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1、第40卷第4期1982年11月气象学报AC TAME TE OROLOGICASIN ICAVol.4 0,No.4Nov.,1 982我国 的大 气透 明状况下庙中 .一/飞J,丫山,潘根娣(中央气象局气象科学研究院)(中央气象局气象中j臼)提要根据全国65个 甲种日射站自建站起至197 8年9:3 0,1 2:3 0,1 5:3 0各时次直接辐射的观测资料,计算了大气透明系数。为了便于各地间的比较和绘制全国分布图,所有各时次的资料都统一订正到万=2的情况下,计算中太阳常数取值泞。一1.9 8卡厘米一2分一。就我国的具体情况而论,地势对大气透明度的影响最为显著,直接的结果是:高原为透明度商值
2、区,盆地为低值区。分析了影响大气透明度的两个重要因子水汽和气溶胶的分布特点,以及它们之间的比例关系。水汽对 辐射的吸收系根据探空资料求得的整层大气的含水量按M五gg e和Ml i lle r的公式计算的。引言大气透明状况是除了云量、太阳高度和海拔高度以外影响到达地面辐射量的重要因子。大气的透明程度同大气中发生的物理过程,关系极为密切,因此掌握大气透明度资料,反过来可以藉助它分析大气的物理状态。近年来,随着工业的迅猛发展,燃烧产生的烟尘使大气中的微粒物质大量增加,大气透明度变坏,浑浊度增加。因此世界气象组织建议建立的全球大气本底污染观测中,大气浑浊度就是一个重要的项目。虽然目前我国尚未开展此项观
3、测,但是,如能利用现有的日射观测资料,得出一些有关我国大气透明状况的初步概念和结论将是很有意义的。此外,在评定各地的可能太阳辐射总量、计算紫外辐射和可见光透明度时,也都需要大气透明度资料。在我国以往的文献中,只有一些关于透明 度的零星资料一4。至于我 国范围内透明度的分布情况,迄今仍属空白。二、计算方法为了计算大气透明度,只能使用观测时太阳及其附近天空未被云遮的直接辐射资料。大气透明度系按布克一兰贝特(Bou gu er一L:mb er t)定律计算,即本文于1981年3月2 5日收到、10 81年7月2 。日收到修改稿。气象学4 0卷S = SoPm式中刃为订正到日地平均距离处的直接辐射强度
4、值,S 0的建议,取值1.9 8卡厘米一2分一 ,m为大气光学质量,尸为透明系数,当。二 2时,(1 )式可以改写为PZ=杯刀/S。(1)为太阳常数,按国际辐射委员会就是大气透明程度的度量值,称(2)应当指出,(l)、(2 )式是将原单色光推广到全色光情况下的计算式,尸值故又称为复合透明系数。为了克服尸随。而变化的福布斯(Fo rbe s)效应,采用文献【5所介绍的方法,将各站各太阳高度角下测得的直接辐射值,统一订正到同一大气光学质量,即M二2。不同之处在于,文献【5所用的只是1 2:3 0的记录,本文为了增加代表性, 还利用 了9:3 0和1 5:3 0两个时次的日光情况为02的记录。文中所
5、谓的平均值均指9:3 0,12:3 0和15:3 0三个时次的总平均,至于6:3 0和18:3 0的记录,一方面由于日出、日没时间随着季节而变化,记录颇不完整,各站之间的比较性差;另一方面,此时的太阳高度角甚低,记录受地物等条件的影响较大,代表性差,因此未予应用。此外,为了消除各站海拔高度不同的影响,还进行了气压订正。三、时空分布规律在普查我国所有甲种日射站透明系数资 料的基础上(表l仅列出了其中有代表性的一部分),发现各地透明系数的年变曲线形式具有一定的区域性。图1是按透明系数年变曲线的主要特点划分的分区 图。少少少 也十+十/ / / 爪爪聋不弃弃 毕毕叉妙丫了丘丘 牛牛/ 厂丫丫鹉尸牡牡
6、图1按大气透明系数年变曲线类型分区图( 工A区峰值在秋末冬初,谷谊在春季;工B区峰值在秋末冬初,谷值在夏季;亚A区峰值在 夏季,谷值在春季。)4期王炳忠等:我国的大气透明状况表1大气透明系数的年变化P:1护1 1 1 1 12 2 23 3 34 4 45 5 56 6 67 7 78 8 89 9 910 0 01 1 1 112 2 2勒太木斯7 8.818 2.8181.4!77.175.71 76.3! 74。8 17 3。272.71 72.57 2.116 8.67 1.8】74.217 4.9168.574.56 8.76 8.0!7 0.917 2.516 8.16 7.816
7、 7.8170.4166.065.063.76 8.6168.6164.416 4.06 5.16 6.66 5。86 2.98 0.317 9,17 9.68 1.18 0。417 7.975.8173.574.87 5.77 6.1171.68 2.7181.58 0.381.98 3.178.98 2.7!8 2.17 9.9!81.518 2.3179.46 2.516 0.056.9159.55 6.8157.615 6.9157.7黑66.7165.916 4.5!65。46 8.716 7.416 8.816 5.8黑台羌明头州沙连河京萨县庆山口阿佳烟若昆汕福长黑二北拉万重海中从
8、图上可以看到,除了四 川盆地和广东省南部地区外,我国绝大部分地区透明程度最好的季节都是秋末冬初。此时,我国处于反气旋形势极地大陆性气团的控制之下,天气干燥,空晴气朗。透明程度最好的时期之所以 不在最冷的隆冬季节,我们考虑主要同下列因素有关:前期雨水的净化作用和对地表的湿润作用;扬尘也有个积累过程;隆冬时节,地表辐射逆温现象增强,阻碍着近地面气体的扩散,致使浑浊度增加。至于为什么全国大部分地区透明度最差的时段都在春季,我们考虑,北方主要与风速大,湿度低,地表裸露,表土易为风扬有关,南方则可能同气溶胶 中的液态水有关。当然:这只是对向题的定性分析。另外,在以往的文献中, 6 0,把透明系数的年变化
9、归结于大气绝对湿度的变化引起的,现在看来,这似乎不够全面。对此还有待进行更加细致的观侧和分析研究。在本文的范围内,没有可能逐月地分析大气透明系数的分布特点,下面仅选择其中最有代表性的 ( 1 2月和4月)进行分析。1 2月(图 2 )这是最佳透明度的代表月份。从图2首先可以看到地势在透明度分布中的明显作用。这是我国的一大特点。所有盆地都是透明度的低值区,最明显的是四川盆地。这里是我国大气透明程度最差的地区,中心低于。.6 0,其它诸如准噶尔盆地、塔里木盆地、吐鲁番盆地等也都是透明度的相对低值区。相反,地势高的地区则都是透明度的相对高值区,其中尤以青藏高原为最,是我国透明程度最好的地区,中心地区
10、高于。.8 4。此气象学报40卷外,大兴安岭、内蒙古高原、长白山脉、太行山脉等也较明显。如果就平原地区而论,透明系数则有随纬度减少而减小 的趋势。一广厂狡图212月的 大气透明系数4月(图3 )这是透明度最差的代表月份。整体的分布形势与1 2月份的相差无几,仍旧体现着地势在透明度分布中的主导影响,唯透明度数值普追下降6一8%,其中尤以西南季万伪空制的云南地区下降最甚,达1 5 %左右,塔里木盆地亦在1 0%以上。图34月大气透明系数4期王炳忠等:券国的大气透明状况如果以9:3 0代表上午,12:3 0代表中午,1 5:3 0代表下午,我们曾分别统计了各时次的年平均透明系数(表幻和各 月各时次平
11、均透明 系数居最佳状态的次数(表略)。虽然个别站点的这两种统计结果略有出入,总的来讲,就大气透明 系数的日变化可以分析出如下的规律性:北纬 3 2。以南地区均以下午的透明度为最好,北纬3 2”以北地区较为复杂,东经1 1 0“以东和 9 5“以西地 区中午透明程度最好,东经工10“一9 5。之间的地域内以上午的透明度为佳。表2大气透明系数P:的日变化时时次次二二时次次二二时次次9 9 9:30 0 012:30 0 01 5:30 0 0 0 09:30 0 012:3 0 0 015:3 0 0 0 0 09:3 0 0 012:30 0 015:30 0 09 9 9:30 0 012:3
12、0 0 0佳木长0。7330。7360.72 7伊金霍洛旗银川格尔木哈密喀什和田黑河0.7430。7 3 700.63 00。63 80.6460。7270.7 380。7 320.7040.70 30.59 8O。6 5 30.6010。674八舀,曰 Q曰日81勺4 8匕曰七八O 公U :.n0八甘n一州都头林冲宁口O口O目2U O q口,口钾了亡目一了 07060.6870.7 3 70。7 3 57 957380.7 9 10。7500.7540.6 370.6530.7 2 00.6430.6810.69 00.6 860。7040。6 660.7760.7 4806940.6 48
13、0.7750.65 90。6980。66 30.700dC n口noOn八一bt尹昌厅r 06 380.6 380。6620,65 20。6 510.671ZC乃nU La 厅若叮月匕一了 nn八们斯春阳连同州台沈大二烟郑此 外,我们 还统计分析了大气透明系数的分级出现频率(表3),分级的标准如下:今半-牛牛尝-一一犯围簇。62 51。6 26一。67 5。6 了卜o了艺5“7艺卜o了50.7 76一0.82 50,826通过对表3所列资料的分析,可以得到以下几点认识:1.频率峰值年变化的情况与P:本身年变化的情况基本一致;2.北方平原地区透明 系数的分级频率分布,大部分月份呈正态分布,唯冬季
14、诸月略呈负偏态,即高值偏多,夏季诸月略呈正偏态,即低值偏多;3.青藏高原地 区,由于空气稀薄,大气自然显得透明,高值次数增多,故此冬季完全呈负偏态分布;4.南方,在透明程度不好的季节里,由于水汽充沛,低值机会增多,故此完全呈正偏态分布。鉴此,在呈现偏态分布的月份里,平均值的代表性是很差的,对此应予注意。四、水汽和气溶胶的贡献为了 了解两种主要致浑浊因子水汽和气溶胶各自对辐射衰减的贡献,M帷g e一M讥l er口公式计算了水汽对太阳辐射的吸收值:S水汽=0.1 7 2(。m)。3 03我们藉助(3)4 4 8气象学报4 0卷4期王炳忠等:我 国的大气透明状况式中S水汽为水汽所吸收的辐射值,0为整
15、层大气的水汽含量(沉降水),单位厘米。太阳辐射在实际大气中的衰减数值,可以看做是在同样大气光学质量下理想(干洁)大气的太阳辐射强度值与地表上实测的太阳辐射强度值之差,即刀2=52,理想一52,实侧(遵)根据文献仁 幻52,理扭=1.6 2卡厘米一“分一,所以AS:=1.6 2一刀:,实侧(5)气溶胶对辐射的衰减则等于S气一习2一名水汽(6)水汽所吸收的辐射值,在我国范 围内的分布情况是:冬季( 1月)变化在0.1 3 一0.2 9卡厘米一“分一之间(图4 );夏季,在。.2 5一0.3 7卡厘米一2分一之间(图略),并且 自西北向东南,由冬至夏逐渐增长。水汽衰减最甚的地区,夏季出现在四川盆地以
16、及长江中、下游至东南沿海的广阔地域内,在。.3 5卡厘米一2分一以上,冬季则出现在北纬2 4。以南的各个省份里,约为0.2 5卡厘米一2分一l。夏季最低值,出现在青藏高原和天 山 山地,一般低于0.2 5卡厘米一“分一,冬季,除了上述地区外,辽阔的东北平原、华北大平原的北半部以及内蒙古自治区也属于低值区,在0.1 5卡厘米一2分一i以下,最低值区在青藏高原,低于0.1 2卡厘米一“分一。比J,沼八曰了“刀7口图41月水汽衰减的辐射值(卡厘米一2分一)气溶胶衰减的辐射值,在我国境内的变化也是相当大的,特别是 冬季(图5),从四川盆地的0.7 0卡厘米一2分一到青藏高原和内蒙古高原的0.2 0卡厘米一2分一以下。气溶胶衰减的年振幅大于水汽衰减,在数量上,冬春最大,夏秋最小。从图5还可 以看到,沈阳、哈尔滨、兰州、西安等重工业中心城市对大气透明度的影响是很显著的,它们在图上都形成了各 自封闭的衰减高值区。如
