黄土高原半干旱区气溶胶光学特性季节变化特征

采用AERONET Version 2 Level 2.0气溶胶数据集,分析了光学厚度、Angstrom波长指数、粒子尺度体积谱分布(dⅤ(r)/dlnr)、折射指数(n-ik)和单次散射反照率(ω<,0>)等大气气溶胶光学特性参数的季节变化特征以及光谱依赖性.结果表明:气溶胶特性参量均具有明显的季节变化且呈现出明显的...     

基于CE318观测的广州市气溶胶光学特性

基于CE318太阳分光光度计观测数据,反演了广州市2011年全年的气溶胶光学厚度、浑浊度和波长指数,并对广州市气溶胶光学特性的全年总体特征、季节性特征、日变化等进行了分析。结果表明：1）2011年广州市气溶胶光学厚度（AOD）全年均值为0.53,处于较高水平。其中,春季AOD最大,均值为0.81秋冬季其次,均值为0.5左右;夏季最小,均值为0.43。浑浊度与光学厚度具有相似的特点。2）从频率分布上看,波长指数α＞1.2所占比例接近90%,在1.4~1.6之间的所占比例＞50%,说明广州市的气溶胶主控粒子为小粒径的烟雾粒子。3）广州市秋冬季节的波长指数α较大,分别为1.46和1.50;春季α为1.27,夏季α为1.13。春夏季节粗粒子有较大程度地增多。总体上看,广州市区气溶胶类型接近于城市-工业性气溶胶与海洋性气溶胶的混合类型。4）广州市AOD的日变化与人类活动较为一致,上午持续上升,中午T 13:00左右到达一个小高峰,随后趋于稳定,T 17:00左右开始缓慢上升。波长指数α与AOD无明显关系。     

气溶胶光学厚度的分布特征及其与沙尘天气的关系

 利用MODIS卫星遥感光学厚度资料，分析了中国大气气溶胶光学厚度的时空分布特征，并与同期沙尘天气进行了对比和相关分析，结果表明：①中国主要内陆地区的气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Thickness，简称AOT)分布有4个高值区：①分别位于南疆盆地和青海\,甘肃、内蒙古中西部地区、四川盆地和长江黄河下游地区。②春季北方特别是西北的AOT值明显高于南方，冬季南北AOT值差别不大。③南疆盆地和内蒙古中东部地区AOT值随季节变化明显，而四川盆地、长江黄河下游地区AOT值没有明显的季节变化。④南疆盆地、青海、内蒙古等地区沙尘天气过程与AOT值同步变化。⑤在沙尘天气的多发区，气溶胶光学厚度与沙尘天气有较好的相关性；沙尘天气的少发区，气溶胶光学厚度与沙尘天气基本不相关。因此可以推断，中国北方，特别是干旱荒漠区，大气气溶胶主要来自沙尘天气过程引起的地面沙尘释放。     

典型干旱区沙尘气溶胶光学厚度及粒度谱分布的初步分析

利用中国科学院沙坡头沙漠试验研究站2001年9月至2002年5月的太阳光度计辐射资料,计算了该地区各月平均大气气溶胶光学厚度（AOT）,并对该地区秋、冬、春三季平均的光学厚度进行了比较,同时对日变化也作了分析。此外,从反演的粒度谱分布也可以看出,春季该地区大气中的气溶胶粒子含量远大于冬、秋两季,并可以反映出春季大气层结的不稳定性,但反演方法的精度有限,还有待进一步提高。     

基于太阳光度计的广州亚运期间气溶胶参数分析

利用CE-318太阳光度计多波段观测资料,计算广州市区2010年11月亚运期间大气气溶胶光学厚度、散射系数及散射相函数,分析了广州亚运期间大气气溶胶光学厚度、波长指数和Angstrom混浊度系数的特征,并与近年同期历史数据进行了对比分析.结果表明,亚运期间受燃放烟花影响,测量点附近一段时间内气溶胶光学厚度明显增加,光学厚度逐日起伏变化明显;受交通负荷的变化影响,是否工作日和是否实施交通单双号限行都会影响光学厚度变化.     

高反射率地区气溶胶光学厚度遥感反演:现状及展望

气溶胶在地球大气辐射收支平衡和全球气候变化中扮演着重要的角色。利用卫星数据反 演水体、浓密植被等暗背景上空的气溶胶光学厚度已经达到了较高的精度, 而对于干旱、半干旱 以及城市等高反射率地区, 气溶胶光学厚度反演仍面临严峻挑战。高反射率地区气溶胶光学厚度 反演的困难主要是地表反射率的确定精度较低; 气溶胶的指示作用随着地表反射率的升高而降 低。为精确反演高反射率地区的气溶胶光学厚度, 国内外开展了大量的研究工作。本文介绍了对 比算法、高反差地表法等几种主要的反演方法, 介绍了这些方法的理论基础, 指出了它们的优势 与不足, 并分析了高反射率地区气溶胶光学厚度反演的发展前景。     

南疆盆地沙尘气溶胶光学特性及我国沙尘天气强度划分标准的研究

依据气溶胶光学厚度测量原理,利用布设于塔里木盆地腹地塔中和盆地西南边缘和田气象站的2部CE318自动跟踪太阳光度计于2002年6月至2003年11月期间的探测结果,结合地面气象实测资料,分析了南疆盆地大气气溶胶的光学特性。同时结合我国已有的沙尘气溶胶光学特性的研究成果,初步提出了依据气溶胶光学厚度判断沙尘天气强度的标准。结果表明:塔中、和田气溶胶光学厚度随波长的增大多呈现减小趋势,塔中个别季节有些例外;2站气溶胶光学厚度的日变化基本保持对称的抛物线形,在春、夏季尤为明显;Angstrom浑浊度系数β的拟合曲线显示β随能见度增大而减小,波长指数α随能见度的变化趋势说明弱沙尘天气下,大气中主要弥漫着小粒径的气溶胶颗粒,而强沙尘天气则以大粒径为主;沙尘气溶胶光学厚度随晴空、浮尘、扬沙、沙尘暴依次增加;沙尘天气发生时,气溶胶光学厚度的临界值基本为晴空值的两倍,沙漠地区气溶胶光学厚度≥1.1206,北京≥0.3174。而发生沙尘暴的阈值则有很大不同,沙漠区气溶胶光学厚度至少 > 3.0,北京由于大气污染等因素,其判断沙尘暴发生的阈值为1.9982。另外笔者认为AOD与水平能见度之比值能够较全面地考虑水平和垂直两个方向的要素变化,衡量沙尘天气强度更具有合理意义,值得更深一步的探讨。     

沙尘源区与下游地区沙尘期间气溶胶光学特性分析

为了解沙尘传输过程中气溶胶粒子光学性质的变化,利用2001-2008年中国北方4个站点沙尘期间的数据资料,比较分析了沙尘源区与下游地区气溶胶光学特性的差异。结果表明,沙尘期间大量粗粒子对总消光具有强烈贡献,沙尘源区和下游地区粗粒子消光分别占总消光的85.2%和65.8%。沙尘期间沙尘源区与下游地区均表现出较高的气溶胶光学厚度;而源区的Angstrom波长指数明显低于下游地区,当沙尘暴出现时会下降到零甚至负值。沙尘源区与下游区气溶胶体积尺度谱以粗模态峰为主模态峰。在波长440~1 020 nm时,气溶胶单次散射反照率随波长增大而增大,源区与下游地区的单次散射反照率分别达到0.95和0.92。沙尘源区气溶胶的不对称因子大于下游地区,4个波段的平均不对称因子分别为0.73和0.70。     

东亚沙尘光学特性及其对辐射强迫和温度的影响

利用塔克拉玛干沙漠沙尘复折射指数数据对RegCM4-Dust耦合模式中的沙尘光学特性进行了更新,研究了东亚沙尘气溶胶光学特性对辐射强迫和温度的影响。结果表明：东亚沙尘气溶胶光学特性与模式默认值（OPAC模型）存在明显的差别,主要表现在：消光能力较弱;吸收性较弱,散射性较强;前向散射较弱,后向散射较强。2006年春季沙尘气溶胶光学厚度高值区主要位于塔克拉玛干沙漠、古尔班通古特沙漠、巴丹吉林沙漠,鄂尔多斯高原及黄土高原等地区,最大值出现在巴丹吉林沙漠。采用东亚沙尘光学模型模拟2006年春季东亚地区大气顶净强迫为-4.86 W·m^-2,其中短波强迫为-5.34 W·m^-2,长波强迫为0.48 W·m^-2;地面净强迫为-11.23 W·m^-2,其中短波强迫为-13.70 W·m^-2,长波强迫为2.47 W·m^-2。2006年春季沙尘气溶胶导致东亚地区整体地面降温约0.21℃,陆地上降温明显,而海洋上温度变化不明显,甚至出现升温,这样将导致海陆间热力差异的改变,从而对东亚季风环流产生影响。     

基于FY4A AGRI数据的气溶胶光学厚度反演研究

通过遥感技术反演气溶胶光学厚度,对于全面、动态监测大气污染时空变化具有科学价值和实践意义。基于我国新一代静止气象卫星FY4A获取的2018年4-10月AGRI蓝光波段数据,以京津冀地区为研究区,在交叉辐射定标基础上,利用深蓝算法开展气溶胶光学厚度反演研究,并将反演结果与相近时刻的MODIS气溶胶产品进行对比分析。结果表明:FY4AAGRI蓝光波段反演的气溶胶光学厚度与MODIS产品在空间分布上具有较好的一致性,且AGRI图像反演结果能够更好地反映气溶胶光学厚度的空间分布细节,其中AGRI传感器蓝光波段辐射定标精度、与MODIS成像时刻角度差异、地表反射率准确性等是影响AGRI气溶胶光学厚度反演精度的主要因素。     

丝绸之路经济带气溶胶的人为成份比例

利用MERRA-2(The Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications,version 2)再分析资料,分析了1980-2017年丝绸之路经济带沿线区域(30°-50°N、10°-110°E)硫酸盐、黑碳、有机碳、沙尘气溶胶的时空分布特征,然后将沙尘分为自然沙尘和人为沙尘,进而计算出自然气溶胶和人为气溶胶在不同季节的空间分布,定量给出了人为气溶胶的贡献。结果表明:在丝绸之路经济带沿线的东欧地区,经济发达、工业活跃,硫酸盐是最主要的气溶胶类型,占总气溶胶光学厚度的64%,总气溶胶光学厚度每年下降0.0035;在地表裸露、沙尘活跃的5个欠发达地区,沙尘是最主要的气溶胶类型,占总气溶胶光学厚度的46%~65%,其中巴基斯坦-印度地区总气溶胶光学厚度每年增加0.0059;人为气溶胶对总气溶胶的平均贡献为62%~65%;6个区域中北非地区人为气溶胶所占比例最小,为32.8%,东欧地区最大,为73.5%;随着人口密度的增加,人为气溶胶的光学厚度也在增加。人为气溶胶占总气溶胶的比例很高,而且与人口密度正相关。     

中亚沙尘气溶胶时空分布特征及潜在扩散特性分析

中亚地处干旱和半干旱气候区,是全球沙尘气溶胶贡献度较大的区域。利用中分辨率成像光谱仪（Moderate-resolution Imaging Spectrometer, MODIS）和云—气溶胶偏振雷达（Cloud-Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization, CALIOP）遥感数据,从宏观角度对2002-2015年中亚地区气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth, AOD）时空分布特征及沙尘气溶胶光学特性垂直分布特征进行分析,利用拉格朗日混合型的扩散模型（Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory, HYSPLIT）讨论沙尘运输的季节性变化。结果表明：① 中亚AOD空间分布呈现显著的季节性差异,四季均值春（0.412）>夏（0.258）>冬（0.167）>秋（0.159）,14年间呈现增加趋势;② 中亚AOD高值区域主要集中于咸海地区和新疆的塔里木盆地,其中,咸海地区AOD年均值为0.278,年均增幅为3.175%,主要受咸海退化所导致的干涸湖底裸露面积加大的影响;塔克拉玛干沙漠地区AOD年均值为0.421,年均增幅0.062%,主要受温度和风速两方面的影响,不同季节下主导因素略有差异;③ 尘源区气溶胶主要集中在近地面0~2 km范围内,沙漠上空气溶胶退偏比范围（10%~45%）略大于咸海上空（15%~30%）;咸海地区色比值（0.3~0.8）小于沙漠地区（0.5~0.9）,且在0~2 km和4~6 km有两个高频色比值分别为0.5和0.3,说明相比沙尘气溶胶,咸海地区的盐尘气溶胶球形程度较高,颗粒更小,飘散高度更高;④ 咸海地区盐尘潜在扩散方向主要以东北,西南和南为主,向东北方向的扩散距离最远,影响范围可达俄罗斯中部地区,西南方向扩散路径高度和距离较近,主要影响乌兹别克斯坦和土库曼斯坦,但发生比例相对较高,塔克拉玛干沙漠地区起尘后大部分沙尘颗粒仍沉降在尘源区附近,向东部地区扩散的沙尘气溶胶,主要影响中国青海、甘肃、宁夏、陕西等地区。     

兰州1960—2003年大气气溶胶光学厚度和太阳辐射变化特征

利用兰州站1960—2003年的太阳辐射资料以及据此反演的气溶胶光学厚度数据,分析了近44 a来兰州气溶胶光学厚度（AOD）、地面能见度和太阳辐射的变化特征。结果表明,20世纪70年代初气溶胶光学厚度增加很快;70年代中期至80年代中期,光学厚度处于较高水平,平均为0.568;90年代以来,光学厚度有波动下降趋势,年下降0.006,且季节间差异有减小趋势。能见度夏季最好,冬季最差;80、90年代能见度有明显变好趋势,年增长为0.340 km;2000年以来又有下降趋势。总辐射和直接辐射的变化可以分为两个时期,1992年之前为下降期,1992年以来有显著上升趋势。     

近50 a西安太阳辐射变化特征及相关影响因子分析

 根据常规气象观测资料以及MODIS卫星气溶胶产品,分析了西安近50 a总辐射变化特征及其相关影响因子。结果表明：西安地区1961-2005年总辐射变化经历了“持续”、“变暗”、“变亮”、“再变暗”4个阶段,西安总辐射的变化幅度较全国平均变化幅度大,其“变亮”过程开始于1985年,较全国平均时间略早;西安4个季节总辐射总体均呈现出下降趋势,其变化幅度存在一定差异。通过对云量、气溶胶、水汽压、相对湿度等影响因子的分析,水汽压和相对湿度对总辐射变化影响不明显,总云量和气溶胶的变化对西安总辐射的变化存在较显著的影响,春、夏季总辐射的变化主要受云量和气溶胶直接辐射强迫的共同影响,其中总云量的变化在一定程度上决定了总辐射变化的振幅,城市发展所导致的气溶胶增加所产生的直接辐射强迫作用可能决定了总辐射的总体下降趋势;秋、冬季节的总辐射下降趋势主要与气溶胶的直接辐射强迫有关。     

中国西北干旱半干旱区气溶胶分类及特征

基于2013—2015年CALIPSO星载激光雷达的Level 2数据集资料,对中国西北干旱半干旱区的气溶胶进行了分类研究,并对不同种类气溶胶在不同光学厚度下的年均发生频率做以分析。结果表明：沙尘气溶胶整体随气溶胶光学厚度值增大呈下降趋势;而污染沙尘型气溶胶在6类型气溶胶出现频率最高;大陆污染型气溶胶频率集中在[0.1,0.35],随气溶胶光学厚度值的增大频率呈升高趋势;烟尘型气溶胶频率集中在[0.2,0.4],在不同气溶胶光学厚度值情况下,频率较大陆污染型气溶胶高,随气溶胶光学厚度值的增大频率呈上升趋势;从四季来看,秋季和冬季当气溶胶光学厚度值大于0.1时,大陆污染型气溶胶频率明显高于沙尘气溶胶。春季,河西地区的气溶胶光学厚度高于其他三季,而在研究区域的南部和东南部,秋、冬季的气溶胶光学厚度值高于春、夏季。气溶胶光学厚度秋季 > 春季 > 夏季 > 冬季。     

喀什地区PM10输送路径及潜在源区

基于HYSPLIT模型和2019年9月至2020年8月喀什地区大气颗粒物逐时数据,利用聚类分析、潜在源贡献因子法（PSCF）和浓度权重轨迹法（CWT）分析喀什地区四季PM₁₀传输路径与潜在源区,揭示研究期间喀什地区不同季节PM₁₀的潜在源分布及其贡献水平。结果表明：喀什地区PM₁₀、PM_2.5年均值分别为237.3±268.3、89.3±82.3 μg·m^-3,大气颗粒物以PM₁₀为主;喀什地区气流输送路径主要来自中亚西风气流,其次是来自中国新疆南部;PM₁₀秋季主要贡献源区分布在中亚部分地区以及中国新疆南部区域,贡献水平为250—450 μg·m^-3;冬季主要贡献源区与秋季相似,贡献水平为150—300 μg·m^-3;春季重点贡献源区主要分布在新疆南部塔克拉玛干沙漠区域,贡献水平为250—500 μg·m^-3;夏季主要贡献源区与春季相似,贡献水平为150—250 μg·m^-3。喀什地区重点防范应是塔克拉玛干沙漠沙尘气溶胶的影响,其次是中亚西风气流携带的大气颗粒物远距离输送。     

乌鲁木市PM2.5浓度与MODIS气溶胶光学厚度相关性分析

选择西北干旱区城市乌鲁木齐市为研究区,利用MODIS气溶胶产品（AOD）数据和地面监测站PM_2.5浓度数据进行相关性分析,结果表明：二者相关性良好,对AOD数据进行垂直订正和湿度订正后,发现相关性进一步提升（0.49～0.80,p<0.01）。对订正后AOD数据与地面PM_2.5浓度进行建模并选取最优模型,结果均为一元三次模型且模型R²在0.27～0.69之间,其中春秋两季模型R²较高,夏季较低。对模型精度进行验证结果,显示春季与秋季模型精度良好,夏季较差,说明MODIS气溶胶光学厚度数据可以用于反演干旱区地面PM_2.5浓度值,对卫星遥感在干旱区地面空气监测应用提供了新的方法和思路。     

中国气溶胶分布的地理学和气候学特征

中国人口地理分界线——胡焕庸线根据人口、地理,气候和经济等特点把中国(不包括港、澳、台地区)分为东、西两部分。用2000~2010年MODIS大气气溶胶光学厚度(AOD)资料,分析气溶胶分布的地理学和气候学特征后发现,胡焕庸线还可被视为中国气溶胶地理学的分界线,在其两侧气溶胶的性质和浓度都有明显差别。在人口稠密和海拔较低的东部,由人类活动产生的气溶胶为主,年平均AOD约为0.45;在西部,自然过程释放的气溶胶主导的AOD约为0.25。近10 a来东部AOD的年际间变化呈现增加趋势,西部AOD出现微弱减少的趋势。东部人为气溶胶年际间变化受亚洲季风影响。西部自然气溶胶年际间变化主要受沙漠地区沙尘气溶胶排放源的影响,沙尘天气过程主要控制其气溶胶的释放。