中国4个地点地基与卫星臭氧总量长期观测比较

对我国河北香河、云南昆明、青海瓦里关及黑龙江龙凤山地基观测臭氧总量与不同时期、不同卫星反演的产品差别特点进行比较,评估地基和卫星观测臭氧总量数据的质量信息以及近30年来我国不同区域臭氧总量的变化趋势特征。结果表明:4个站点的地基与卫星观测臭氧总量的绝对和相对差别分别为-5~10 DU和-5%~4%;日平均相对差别基本上呈现随机分布特征。TOMS算法反演的卫星臭氧总量与地基差别总体上要优于与DOAS算法反演的同期产品。地基与卫星臭氧总量差别呈明显的区域特点,可能反映了卫星反演计算中所需的臭氧、温度垂直分布等初始条件的纬度分布差异对卫星产品精度的影响。在过去30年,4个站点的臭氧总量在经历1993年前的显著降低后于1995—1996年逐渐回升,而瓦里关站在2001年前后的回升更为明显。     

根据Brewer和TOMS资料分析、验证瓦里关地区大气臭氧总量变化特征

通过对1 9 9 3年9月~2 0 0 3年1 1月瓦里关地区(3 6.1 7°N,1 0 0.5 3°E)Brewer资料和TOMS资料的比较分析,结果表明:1)瓦里关Brewer臭氧光谱仪的观测数据与卫星的TOMS观测数据之间存在一定的差异,两者的差异8 0%以上集中在-2.5%~2.5%之间;2)1 9 9 3~2 0 0 3年瓦里关地区的大气臭氧总量有着明显的下降趋势,这与北半球中纬度地区观测到的平流层臭氧减少的趋势相吻合;3)瓦里关地区大气臭氧总量存在明显的年际变化和季节变化,且每年的2~4月较高,8~1 0月较低,一年中振荡的幅度达到6 0 DU;4)TOMS两个版本的观测数据与地面观测结果呈现出较好的一致性和相关性,相关系数达到0.9以上。     

地基与星载仪器观测大气臭氧总量分析

本文选取多个臭氧总量观测站点,采用"三重制约法"分别对下列3组仪器观测臭氧总量数据进行统计分析,解算出不同观测资料的误差标准差,进而对比研究各种仪器的精度特征:1)1996~2003年期间地基WOUDC(World Ozone and Ultraviolet Radiation Data Centre)观测网络仪器(包括Brewer、Dobson和Filter臭氧测量仪)与星载TOMS(Total Ozone Mapping Spectrometer)和GOME(The Global Ozone Monitoring Experiment)仪器;2)2004~2013年期间WOUDC与星载OMI(ozone monitoring instrument)和SCIAMACHY(scanning imaging absorption spectrometer for atmospheric chartography)仪器;3)2004~2013年期间地基SAOZ(Système D’Analyse par Observations Zénithales)与星载OMI和SCIAMACHY仪器。结果表明,1996~2003年期间TOMS V8和GOME观测精度相当,分别为7.6±2.8 DU/46(其中,7.6±2.8 DU为所分析站点观测资料的平均精度及其标准差,46为站点数目)和7.6±1.5 DU/46。TOMS V8观测精度优于TOMS V7(8.5±3.0 DU/46),验证了前者对后者有所改进。2004~2013年期间OMI和SCIAMACHY在WOUDC地基站点观测精度接近,分别为6.6±1.4 DU/21和6.0±1.6 DU/21。SAOZ地基仪器精度为8.4±3.6 DU/8。对于3类WOUDC地基仪器,Brewer站点观测资料的平均精度最优(7.9±3.3 DU/12),Dobson次之(8.7±2.3 DU/19),Filter最差(14.7±4.0 DU/15)。相比于卫星,3种地面仪器观测平均精度较差(10.5±4.3 DU/46),这主要是由于Filter精度较差引起。中国境内的瓦里关(Brewer)、香河(Dobson)和昆明(Dobson)3个地基站点仪器观测精度均较优,分别为7.8 DU、6.7 DU和6.6 DU。尽管不同站点之间存在一定差异,但整体来说,地基与卫星仪器在中国境内3个站点观测臭氧总量吻合较好。     

利用探空资料验证GOME卫星臭氧数据

利用1996年3月-2003年6月部分时段拉萨、西宁、北京3个站的臭氧探空资料验证了GOME（Global Ozone Monitoring Experiment）卫星臭氧廓线及对流层臭氧柱总量。对比结果表明:在对流层中下层,拉萨和西宁两地GOME与探空的平均偏差小于5%,北京地区平均偏差小于10%;在对流层上层/平流层下层,拉萨和西宁平均偏差小于10%,北京小于20%;在平流层中上层3个站的平均偏差均小于5%。在对流层上层/平流层下层区域,GOME与臭氧探空的平均偏差在北京明显高于拉萨和西宁。3个地区对流层柱总量的平均偏差都在10%以内,表明该资料可用于研究我国对流层臭氧总量的变化规律。同时段的GOME最低层（0~2.5km）月平均臭氧浓度对比结果显示,GOME结果同地面臭氧观测值有很好的相关性,GOME臭氧浓度反映了拉萨、瓦里关、临安地面臭氧浓度的主要变化特征。     

西藏当雄地基紫外线指数观测研究

基于西藏当雄2009年9月—2011年8月地基紫外线指数 (UVI) 观测,结合TUV辐射传输模式分析, 该文检验太阳天顶角、云、臭氧、积雪和气溶胶对UVI的影响。结果显示,影响地面UVI主要因素是太阳天顶角和云。晴天地面UVI可简单用太阳天顶角拟合函数表征;地面UVI的云调制因子总体上随云量增加呈下降趋势,但间隙性、未遮蔽日面的云可增强太阳散射辐射,使云调制因子值平均增加约3%~6%,个别情形达40%。臭氧低谷使当雄UVI比同纬度平原地区增加约12%;冬季短期、浅层积雪使UVI增加16%或更低,也低于模式模拟值 (23%);气溶胶 (光学厚度为0.02~0.1) 对UVI衰减低于3%。因臭氧低谷导致青藏高原臭氧南北分布的差异,相同太阳天顶角下拉萨 (海拔为3650 m) UVI较瓦里关 (海拔为3810 m) 偏高7%~10%。与卫星产品比较表明:OMI卫星UVI产品在当雄、沱沱河、瓦里关和拉萨较地基测值总体偏高65%以上,而晴天则平均分别偏高8.6%,13%,9%和50%。云、地基与卫星像元地理位置差异应是卫星UVI产品偏高的原因。当雄地基UVI测值大于14时,卫星UVI产品反而低3%应与间隙性云有效增强了地面辐射有关。     

青藏高原瓦里关地区大气臭氧柱总量及UV—B观测结果的特征分析

利用Brewer臭氧分光光谱仪对青藏高原东北部瓦里关地区的大气臭氧柱总量及太阳紫外B生物有效辐射剂量进行了连续的观测。通过对1996-1996年的资料分析表明：该地区的臭氧柱总量具有明显的年季变化特征，并存在着减少的趋势，与TOMS卫星的观测结果相一致；臭氧垂直廓线的Umkehr反演得出这一地区的臭氧数密度最大值出现在20-30km处，冬春季的高度低于夏季；太阳紫外B生物有效辐射剂量夏季最高可达0．4W／m^2。     

ISCCP产品和我国地面观测总云量差异

国际卫星云气候计划ISCCP是国际上较权威和客观的云气候性研究计划, 自1983年以来为研究全球云和辐射平衡、云水资源分布等提供了有价值的数据。在分析总云量卫星和地面两种观测方式差异的基础上, 研究了1984-2006年ISCCP D2产品和我国地面观测云资料数据集总云量空间及时间差异。尽管两套资料能一致揭示我国总云量的分布形势和气候变化特征, 但区域性差异仍比较明显。天基、地基数据可对比格点上, 全国平均而言总云量卫星观测结果比地面观测偏高8.46%, 华南地区差异最小、东北地区差异最大。气候变化趋势分析结果表明:近23年我国总云量呈减少趋势, ISCCP D2产品总云量每年减少速度为0.015%, 小于地面观测的总云量每年减少速度 (0.063%); 东北地区总云量缓慢增多, 而青藏高原、西北地区总云量减少。利用卫星和地面资料均以累积距平法检测出1984—2001年总云量减少、2002-2006年总云量显著增加。     

FY-2G云量产品与地面观测云量对比分析北大核心CSCD

为推动地面云观测自动化,利用2015 2016年全国范围内不同时段FY-2G卫星观测云覆盖率和总云量反演产品与同时段地面气象站人工观测总云量资料进行对比分析,评估卫星观测与地面人工观测的一致性和偏差。结果表明,FY-2G卫星观测云产品较地面观测偏低,总云量较云覆盖率偏低明显。定义晴天、少云、多云、阴天四种不同云量等级,进一步分析卫星数据,结果显示不同云量等级下云覆盖率与总云量与地面人工观测的一致性和偏差有所不同,晴天和少云状态下总云量产品一致性较好,阴天时云覆盖率一致性较好。从分布上分析发现西部和西南部观测偏差较大,且根据云量等级呈现不同的状态。因此在云观测自动化布局中,卫星观测不能完全替代地面云量观测。地面观测应在西部和西南部,以及天气状况较为复杂的区域加强观测。     

FY-2G云量产品与地面观测云量对比分析

为推动地面云观测自动化,利用2015 2016年全国范围内不同时段FY-2G卫星观测云覆盖率和总云量反演产品与同时段地面气象站人工观测总云量资料进行对比分析,评估卫星观测与地面人工观测的一致性和偏差。结果表明,FY-2G卫星观测云产品较地面观测偏低,总云量较云覆盖率偏低明显。定义晴天、少云、多云、阴天四种不同云量等级,进一步分析卫星数据,结果显示不同云量等级下云覆盖率与总云量与地面人工观测的一致性和偏差有所不同,晴天和少云状态下总云量产品一致性较好,阴天时云覆盖率一致性较好。从分布上分析发现西部和西南部观测偏差较大,且根据云量等级呈现不同的状态。因此在云观测自动化布局中,卫星观测不能完全替代地面云量观测。地面观测应在西部和西南部,以及天气状况较为复杂的区域加强观测。     

利用GOME卫星资料分析北京大气NO2污染变化

利用GOME (Global Ozone Monitoring Experiment, 全球臭氧监测实验) 1996年1月—2002年12月NO₂对流层柱浓度月平均卫星遥感资料以及根据北京市2001年1月1日—2002年12月31日NO₂污染指数数据计算出的地面NO₂日均质量浓度值, 分析了北京市城市大气NO₂污染变化的季节变化特征以及年际变化, 并将2001年1月—2002年12月北京上空GOME NO₂对流层柱浓度月平均值变化与北京市地面NO₂日均质量浓度月平均值变化进行了比较, 结果表明两者随时间的变化趋势具有较好的一致性, 据此可以利用GOME NO₂对流层柱浓度月平均卫星遥感资料来分析特定区域大气NO₂的季节变化和年际变化。     

典型站点气溶胶对云特性的影响

结合Cloud Sat对云的主动观测和MODIS(MODerate-Resolution Imaging Spectroradiometer)对气溶胶的被动反演,研究了典型站点气溶胶对云的宏观、微观和辐射特性的影响。结果表明,气溶胶对大陆性和海洋性站点的云均有显著影响。1)随气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)增加,水汽含量较弱站点的低层(高层)云量呈减小(增加)趋势,而水汽条件较强站点的各层云量均增大,且具有较高(较低)云顶的云层发生概率在各个站点都呈增加(减小)趋势。2)AOD的增大导致各站点云滴和冰晶粒子的有效半径均减小、大气层顶的短波和长波云辐射强迫均增强、短波云辐射强迫绝对值的加强更显著、长波云辐射强迫增加的幅度相对更大。3)气象要素在AOD大(小)值情况下的变化表明,大尺度动力条件并不能解释云的上述特性随AOD的显著改变。     

The regional distribution of tropospheric ozone in East Asia from satellite-based measurements

Estimates of tropospheric ozone in the East Asian region were obtained using the TOMS and SAGE II satellite data sets through the application of residual analysis on a regional scale. The resulting tropospheric residual ozone shows seasonal variability with highest values in spring and summer. Latitudinal variations give indications of possible input to the tropospheric ozone column from anthropogenic activity. A strong correlation between residual and TOMS total ozone data during summer time suggests a significant level of photochemical ozone production in this region during this period. Comparisons are made with surface ozone measurements from remotely located sites in Japan and show a similar overall pattern.     

Long-Term Trend in Ozone and Erythemal UV at Indian Latitudes

The role of atmospheric ozone to protect the living organisms and vegetation from the harmful effects of ultraviolet irradiation is well known. Depletion of the ozone layer is a great threat to the human society. In this paper we have discussed the lethal effects of ozone depletion and have presented the ozone and UV-B scenarios from 1979 to 2005 at different Indian latitudes using satellite data. The erythemal UV irradiance data obtained from Nimbus-7 and Earth probe total ozone mapping spectrometer (TOMS) and the tropospheric and stratospheric ozone data obtained from the convective cloud differential (CCD) method have been used to study the variability of erythemal UV irradiance and the stratospheric and tropospheric column ozone, respectively, over a period from 1979 to 2005. The observed results along with the expected upper and lower tolerance limits for tropospheric and stratospheric ozone, respectively, for different Indian latitudes, which have been estimated statistically using monthly mean CCD ozone data from 1979 to 2005 have been discussed in detail.     

Study of Ozone and NO2 over Gadanki – a rural site in South India

We have studied long-term changes in tropospheric NO₂ over South India using ground-based observations, and GOME and OMI satellite data. We have found that unlike urban regions, the region between Eastern and Western Ghat mountain ranges experiences statistically significant decreasing trend. There are few ground-based observatories to verify satellite based trends for rural regions. However, using a past study and recent measurements we show a statistically significant decrease in NO_X and O₃ mixing ratio over a rural location (Gadanki; 13.48° N, 79.18° E) in South India. In the ground-based records of surface NO_X, the concentration during 2010–11 is found to be lower by 0.9 ppbv which is nearly 60 % of the values observed during 1994–95. Small but statistically significant decrease in noon-time peak ozone concentration is also observed. Noon-time peak ozone concentration has decreased from 34?±?13 ppbv during 1993–96 to 30?±?15 ppbv during 2010–11. NO_X mixing ratios are very low over Gadanki. In spite of low NO_X values (0.5 to 2 ppbv during 2010–11), ozone mixing ratios are not significantly low compared to many cities with high NO_X. The monthly mean ozone mixing ratio varies from 9 ppbv to 37 ppbv with high values during Spring and low values during late Summer. Using a box-model, we show that presence of VOCs is also very important in addition to NO_X in determining ozone levels in rural environment and to explain its seasonal cycle.     

拉萨地区1998年夏季臭氧总量及垂直廓线的观测研究

该文根据1998年6~10月上旬在拉萨地区进行的臭氧总量及臭氧垂直廓线的观测结果, 并结合同期同纬度其他两个臭氧站数据资料, 证实了以拉萨地区为代表的青藏高原在夏季存在“臭氧低谷”的现象.分析表明, 地基和卫星观测的臭氧总量有一定误差. Umkehr观测反演结果表明夏季拉萨地区平流层臭氧分布和同纬度其他地区相比略有不同; 在对流层, 探空资料显示了该地区对流层臭氧有低值分布的特征.     

The Radiative-Dynamical Effects of High Cloud on Global Ozone Distribution

Previous studies (e.g., Dessler et al., 1996; Haigh, 1984) have discussed the effect of cloud on modelled ozone distribution through changes in the radiative heating in the lower stratosphere. Here the relationship is investigated using an interactive chemical-radiative- transport 2D model. It is shown that, while similar cooling in the lower stratosphere due to high cloud is found, the effect on ozone is not as previously expected. The inclusion of high cloud is found to bring about a warming of the troposphere, resulting in a net heating in the lower stratosphere. This strengthens the circulation, leading to a decrease in total tropical ozone. Importantly, the effect of the cloud-induced temperature changes on heating rates does not combine linearly with the direct radiative effect of cloud changes. The possibility of a link between the high cloud increases and total ozone decreases observed in some regions during strong El Niño episodes is investigated. The possible impact on ozone of a global trend in high cloud cover is also discussed.