沈阳大气气溶胶光学特性及其影响因子

利用2010年3—10月沈阳大气成分监测站CE－318太阳光度计观测资料,计算沈阳大气气溶胶光学厚度和波长指数等大气光学特性参数,结合地面气象观测资料,分析大气气溶胶光学特性及其影响因子。结果表明：沈阳气溶胶光学厚度在3—6月较高,8月较低,9—10月气溶胶光学厚度略有增加;除4月和8月外,气溶胶光学厚度与风速基本呈反相关;气溶胶光学厚度与可吸入颗粒物（particulate matter,PM）质量浓度变化趋势基本一致;气溶胶光学厚度日平均值距平的绝对值、改变率均与降水强度成正比;地面能见度与气溶胶光学厚度呈负相关。由气溶胶浑浊度系数计算的能见度在4—6月与实际观测的能见度基本吻合,由气溶胶标高计算的水平能见度整体小于实际观测的水平能见度。     

我国大气气溶胶光学厚度的特性

卫星遥感信息中,含有大气气溶胶的影响,对于卫星遥感资料进行大气气溶胶光学厚度的大气修正是必需的。在大气环境质量评价中,大气气溶胶光学厚度可作为表达大气气溶胶含量的参数。我国迄今尚未对于大气气溶胶光学厚度进行系统的观测,鉴于此种情况,对于大气的这一重要参数,我们根据地面日射台站的能见度等气象资料,作一个初     

小洋山岛大气气溶胶光学厚度的特征分析

小洋山岛位于上海东南面距海岸线约30km处,四面环海,研究其上空的大气气溶胶光学特性对了解我国东部沿海地区及其近海海域的环境和气候影响等都具有重要的意义。对于近岸海岛的气溶胶光学厚度(AOD)观测,至今国内尚未见这方面的实测资料与分析。本次实验利用2006～2007年连续观测得到的AOD值,分析了AOD的季节变化及其与地面风向、湿度和能见度等气象要素的关系,并给出了气溶胶消光谱。分析发现:小洋山地区AOD具有春季最大,冬季次之,秋季较小的特点,而且在低能见度情况下,气溶胶以大粒子为主;盛行西风时,AOD值增大且大粒子比重增加;AOD与湿度有较好的正相关关系。     

中国10个地方大气气溶胶1980～1994年间变化特征研究

作者发展了一个从地面上太阳短波直射辐射和能见度信息综合确定大气柱气溶胶总光学厚度和平流层气溶胶光学厚度的方法，并应用这个方法从气象台站观测资料反演得到北京、昆明、喀什、上海、广州、郑州、沈阳、武汉、格尔木和乌鲁木齐等10个地方从1980到1994年间晴天气溶胶光学厚度资料，分析了这些地方气溶胶光学厚度月变化和年变化特征，并侧重分析了1982年墨西哥厄尔奇琼火山和1991年菲律宾皮纳图博火山爆发对气溶胶光学厚度的影响。     

关于中国大气气溶胶光学厚度的一个参数化模式

应用中国 1 6个气象台站探测的 1 990年太阳宽带直射辐射信息 ,反演得到了这些台站大气气溶胶光学厚度资料 ,发展了一个应用地面气象能见度和水汽压信息确定大气柱气溶胶光学厚度的参数化模式 ,它比 Elterman模式更适合中国的广大地区。研究还发现 ,比较 Elter-man气溶胶粒子浓度垂直分布模式 ,中国许多地方气溶胶粒子浓度垂直衰减较慢。     

北京地区气溶胶光学厚度中长期变化特征

利用1977～1985年北京地区太阳直接辐射谱资料，分析获得了气溶胶光学厚度谱特性，使用PIS光谱仪从1993年3月到1995年3月，持续观测了北京地区晴天和少云天气的太阳直射光谱。得到了至今较为长期系统的城市大气气溶胶光学性能及特征。研究表明:（1）气溶胶光学厚度有春夏季大，秋冬季小的统计规律；（2）能见度分级后，同一能见度下气溶胶光学厚度各季节之间的差别大为减小，地面能见度对整层光学厚度表现出了较强的约束作用，文中给出了统计关系；（3）气溶胶光学厚度有逐年增高的趋势，1977年至1994年间增长了约三分之二。     

2000—2013年北京及周边地区大气气溶胶光学厚度时空变化特征及气象影响因素分析

利用NASA Terra卫星搭载的MODIS传感器观测到的2000—2013年气溶胶光学厚度数据和河北省142个观测站同期的气象数据,对北京及周边区域大气气溶胶的时空变化特征进行了分析,并通过研究光学厚度与各气象要素的关系,对影响大气气溶胶时空变化的关键气象因素进行探讨。结果表明：北京以南区域的气溶胶光学厚度在夏季最大,其次为春季,秋冬季相对较低,河北省西北部低于东南部;坝上地区的光学厚度年际变化小于其他地区,平原区与沿海地区的年际变化基本一致,春夏高于秋冬。春季相对湿度是影响光学厚度值的重要因素,气溶胶光学厚度的高值出现在5—7月,并伴随较高的相对湿度、较低的能见度、南风、较低的地面风速和稳定的大气层结。北京以南的河北省各台站污染程度与北京类似,南部站点的光学厚度高于东北部,这与人为气溶胶的排放主要集中于北京南部的工业城市,以及南风控制的污染物扩散方向有关。     

地基多波段遥感西藏当雄地区 气溶胶光学特性

根据1998年5、6月份在西藏当雄地区进行的为期两个月的气溶胶地面多波段观测结果,讨论了仪器的定标、气溶胶光学特性及其变化规律,并反演了粒子谱分布。结果表明,当雄地区气溶胶光学厚度较小,光学厚度与大气相对湿度呈正相关。干季气溶胶光学厚度日变化大,光学厚度最小值出现在中午前后,而湿季日变化相对要小,光学厚度也小于干季。反演的粒子谱符合干洁大陆气溶胶的特性。     

成都夏季气溶胶消光特性研究

本文利用成都2017年6~8月的米散射微脉冲激光雷达观测数据,对成都夏季气溶胶消光系数、边界层高度以及气溶胶光学厚度进行了反演,并结合太阳光度计观测资料、地面颗粒物浓度以及大气能见度数据研究了气溶胶消光系数日变化与月变化规律,气溶胶消光系数的垂直分布特征及影响因素。结果表明:气溶胶消光系数的日变化受人类活动以及边界层日变化影响显著,表现出凌晨与傍晚最大,早晨次之,午后最小的特征。消光高值出现在200m以下和300~700m的高度区间,夜间观察到的消光高值可能与颗粒物在夜间近地面浓度较高以及本地夜间降水频发有关。激光雷达反演的消光系数与光度计反演的气溶胶光学厚度在夏季各月的表现一致,夏季各月消光极值均出现在100~150m的近地面层。近地面消光系数与地面颗粒物浓度之间具有较好的正相关,并且粒子粒径更小时相关性更好。气溶胶光学厚度主要来自低层大气的贡献,0.1~0.2μm的细粒子气溶胶占比对于大气消光有主要影响,但气溶胶对大气的消光影响除了与粒子浓度有关,还与粒子的理化性质有关。      

华南沿海地区太阳直接辐射、能见度及大气气溶胶变化特征分析

分析了中国华南地区福州、广州、海口、南宁等地1961～1990年太阳直接辐射总量、日照时数、总云量、大气能见度和地面水汽压等资料,并利用这些资料反演了该地区大气气溶胶的光学厚度值。结果表明：近30年来,华南地区太阳直接辐射总量和日照时数呈明显下降趋势。与60年代相比,80年代各站太阳直接辐射总量的年平均值均下降20%以上,其中广州下降29.2%;日照时数,广州减少了1.1 h,福州1 h,南宁0.9 h,海口0.5 h。分析发现,造成下降的原因不是由于云量或大气中水汽含量的变化,而是由于地面能见度的明显减小和大气气溶胶的增加。4站中,14时地面能见度均以夏季最好,最高值出现在7月;而地面能见度最差的季节海口、南宁两站在冬季,福州和广州两站在春季3、4月份。相比较而言,海口能见度最好,福州和南宁次之,广州最差。4站大气气溶胶光学厚度值的大小、年及季节变化与地面能见度有密切的关系,但两者不尽一致,因此,在研究气溶胶的辐射和气候效应时必须合理地考虑中高层大气气溶胶的分布。     

中国3个典型城市气溶胶光学厚度地基观测及其MODIS气溶胶产品精度分析

利用中国太阳分光观测网的观测资料结合MODIS(中分辨率成像光谱仪)的气溶胶产品分析了北京、兰州、上海3个典型区域城市的气溶胶光学特性。结果表明:北京AOD(气溶胶光学厚度)年平均为0.41±0.35,春夏高,秋冬低,Angstrm波长指数α年平均为1.40±0.85表现为细模态粒子,MODIS的光学厚度为0.52±0.39与地面观测相关系数为0.91,存在系统性高估;兰州AOD年平均为0.55±0.21,夏季最低,秋冬较高,α年平均为0.95±0.20表现为粗模态粒子,MODIS光学厚度为0.43±0.21与地面观测相关系数仅为0.07,存在系统性低估;上海AOD年平均为0.55±0.21,无明显季节变化,α平均为1.03±0.25,MODIS光学厚度为0.74±0.30与地面观测相关系数为0.75,存在系统性高估。城市地理位置和复杂地表等原因造成反照率的不确定,MODIS气溶胶产品在这3个城市的反演效果仍有很大提升空间。     

东亚夏季风环流对气溶胶分布的影响

用2001—2012年逐月的MODIS-TERRA卫星观测气溶胶光学厚度(AOD)资料和NCEP/NCAR风场资料,分析了5—8月东亚地区AOD的时-空分布特征,研究东亚夏季风环流对气溶胶时-空分布的影响。主要结论如下:5—8月的中国东部及邻近海洋上AOD有着显著的季节演变特征,尤其是32.5 °N附近的AOD高值区,其强度和范围在5—8月逐渐增强然后又减弱。东亚夏季风通过环流输送作用对各地的AOD产生了不同程度的影响,使中国南部AOD减少,而华北和东北地区AOD增加。在强、弱季风年背景下,7月观测的AOD差异与环流输送作用差异的分布特征有着一定的相似性,体现出东亚夏季风年际变化对气溶胶分布的影响。在东亚夏季风演变的不同阶段,季风环流对气溶胶输送大部分情况下,可解释局地气溶胶变化10%~20%的方差。     

Aerosol Data Assimilation Using Data from Fengyun-3A and MODIS:Application to a Dust Storm over East Asia in 2011

Aerosol optical depth(AOD) is the most basic parameter that describes the optical properties of atmospheric aerosols,and it can be used to indicate aerosol content. In this study, we assimilated AOD data from the Fengyun-3 A(FY-3 A) and MODIS meteorological satellite using the Gridpoint Statistical Interpolation three-dimensional variational data assimilation system. Experiments were conducted for a dust storm over East Asia in April 2011. Each 0600 UTC analysis initialized a24-h Weather Research and Forecasting with Chemistry model forecast. The results generally showed that the assimilation of satellite AOD observational data can significantly improve model aerosol mass prediction skills. The AOD distribution of the analysis field was closer to the observations of the satellite after assimilation of satellite AOD data. In addition, the analysis resulting from the experiment assimilating both FY-3 A/MERSI(Medium-resolution Spectral Imager) AOD data and MODIS AOD data had closer agreement with the ground-based values than the individual assimilation of the two datasets for the dust storm over East Asia. These results suggest that the Chinese FY-3 A satellite aerosol products can be effectively applied to numerical models and dust weather analysis.     

2010年秋季鞍山气溶胶光学特征变化

利用2010年9-11月鞍山大气成分监测站CE-318太阳光度计观测资料,依据气溶胶光学厚度测量原理,计算得到2010年鞍山秋季大气气溶胶光学厚度、波长指数等大气光学特性数据,通过统计分析,给出鞍山秋季气溶胶光学特性分布特征。结果表明：随着测量AOD波段的降低,AOD值逐渐增大,9月的AOD平均值最大,10月AOD平均值次之,11月AOD平均值最小。从频率分布看,2010年9月 AOD日均值集中分布在0.4-0.6之间,10月和11月AOD日均值集中分布在0.0-0.4之间,表明10-11月大气较为清洁|波长指数日均值的频率分布说明鞍山秋季大气污染物以细粒子为主。500 nm 的AOD值与波长指数成对数关系,两者在9、10月和11月的相关系数分别为0.5145、0.8412和0.2715;9月AOD与PM₁₀、PM_2.5、PM_1.0质量浓度为较小负相关,10月和11月AOD与PM₁₀、PM_2.5、PM_1.0质量浓度成正相关,且10、11月AOD与气溶胶细粒子相关性较为显著。AOD值与能见度在趋势上呈较小的负相关性,可能是由于高层气溶胶粒子对气溶胶光学厚度产生了主要影响。     

利用MODIS光学厚度遥感产品研究北京及周边地区的大气污染

对2001年在北京地区利用太阳光度计观测的气溶胶光学厚度和NASA发布的MODIS气溶胶产品进行了比较,验证了这一卫星遥感产品的可靠性;比较了2001年MODIS气溶胶光学厚度(AOD)产品和由空气污染指数(API)计算的每日平均可吸入颗粒物(PM10)浓度,得到了比较高的相关系数,证实该气溶胶产品可用于污染分析.将北京地区AOD与气象能见度观测资料进行比较,得到了不同季节的气溶胶"标高".利用统计的不同季节的气溶胶标高,从光学厚度的季节分布得到了能见度(能见距离)的季节分布.气溶胶光学厚度图像的个例分析表明,除局地排放外,周边区域(主要为西南和南向)的输送对北京市区的空气污染贡献份额较大.卫星遥感气溶胶可以比较直观地再现污染物的区域分布和输送,不仅为研究全球气候变化也为研究区域环境的空气质量提供了一种有效手段.     

利用AVHRR数据反演陆地气溶胶光学厚度

开发AVHRR可见光通道反演陆地气溶胶光学厚度 (AOD) 的算法对于研究长时间序列AOD的变化有重要意义。AVHRR由于缺少2.1 μm通道而不能采用MODIS的暗背景算法,该文利用背景合成算法进行陆地AOD反演。背景合成算法是指假设一段时间内地表反射率变化不大且会出现相对清洁大气, 采用最小值合成即可得到地表反射率,再通过辐射传输模式6S制作的查算表查算得到AOD的反演结果。将此算法应用到2009年AVHRR中国部分陆地区域 (15°~45°N,75°~135°E) 得到AOD的时空分布,将反演结果与同期Aqua/MODIS的MOD04 AOD产品进行对比分析表明,华北和华东地区的反演效果较好,西北地区结果较差。以长江三角洲地区为例可知,AVHRR AOD产品与MODIS AOD产品以及AERONET观测的AOD相比相关系数基本在0.6以上,从时间变化规律来看,AVHRR AOD和MODIS AOD产品年变化趋势具有很好的一致性。该文为建立长时间序列AVHRR AOD数据集提供了一个较为可行的方法。     

夏季东亚地区AOD与地面太阳辐射变化的联系及季风环流异常:季节趋势影响

利用2000—2013年MODIS-Terra卫星产品提供的气溶胶光学厚度(aerosol optical depth,AOD)资料及NCEP/NCAR再分析资料集,使用奇异值分解(singular value decomposition,SVD)方法,分析了夏季东亚地区AOD与到达地面太阳辐射(downward solar radiation flux,DSRF)相联系的主要模态,并分析了其与夏季风变化的关系。夏季多年平均的AOD分布显示,在东亚地区存在两个AOD大值区(0.9),分别位于山东、河南、河北交界处附近以及苏中部分地区。而在福建、台湾及其附近洋面上,夏季AOD的值小于0.4。地面太阳辐射总体上呈现出由南往北递增的分布。比较发现,AOD与地面太阳辐射的气候分布较为相似。在保留季节趋势的情况下,运用SVD方法对两者进行分解,结果表明东亚地区AOD与地面太阳辐射表现出较好的正相关关系。由于相对于年际变化而言,季节趋势是更为主要的部分,因而这种同相关系可归因于季风活动的季节性进程。利用SVD1左场时间系数进行相关分析发现:6月(2013年除外),当中国东部气溶胶AOD大而地面太阳辐射亦大时,在中国东南部以及日本岛南部地区,由于气流辐合增强和存在较强的上升运动,降水偏多,而由于副高位置偏南,使得中国中东部偏北地区水汽供应偏弱,降水偏少。由于地面净太阳辐射增强,华北部分地区异常增暖。8月,大陆上空AOD为负(时间系数为负),地面太阳辐射减少,北方降水增多而南方降水减少,华北地区有一小范围的异常降温。上述结果表明北方气溶胶明显偏少时,云量增加,降水将增多,且辐射明显减弱;说明夏季风的季节进程对气溶胶、到达地面的太阳辐射变化等具有重要影响。     

Seasonal Variations of Aerosol Optical Depth over East China and India in Relationship to the Asian Monsoon Circulation

Seasonal variation features of aerosol optical depth (AOD) over East China and India in association with the Asian monsoon system are investigated, based on the latest AOD data derived from the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) aboard the Terra satellite, the NCEP Final (FNL) Operational Global Analysis data, the Climate Prediction Center (CPC) Merged Analysis of Precipitation (CMAP) data, and the NCEP/NCAR reanalysis data from March 2000 to February 2017. The results indicate that AOD in East China is significantly larger than that in India, especially in spring. The seasonal mean AOD in East China is high in both spring and summer but low in fall and winter. However, the AOD averaged over India is highest in summer and lower in spring, fall, and winter. Analysis reveals that AOD is more closely related to changes in surface wind speed in East China, while no obvious relation is found between precipitation and the AOD distribution on the seasonal timescale. As aerosols are mainly distributed in the atmospheric boundary layer (ABL), the stability of the ABL represented by Richardson number (Ri) is closely correlated with spatial distribution of AOD. The upper and lower tropospheric circulation patterns significantly differ between East China and India, resulting in different effects on the AOD. The effect of advection associated with lower tropospheric circulation on the AOD and the influence of convergence and divergence on the AOD distribution play different roles in maintaining the AOD in East China and India. These results improve our understanding of the mechanism responsible for and differences among the aerosol changes in East China and India.     

东亚冬季风异常对区域气溶胶分布的影响

气溶胶已是东亚地区最主要的大气污染物之一,其时空分布会受到东亚季风气候的影响。利用2000～2014年MODIS/AOD（Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer/Aerosol Optical Depth）和NCEP月平均气象场再分析资料,本研究分析了东亚冬季风长期变化趋势、气溶胶年际变化规律,探讨了东亚冬季风强度变化对气溶胶分布的影响。基于MODIS/AOD,发现近10年东亚地区冬季AOD呈现上升趋势,最大值为2007年的0.44,高值区覆盖四川盆地、华北平原及长江中下游大部分地区。风场特征类冬季风指数分析表明,东亚冬季风存在明显的年际和年代际差异,近年出现逐渐减弱的趋势。强冬季风年,海陆气压差增大、东亚大槽加深增强,东亚地区偏北风异常,风场的增强将引导更多冷空气南下,从而给东亚大部分地区带来明显的降温天气;弱年相反。气象场差异引起气溶胶分布变化,强年较强的偏北风将气溶胶向南方输送,东亚地区AOD出现“北低南高”的空间分布;弱年偏北风较弱,导致气溶胶集中在华北平原一带,AOD出现“北高南低”的空间分布。