基于AERONET和OMI数据分析中国北方典型地区气溶胶单次散射反照率的变化趋势

气溶胶单次散射反照率（SSA）表征气溶胶吸收特性,很大程度上决定了气溶胶辐射强迫的正负,对准确评估气候变化中的气溶胶辐射强迫具有重要意义。根据2004年10月至2016年12月地基AERONET（AERosol RObotic NETwork）和OMI（Ozone Monitoring Instrument）卫星数据,分析了中国北方典型地区（北京、香河、兴隆和兰州郊区）SSA的变化趋势以及两组数据的一致性。4个站AERONET和OMI 的SSA年均值分别为:北京0.89±0.04和0.90±0.04,香河0.89±0.04和0.91±0.04,兴隆0.92±0.04和0.91±0.04,兰州0.91±0.04和0.90±0.04。4个站点SSA季节变化一致,夏季高冬季低。SSA年际变化趋势分析时,因有效数据较少且为非正态分布,用月中位数代替月均值,同时需对数据进行筛选和去季节变化,结果显示北京和香河均有地基和卫星有效数据时间尺度不同的情况,而兴隆OMI和兰州AERONET满足趋势分析要求。在研究期间,4站SSA均呈上升趋势,说明近年来中国北方气溶胶的吸收性减弱,散射特性增强,尤其北京四季地基和卫星数据均呈上升趋势,但香河秋冬吸收性增强。同时,对AERONET和OMI两种反演算法得到的SSA一致性进行分析。香河结果差异较大,仅30%的数据在误差±0.03的范围内,55%在±0.05的范围内;北京分别为46%（±0.03）和68%（±0.05）,兴隆分别为50%（±0.03）和76%（±0.05）,兰州数据一致性较好,分别为51%（±0.03）和86%（±0.05）,总体来说是受人为活动影响比较明显的地区,数据一致性较差。     

MOPITT观测的CO分布规律及与瓦里关地面观测结果的比较

利用TERRA/MOPITT仪器测量的2000年3月—2004年5月的CO数据,分析了CO的时空分布特征及其变化趋势,并且与美国国家海洋大气管理局气候监测与诊断实验室(CMDL/NOAA)在瓦里关站的CO观测结果进行比较和验证。结果表明:CO的高值区在北半球主要位于东亚、西欧和北美,而在南半球主要位于非洲中西部和南美洲的赤道地区;CO的分布随季节变化显著,春季北半球的CO浓度最高,而秋季南半球的CO浓度偏高;东亚的CO高值区主要是位于中国东部沿海地区和日本列岛一带。对于北京和瓦里关CO的趋势分析明表:这两个地区的CO浓度在这4年内都是呈上升趋势。结合CMDL的观测资料与卫星观测结果进行比较和检验发现,瓦里关站卫星观测结果和CMDL的结果在时间序列的变化趋势一致,卫星柱总量的观测数据和CMDL数据的相关性非常好。     

MOPITT观测的CO分布规律及与瓦里关地面观测结果的比较

利用TERRA/MOPITT仪器测量的2000年3月—2004年5月的CO数据, 分析了CO的时空分布特征及其变化趋势, 并且与美国国家海洋大气管理局气候监测与诊断实验室 (CMDL/NOAA) 在瓦里关站的CO观测结果进行比较和验证。结果表明: CO的高值区在北半球主要位于东亚、西欧和北美, 而在南半球主要位于非洲中西部和南美洲的赤道地区; CO的分布随季节变化显著, 春季北半球的CO浓度最高, 而秋季南半球的CO浓度偏高; 东亚的CO高值区主要是位于中国东部沿海地区和日本列岛一带。对于北京和瓦里关CO的趋势分析明表:这两个地区的CO浓度在这4年内都是呈上升趋势。结合CMDL的观测资料与卫星观测结果进行比较和检验发现, 瓦里关站卫星观测结果和CMDL的结果在时间序列的变化趋势一致, 卫星柱总量的观测数据和CMDL数据的相关性非常好。     

用卫星资料分析中国区域CO柱总量时空分布特征

该文利用国际先进在轨星载探测仪器SCIMACHY/ENVISAT和MOPITT/TERRA的一氧化碳(CO)柱总量观测资料,比较两个载荷的观测结果发现,二者在陆地区域的观测数据一致性较好,且与我国本底站近地面观测结果有比较一致的时间变化态势,表明CO柱总量卫星观测值可以很好地反映其在我国大气中的时空分布特性。利用MOPITT长时间的观测数据(2000年3月—2009年2月)对中国区域CO柱总量时空分布特性进行了分析,研究结果显示:我国东部地区CO柱总量显著高于西部地区,两个地区的CO柱总量年平均值9年内均呈上升态势,西部地区平均年增长率是千分之一的量级,东部地区年增长率约为1.0%。中国区域CO柱总量分布随季节变化显著,春季CO柱总量平均值最高,但是CO柱总量最小值,在东部地区出现在夏季,而西部地区出现在秋季。     

利用卫星资料分析对流层臭氧柱总量分布特征及其可能的原因

利用卫星资料计算得到的对流层臭氧柱总量数据分析了近20年来全球对流层臭氧柱总量的全球分布特征，并对我国对流层臭氧的季节变化做了研究。利用对流层污染测量仪（MOPITT）的CO和全球臭氧监测仪（GOME）和大气制图扫描成像吸收光谱仪（SCIAMACHY）的NO₂数据分析了关于对流层臭氧的分布特征及其原因。得出中高纬度地区对流层臭氧浓度存在规律的年内变化，对流层臭氧高浓度值的分布及变化与人类活动有密切关切。     

利用MOPITT资料分析亚洲地区对流层CO的时空分布特征

目前CO的模式模拟结果与实际观测存在着很大的差别,需要结合观测资料的分析研究来验证和改善模式能力。而南亚地区源汇的复杂性和站点观测资料的严重不足,使得对该地区CO分布与变化特征的认识更为有限。本文尝试使用2000~2011年MOPITT卫星资料,分析该地区CO的气候态空间分布特征,并结合再分析风场和卫星出射长波辐射资料,对大气运动影响CO分布进行探讨。主要结论是:1)南亚对流层中上层四季都存在CO高浓度带,其位置随着季节有南北变化,其中夏季高值带范围最小,但极值最大。2)在南亚季风区东侧,夏季对流层CO垂直廓线呈连续的高值分布,而在西侧对流层中上层出现孤立的高值分布,验证了东风急流的水平输送效果。3)CO浓度的季节变化在南北(27.5°N/12.5°S)纬度基本反相,并且在12年内500 h Pa高度上呈减少趋势,而在300 h Pa高度上有增加趋势。4)南亚中上对流层CO浓度值的分布和赤道附近垂直风场之间存在较好的相关性,对于该区域CO的来源问题提供了一个新的研究方向。     

青藏高原及周边UTLS水汽时空特征的多源资料对比

利用Aura卫星微波临边观测仪(Microwave Limb Sounder,MLS)数据,评估了ERA-I、MERRA、JRA-55、CFSR和NCEP2等5套再分析资料的水汽数据在青藏高原及周边上对流层-下平流层(Upper Troposphere and Lower Stratosphere,UTLS)的质量,然后选取其中质量较好的两套水汽数据,分析它们对青藏高原及周边UTLS水汽的时空分布和演变的表征能力。结果表明,与MLS数据相比,5套再分析资料中在UTLS普遍偏湿,最大偏湿在上对流层215 hPa,约为165%,而在下平流层,ERA-I和MERRA与MLS的差异相对较小。总的来看,ERA-I和MERRA表征的水汽与MLS更为接近。进一步的对比表明,ERA-I和MERRA中青藏高原及周边水汽含量的时空分布与MLS较为接近,夏季能够表征青藏高原在纬向和经向上的水汽高值区,冬季能够表征对流层顶、西风急流中心附近的水汽梯度带,而且MERRA的结果要好于ERA-I。ERA-I、MERRA和MLS中青藏高原地区的水汽季节演变都表现为冬季1-2月水汽含量低,夏季7-8月水汽含量高,水汽的季节变化在200~300 hPa最大。MLS资料显示,在青藏高原地区对流层顶附近,存在随时间向上向极的水汽传输信号。相较而言,ERA-I对向上水汽传输信号的表征更好,而MERRA对下平流层(100 hPa)向极水汽传输信号的表征更好。     

基于WACCM+DART的临近空间SABER和MLS臭氧观测同化试验研究

本研究在WACCM+DART（Whole Atmosphere Community Climate Model,Data Assimilation Research Test-Bed）临近空间资料同化预报系统中加入SABER（Sounding of the Atmosphere using Broadband Emission Radiometry）和MLS（Microwave Limb Sounder）臭氧观测同化接口,并以2016年2月一次平流层爆发性增温（SSW）过程为模拟个例进行了SABER和MLS臭氧观测同化试验,得出以下结论:同化SABER和MLS臭氧体积浓度观测得出的WACCM+DART臭氧分析场能够较真实反映SSW期间北极上空平流层臭氧廓线随时间的演变特征,且与ERA5（Fifth Generation of ECMWF Reanalyses）再分析资料描述的臭氧变化特征具有很好的一致性;基于SABER和MLS臭氧观测的WACCM臭氧6 h预报检验表明同化臭氧观测对臭氧分析和预报误差的改善效果主要体现在南半球高纬平流层和北半球中高纬平流层中上层-中间层底部;基于ERA5再分析资料的WACCM+DART分析场检验表明同化SABER和MLS臭氧体积浓度资料可在提高北半球高纬地区上平流层-中间层底部臭氧场分析质量的同时减小该地区上平流层-中间层底部温度场和中间层底部纬向风场的分析误差;基于MLS臭氧资料的臭氧中期预报检验表明相对控制试验同化SABER和MLS臭氧体积浓度资料能更好改善0~5 d下平流层和中间层底部臭氧的预报效果。     

利用对流层污染测量仪研究2002年东亚地区CO总量分布特征

利用TERRA卫星上搭载的对流层污染测量仪(MOPITT)在2002年1～12月的探测数据, 分析了2002年全球大气CO的时空分布特征, 并着重对东亚地区上空的CO柱总量月平均分布及其年变化做了研究, 验证和得出了一些关于CO时空分布的重要结论: CO柱总量在北半球分布高于南半球, 在1月份高于7月份, 南半球春季低纬有几个高值中心; 东亚地区CO柱总量高值区分布在中国东部沿海以及东南亚、日本列岛之间, 位置和强度都逐月变化, 这一点与气象场的季节变化有关; 对多个站点的讨论表明, CO浓度在一年中随季节变化.     

基于FY3/MERSI数据的辽宁省植被指数重建及时空变化分析

为建立中国风云三系列气象卫星长时间序列归一化植被指数数据集,选用滤波和函数拟合方法,针对林地、湿地、水稻、玉米、大豆、城市和水体7类地物开展数据重建效果定量分析,确定最佳数据重建方法,并在辽宁省开展时空变化分析。结果表明：非对称高斯函数拟合法（Asymmetric Gaussians,AG）、Savitzky-Golay滤波法（SG）、双Logistic函数拟合法（Double Logistic,DL）和时间序列谐波分析法（Harmonic Analysis of Time Series,HANTS）四种方法均表现出相对较好的去噪能力。SG方法对噪声比较敏感,HANTS方法在低值区受噪声影响大。AG和DL方法平滑效果较好,DL方法的峰值更接近于原始峰值。在高植被覆盖区和季节性作物区,SG方法相关系数最高（>0.93）、均方根误差最低（< 0.1）;在城市和水体低植被指数区,HANTS方法相关系数最高,为0.87,但四种方法的均方根误差均在0.06左右,差别不大。综合考虑曲线和定量分析结果,选取SG方法进行辽宁省植被指数数据集数据重建。辽宁省植被指数数值高低的空间分布与下垫面植被类型相符合,东部山区林地植被指数最高,达到0.75以上。2009-2020年,辽宁省NDVI年均值存在波动,不同地物植被指数变化存在差别,水体和城市植被指数变化相对较小,旱田作物（玉米、大豆）的植被指数受干旱年的影响植被指数变化稍大。辽宁省主要粮食作物植被指数年内均呈单峰分布,与一年一熟型吻合,均在8月上旬达到最大值。     

Analysis of Air Quality in Eastern China and its Interaction with Other Regions of the World

In this study, we used satellite data (GOME and MOPITT) together with a global chemical-transport-model of atmosphere (MOZART-2) to characterize the chemical/aerosol composition over eastern China. We then estimated the effects of local emissions in China on the chemical budgets in other regions of the world. Likewise, we also investigated the effects of air pollution from other regions on the chemical budget over eastern China. The study shows that the column CO and NO _x concentrations are also high in eastern China. The high CO and NO _x concentrations produce modest levels of O₃ concentrations during summer (about 40 to 50 ppbv) and very low O₃ during winter (about 10 to 20 ppbv) in eastern China. The calculated NO₂ column is fairly consistent from the GOME measurement. The calculated CO column is underestimated from the MOPITT measurement. One of the reasons of the underestimation of the predicted CO is due to a fact that the CO emissions were taken without considering the rapid increase of emissions from 1990 to 2000. The calculated surface O₃ is consistent with the measured values, with strong seasonal variations. However, the measurement is very limited, and more measurements in eastern China will be needed. The column NO₂ has a very strong seasonal variation in eastern China, with the highest concentrations during winter and the lowest concentrations during summer. The cause of this seasonal variability is mainly due to the seasonal changes in the chemical loss of NO _x , which is very high in summer and very low during winter. The effects of the local emissions in China and long-range transport from other regions on the chemical distributions in eastern China are studied. The results show that NO _x concentrations in eastern China are mostly caused by the local emissions in China, especially during the winter. The CO concentration over eastern China is from both the local emissions (30% to 40%) and the transport from other regions. Likewise, the CO emissions in China have an important effect on the other regions of the world, but the effect is limited in the northern hemisphere. The local emissions in China also have an important effect on surface O₃ concentrations. During winter, the local emissions reduce the surface O₃ concentrations by 30 to 50%. During summer, the local emissions produce about 50 to 70% of the O₃ concentration in eastern China.     

Retrieval of tropospheric co profiles using correlation radiometer: I. retrieval experiments for a clear atmosphere

This paper discusses the retrieval scheme associated with the gas correlated radiometer- MOPITT which will be on board of EOS-AM1 to measure the global vertical profiles of car-bon monoxide. The vertical resolution and retrieval errors caused by errors in the temperature profiles and in the surface temperature have been assessed. The main results are: a. Assuming the noise equivalent radiance (NER) of 1.8 × 105 W m-2 sr-1, the surface tem?perature can be deduced from the wide band signals with uncertainly less than 1 K, and the atmospheric term of the modulated signal can be deduced with errors almost equal to the NER which does not significantly increase errors in the retrieved CO profiles. b. With typical uncertainty in temperature profiles, errors in the retrieved profiles at lati-? tudes lower than 70o are generally less than 20% with the first guess of 100 ppbv. (If a better first guess was used, the errors may decrease). c. By incorporating the total column CO amount derived from the reflected solar radiation in 2.3 μm spectral region into the retrieval, the accuracy of the retrieved CO profile below 6 km may be greatly improved. d. In the retrieval experiment with 10 CO profiles representing the typical CO profiles, the r.m.s. relative / absolute errors of the retrieved CO profiles are about 10% / 15-20 ppbv.     

欧亚季节环流气候平均态和气候变率：20CR再分析资料在欧亚及中国东部地区的评估

本文评估了美国国家大气海洋局（NOAA）新发布的20世纪再分析资料（20CR）对欧亚季节环流气候平均态和气候变率及中国东部气温降水的刻画能力。结果表明:20CR再分析资料对欧亚地区四季环流气候平均态刻画能力与NCEP2资料的相比,均呈现北部中高纬度系统性偏高,南部中低纬度系统性偏低的特点,导致描绘的东亚冬季风偏弱,夏季风偏强。这可能与20CR资料在极地海岸地区海冰资料处理时产生的差错有关。与中国东部的站点资料对比则显示20CR对我国东部气温的刻画偏低,而对降水的刻画偏高,站点相关性气温好于降水,东南沿海地区优于内陆地区。平均场和空间相关场结合来看,秋季气温和降水20CR与站点观测资料吻合最好。20CR资料较好地刻画近百年北半球冬夏季的气候指数（北极涛动、北大西洋涛动、北太平洋涛动、东亚冬季风、阿留申低压等）的年际变率及年代际变化特征,很好地刻画了阿留申低压1970年代末的年代际增强,西伯利亚高压1970年代末的下降和1990年后的上升趋势及北太平洋涛动、北大西洋涛动和北极涛动指数1970年代末期由负位相到正位相的年代际转变。     

Concentration of Stratospheric Ozone Derived from Lidar,Satellite, and Surface Observations

Data of stratospheric ozone measurements with the AK-3 lidar over Obninsk in 2012–2015 are compared with Aura/MLS and Aura/OMI satellite data and parallel surface observations of total ozone (TO) with the Brewer spectrophotometer. The maximum difference in mean ozone concentration between the lidar and Aura/MLS data in the altitude range of 13 to 32 km does not exceed 0.2 x 10¹² mol./cm³ (or the maximum of 9% at the altitude of 13 km). At the same time, Aura/OMI data have a positive bias of about 20% relative to lidar data in the range of 13 to 20 km that is associated with OMI measurement errors according to literature data. Total ozone values calculated from lidar measurements jointly with the known climatology data are compared with those measured with the Brewer spectrophotometer. It is demonstrated that the correlation between the results of measurements obtained by two methods is close to linear, and the mean relative difference in the overall measurement range does not exceed 5%.     

青藏高原和北美夏季臭氧谷垂直结构和形成机制的比较

利用MLS卫星资料和ERA-Interim再分析资料,比较了青藏高原和北美夏季臭氧谷的垂直结构和形成机制。结果如下:青藏高原夏季臭氧谷在垂直方向上存在两个低值中心,一个中心位于对流层顶附近,强度约为-15 DU,形成原因主要为水平幅散,另一个中心位于上平流层,强度约为-1 DU,形成原因可能为光化学反应参与的氯自由基的催化损耗。北美夏季臭氧谷仅存在一个低值中心,位于对流层顶附近,该中心强度约为-5 DU,其形成的主要原因是水平辐散。