时垂直于太阳光线表面上的太阳直接辐射,。为太阳常·数本文取,卡厘米分。在辐射气候研究中,都把不同大气光学质量下的大气透明度系数订正到相同的大气光学质量下,以便分析、比较。本文使用常用的西甫科夫、、法〔幻把订正到。此外,为了进一步研究大气中空气分子、水汽以及气溶胶质粒对大气透明度的影响,根据文献〔’〕,把大气透明度系数近似地写成如下形式南昌气象学校不斗第期二。式中为干洁限想大气透明系数,、分别表示大气中水汽和气洽胶的透明系‘数。计算时我们取氏﹀一这里为理想大气下的太阳直接辐射强度。根据文献〔〕,在气质二下,取长雁米,分。为订正至气质下的太阳直接辐射强度。△为被大中水汽削弱的太阳直接辐射量,可用如下经验式〔幻△二·计算,为大气柱的水汽含录,单位取克厘米一。可由下式、妙确定,式中为水汽压毫巴,、为经验系数。我们应用南京、上海、合月巴三站的高空和地面气象资料,计算出并拟合出“与水汽压的关系式的系数,,得到为,为,相关比为。由此,,,都可算出。三、南京大气透明度系数的日变化和年变化统计分析表明,南京的大气透明度系数具有明显的日变化和年变化。图给出了冬季月和夏季月的、、的日变化曲线。该图表明,对不同季节,和。的日变化有显著的差别。在冬季图,,和日变化以午后为最大,早晚最小夏季则反过来,早晚大中午小,并且其日变幅也远比冬季大。产生这种差异的原因,是因为冬季大气比较稳定,早晚时刻多逆温,同时还因雾、爽孔城市污染加重的结果,大气比较混浊。午后可因乱流加强有利于低空气溶胶质粒的扩散,使得大气透明度系数增大。所以大气透明度系数’一的日变化曲线的对称性略偏向下午。夏季正午山于强烈乱流运动,反使大气透明度系数和有明显降低,而旱、晚时刊则反因乱流较弱、有所增大。、日变化出线大体卜对称于正午。春秋季节的大气透明度系数日变化表现不很明显图略。基本土没有日变化,这与、几形成强烈的对照。这是可以理解的,因为在一天过程中大气中水汽含量,不可能象低层气溶胶含量那样。有如此明显的日变化。为了进一步分析与、的关系,我们分别绘制了与的相关图图。发现各季,与。的相关系数竟可高达”以上,而与的相关系数要小得多,都在以下。这就说明大气透明度系数的变化,在很大程度上是由大气气溶胶的变化所决定的,而水汽因变化小,所以影响也较小。正如我们在下而讨论年变化所见到的,有较明显的年变化,但无明显日变化。、、安月改南京大气透明度系数气候特征的初步分析第翁笃鸣方先金期夕一一一一一一一一一一一一一一一一砍坎神’弓以匆‘,,,‘,犷沙二飞两,,,“图卜污二’沪“弓。·。·二乙、协吞月⋯月月、一‘认弓冲获以盛‘吸,一仰一奋奋毛。之只坎获妇醉“口扭对妞神只一目花肠踌臼“一图一。,图给出了南京大气透明系数的年变化该图友明本地区大气透明度度系数及其分量、均表现为夏季小,秋冬季大。这不仅反映了大气中气溶胶的年度化。还清楚地体现了水汽的影响。夏季,在副高控制下,可因地面强烈幅射加热结果,近地层大气很不稳‘气象科学第期定,并且加之水汽充足。致使大气透明度系数及、都较小。秋末和冬季,本地区转受蒙古冷高压控制,空气洁净,水气含量也少,加之太阳辐射较夏季为弱,人气丛木稳定,大气透明度状况变好。可以看到的年变化基本上与水汽压的年变化反向对应,变化曲线比‘较平滑,而。、曲线除所指的总趋势外,还存在若干小的起伏。首先在月有一小的高值,究其原因,很一一、一一一一凡可能与梅雨结束后大左见因雨水冲洗作认「、,印一一用气溶胶含量较少同时也因地面较八,,以、”、湿润灰尘不易被杨起致‘,。。、卜护夕尸‘。口弓。,‘二、、一增大自此之后虽有某些降低,、认,但因很快进入秋高气爽季节连续增长,至月达全年最大。石月、月的大气透明度系数、一一‘一占闷卜,,一略有降低这显然与冬季因厂,口吞‘召,心叼月企业燃料消耗增多和居民采暖等原图因,使大气低层气溶胶含量较之相邻月份增加有关。四、大气透明度系数的非周期变化气象条件的改变可引起大气透明度系数日际间的非周期变化,通过对年和年一月份的某些天气现象日数对比,以及几次强冷空气寒潮过境和台风影响前后时的大气透明度系数进行统计分析表可清楚地反映出来。结果表明,在一月多荻、表气象条件与大气透明度系数的关系南京瓦天气现象或天气过程·一一一,、、年一月一一巡一出现霆雾浮尘日数天年一月出现霆、雾、浮尘日数天,年月一日月一八寒潮影响前日,一日,年月一日年月一日,月一一曰场了了,寒潮影响后日一日年月一日一一年月一日台风于东海沿岸附近活动年月、、、日台风远离本地区雾、浮尘年份。其平均大气透明度系数和,较正常年份显著偏低。第期翁笃呜、方先金、安月改南京大气透明度系数气候特征的初步分析蟋冷空气过境前,因受锋前暖湿气流影响,大气中多水汽和气溶胶,所以、氏都偏低,一旦冷锋过境,本市处于寒冷而干洁的极地大陆气团控制之下,大气透明度系数,和。都有明显增加。另外,台风活动对大气透明度状况也有影响。对比年月号台风影响前后的大气透明度系数变化情况可说明这一点。这次台风在本地区并未造成大风或降水,但与沿海附近测站均有大风、降水。我们将台风远离沿海当作本市未受影响阶段,而把它靠近沿海时看作受影响阶段,统计出前后期的、、平均值表。可见,在受台风影响时,显然因大气中水汽、气溶胶增多,致使、。,都有下降。本市的大气透明度系数还与风向有明显关系。表给出各风向下大气透明度系数的平均值。它清楚地表明,在西北风下天气透明度系数和最小,东南风时最大。可与风向的联系不大。小教场观测站位于本市东南部,上述、分布正好说明城市空气污集对市郊大气透调度状况的影响。表不同风向的大气透明度系数南京,一”年冬季一月一一一一一风向二一⋯⋯一⋯⋯⋯、····⋯二三⋯·二··。‘‘”‘。“,”“,二‘,‘二“,二。,,··⋯··,·⋯··”‘’‘。“‘。‘,,‘,,’,’‘,,“····⋯··【””’”⋯”’””’序卫遭丝卫逻生图、分别给出南京地区月和月平均大气透明系数及、的年际变化情、况图表明,南京大气透明度系数和在,。一年间,有明显下降的趋势,而一一一一、一一一一一一一一、一一一一一一,‘尺’以卯,八·······“、、一、入。台口一一,‘,‘,幼晓只‘一一‘一一一一一店一一山一一一曰‘一一二一一一占一山一‘扣年,吞己‘今吞吞一心甲‘少口吞,图则基本上无变化。这在一定程度上反映出城市空气污染日趋加重的影响。为了说明这一点,我们还给出逐年月平均大气透明度系数,、几与本市一年间的逐年用煤量相对气象科学第期值资料农。由表可以看出,随着用煤量的不断增加,大气透明度系数减小,向者二间的相关系数为一。如剔除了年资料该年大气透明度系数比前后年代明显偏大。原因待查,则相关系数还可增至一。厂二”、屯,口一一一一一一一一一一二一一乒犷,杯凡一、一一一认口《尧了‘尧‘‘几欲,曰‘一一‘一一一一二一一东份公币吞吞吞哪称为‘占召护占口表南京逐年相对用煤量与月平均、资料一方⋯升乡份公万⋯抽一年份一“一⋯一了舀︺八相对用煤量︺﹃⋯叮通‘·⋯众所周知,大气中气溶胶的年际变化,除因工业污染有增加趋势外,还可因某些自然因素,如火山喷发、大面积森林火灾等所引起。其中特别是强大火山喷发,使碍大量气洛胶进入大气层,最后与平流层形成一层尘幕,造成全球性的影响。据估计〔“〕,影响持续时间一般可达两年左右。一我们从大气透明度系数长年变化曲线上也能看出火山喷发的影响。‘三月户、,巧’屯火山喷发,曾在世界范围内产生重大影响,结呆使得苏联、西欧、北美第期翁笃鸣、方先金、安月改南京大气透明度系数气候特征的初步分析以及夏威夷等地直接辐射减弱,散射辐射增加〔〕。从图、上可以看出,南京自年夏季开始,直至年的连续两年内,大气透明度系数、氏都明显兰调地下降了,其中月、分另下降了仁和。接着比较强的火山喷发还有年月火山、、年月的,火山“,,年城火,以及年。月的,火,等,都在南京大气透明度系数和的年际变化中反映出来。所以,火山活动严重也影响地面辐射状况和热平衡状况,并进而影响气候的变化。图、上年前后大气透明度系数和的勺显著增大现象,可檐与原始纪录的质最有关,尚需作进一步分析研究。结语通过以上初步分析,可得出如下八点认识。南京的大万查明度系数具有明显的日变化和年变化。其日变化形式在冬夏两季是相反的。冬季月以丫后为最大早晚最小,夏季则反过来,早晚大,正午小。大气透明度系数的年变化总特点则是伙冬大,夏季小,最小发生在月。南京大气透明度状况的变化主要由气溶胶含量度变化所造成。这可以统计与的相关系数”以上远大于与,的相关系数以下上表现出来。,基本上无日变化,其年变化形式也不同于和,而和的变化趋势,不论是周期变化或非周期变化都具有很好的同步性。。影响南京地区大气透明度状况非周期变化的因素包括天气过程的影响,空气污染的影响和火山喷发的影响等。天气过程影响主要表现在天气现象的年际变化,冷空气影响前后气团性质的差异,以及台风影响前后水汽和气溶胶含量的差异上。空气污染的影响则表现出本市大气透明度状况有不断恶化的趋势,这种趋势与城市用煤量的逐年增多有密切的关系。火一山爆发的影响使得大气透明度系数的仪革变化曲线在原有趋势上,发生补充的连续下降,其中尤以年月火山喷发的影响表现最明显。参考文献。〔〕只及,只,江陇,月。。〔〕王炳忠,播根娣,气象学报,,,〔〕王炳忠,播根娣,太阳能学报,,〔〕李怀瑾,于铮明,全国气候变化学术讨论会文集,,,〔〕翁笃鸣,曾晓梅,方光金,南京气象学院学报,,二据查阅原始观测薄,发现在,年了月,日至助’年月日期间,直接辐射表换算系数傲劝‘,比其前后的换算系数约偏大一幼多,记录可疑气象科学第期。一·厂忆夕、。,丁。互五,几,甘,认及,订仄“江,月,,〔〕五性。君“。,可,人厂几,、几,。,限。,·〔〕耳、坦。,毛江“。月江刀任只叮川江,、工且,’“及,江,汀,一,,二工,盆。,工,,,。,兀。。,,、,工,,‘,限,一恤仙毗了鳍了一扭,,。旧一妙一亡奋工乙,,三,一,丫盛。拓帕几从名飞妙,,一一衅印,。奴如梦成七助咖