基于Himawari-8卫星AOD产品的河南省能见度反演研究

利用2018年12月—2019年2月Himawari-8卫星气溶胶光学厚度数据产品与河南省119个国家地面观测站能见度观测资料,建立线性混合效应模型,并基于卫星观测AOD数据反演了河南省地面能见度。结果表明：Himawari-8卫星的AOD产品与Aqua的AOD产品一致性较好。线性混合效应模型反演的地面能见度与台站观测的能见度相关性可以达到082（P<005）,反演的能见度均值与观测能见度均值仅相差05 km。通过2018年12月16日14时个例分析,能见度的分布与地面观测基本保持一致,反演的地面能见度空间分辨率达到2 km。     

霾日数的统计方法讨论—以西安地区为例

利用西安1959—2010年每天02、08、14、20时能见度、日平均相对湿度以及天气现象等地面气象观测资料,采用四种方法对西安市霾日数统计分析。结果表明:四种方法统计霾日数的气候变化趋势基本一致,表明四种方法均可比较准确地反映霾出现时间,其中单时次能见度和湿度判断方法确定的历年霾日数最多,日均能见度和湿度以及天气现象综合判断方法确定的年霾日数最少。四种方法的统计结果显示,西安市1959—2010年期间年霾日数1999年最少。将四种方法统计的霾日数与实际观测霾日数的变化趋势相比,发现单时次满足条件能见度与湿度及天气现象综合判断的结果与西安历年实际变化趋势最为接近。
 

     

MODIS气溶胶产品在池州市能见度估算中的应用

能见度可以直观反映空气污染程度,通过卫星反演获取能见度可以实现大面积同步观测,弥补地面观测在此方面的不足。基于安徽省池州市2015年Terra/MODIS的气溶胶产品(AOD)和池州市一区三县4个国家观测站的能见度观测资料,分析研究MODIS气溶胶产品与能见度的关系。通过拟合池州市四季气溶胶标高,建立不同季节能见度回归模型,并利用标高数据和AOD的季节分布,反演出池州能见度的季节变化,研究了近地层大气气溶胶与地面能见度的关系,最终获取了池州市2015年四季能见度时空分布并对其特征进行分析。结果表明:池州市夏季气溶胶标高最高,冬季的最低;能见度模型估算值与观测值整体较为一致,季节平均值相对误差为18. 15%;池州市2015年四季平均能见度为13. 8 km,整体呈从东南向西北逐渐减小的趋势,空间分布不均;季节平均能见度夏季最高,为19. 3 km,冬季最低,为9. 9 km,其中石台县各季能见度均明显好于其他地区的,且四季变化小而平稳;月平均能见度7月的最好,2月、5月和9月的较差;经济社会发展状况、生态环境和气候状况是影响池州市能见度分布时空变化的主要因素。     

一个检验太阳光度计Langley定标结果可靠性的方法

准确反演气溶胶光学厚度（AOD）在气溶胶气候效应和环境效应研究中至关重要，仪器定标是目前AOD反演过程中最大的不确定性来源。Langley法作为应用最广泛的光度计定标方法，其对天气条件和大气洁净度要求苛刻，这在大气污染较重的地区难以实现，并可能导致AOD反演误差偏大。为了降低由不恰当的Langley定标所引起的AOD反演误差，本文提出一个利用辐射传输模式结合地面太阳直接辐射观测数据检验Langley定标结果合理性的方法，并利用西安2013年6月至2015年12月多滤波旋转遮光带辐射计（MFRSR）和直接辐射表（NIP）观测资料，探讨了方法的可行性。结果表明，该方法能够将Langley定标结果限定在较小的波动范围内，有效降低由定标不确定性引起的AOD反演误差，有助于提高单站点AOD观测精度。     

长江三角洲地区近30年非雾天能见度特征分析

利用地面能见度观测数据和中分辨率成像光谱仪(简称M(ODIS)所提供的气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)资料,分析了中国长江三角洲地区近30年的能见度变化特征。结果表明,该地区1980—2009年能见度年均值为19.5±1.8km,其中最高值为21.9km,在1984年,最低值为16.1km在2007年。近30年能见度呈下降趋势,平均年递减率为-0.20±0.013km/a,近几年能见度趋于稳定。该地区能见度:夏季能见度最好,秋、春季次之,冬季最差;沿海地区能见度好于内陆地区,沿江(河)两岸能见度较差;沿江(河、海)地区能见度的下降速度大于其他地区,在浙江东南部沿海地区尤为明显。利用EOF方法分析长三角地区能见度,结果表明第一模态的特征向量均为正值,说明全区能见度均呈下降趋势。利用MO-DIS AOD数据分析区域性及长期能见度变化趋势与利用地面观测数据方法分析结论相一致。     

霾日数的统计方法讨论一以西安地区为例

利用西安1959-2010年每天02、08、14、20时能见度、日平均相对湿度以及天气现象等地面气象观测资料,采用四种方法对西安市霾日数统计分析。结果表明：四种方法统计霾日数的气候变化趋势基本一致,表明四种方法均可比较准确地反映蕴出现时间,其中单时次能见度和湿度判断方法确定的历年冠日数最多,日均能见度和湿度以及天气现象综合判断方法确定的年霾日数最少。四种方法的统计结果显示,西安市1959-2010年期间年殖日数1999年最少。将四种方法统计的覆日数与实际观测氧日数的变化趋势相比,发现单时次满足条件能见度与湿度及天气现象综合判断的结果与西安历年实际变化趋势最为接近。     

南京北郊2011年春季气溶胶粒子的散射特征

利用南京北郊2011年春季积分浊度仪的观测资料,结合PM_2.5质量浓度、能见度和常规气象资料,分析了南京北郊春季气溶胶散射系数的变化特征、散射系数与PM_2.5质量浓度和能见度的关系。结果表明,观测期间气溶胶散射系数平均值为311.5±173.3 Mm^-1,小时平均值出现频率最高的区间为100~200 Mm^-1;散射系数的日变化特征明显,总体为早晚大,中午及午后小。散射系数与PM_2.5质量浓度的变化趋势基本一致,但与能见度呈负相关关系。霾天气期间散射系数日平均值为700.5±341.4 Mm^-1,最高值达到近1 900 Mm^-1;结合地面观测资料、NCEP/NCAR再分析资料和后向轨迹模式分析显示,霾期间气块主要来自南京南部和东南方向。     

基于自动能见度资料估算AOD变化特征分析

利用2016年萝北气象观测站的自动能见度观测资料、地面常规观测资料,应用宽带消光方法进行反演,建立萝北县2016年气溶胶光学厚度(A0D)的时间序列,采用气候趋势分析、相关分析等方法,分析萝北县A0D季、月、日变化特征,结果表明:AOD值随季节有明显的变化,冬季AOD值明显大于其他三个季节,高出其它季节近1倍;1月的AOD值为全年最大,随后开始下降,4-8月降至全年最低,随后9月又迅速增大;在日变化曲线上看,A0D值存在2个明显波峰和波谷。     

毫米波雷达在港口海雾观测和能见度反演中的应用

利用2014年12月和2015年3月浙江省宁波市北仑海港光明码头毫米波雷达观测数据及分布在毫米波雷达附近的4部前向散射能见度仪观测数据,开展海雾联合观测实验,建立雷达反射率与海雾能见度的关系。结果表明:(1)毫米波雷达可以获取海雾的内部结构、分布范围、云雾强度随距离和高度的变化趋势;(2)当雷达反射率上升时,能见度降低,反之升高。通过毫米波雷达反演的能见度与能见度仪观测值有较好的相关性;(3)订正后的反演算法进一步提高了毫米波雷达反演海雾能见度的准确性。     

西安市霾天气与清洁天气变化特征及影响因素分析

利用2006-2012年西安市污染物质量浓度、气象站逐时地面风场、相对湿度和能见度等资料,依据霾天气的定义统计理论霾日数,对比人工观测霾日与判据统计理论霾日的合理性,通过对霾天气与清洁天气过程的气象条件分析,分析西安市霾天气与清洁天气过程的变化特征及影响因素。结果表明：2006-2012年西安市霾天气过程在干季发生频率较高,湿季发生较少。地面风场对霾天气过程影响较大,绝大部分霾天气过程的日平均风速＜1.5 m·s^-1;干季大部分霾天气过程日平均风速≤1.0 m·s^-1,极端个例甚至在0.5 m·s^-1以下。清洁天气过程在干季发生次数多于湿季,主要与干季风速较大和湿度较小相关。     

FY-3A/MERSI、MODIS C5.1和C6气溶胶光学厚度产品在中国区域与地面观测站点的对比分析

准确获取气溶胶光学厚度对于气候变化研究和大气环境监测具有重要意义。通过波长插值和时空匹配方法,利用气溶胶自动观测站网（AERONET）观测的气溶胶光学厚度（AOD）对风云3A/中分辨率光谱成像仪（FY-3A/MERSI）、Terra（Aqua）/MODIS的C5.1（Collections 5.1）和C6（Collections 6）气溶胶光学厚度产品在中国区域的反演精度进行验证分析。结合一次发生在中国境内的沙尘天气与一次严重雾霾天气个例,分析上述卫星气溶胶光学厚度的分布特征。研究结果表明,（1）FY-3A/MERSI AOD的反演精度较高（R=0.887,RMSE=0.234）,其值低于AERONET的观测值（Bias=-0.293）。（2）在不同的下垫面下,各种卫星暗像元算法AOD产品反演精度有差异,植被覆盖情况越好,反演精度越高,而植被很少的地区,即亮地表甚至没有反演值。（3）MODIS C5.1深蓝算法产品能在亮地表地区反演AOD,但效果不佳。MODIS C6中的深蓝算法产品在不同下垫面的反演精度都很高（RMSE为0.096-0.127）。（4）在不同季节的对比中,各种卫星AOD产品在夏季的反演精度最差,而反演最好的季节各有不同。（5）在一次沙尘天气污染与一次严重雾霾天气个例中,中国西部与北部区域,MODIS C6深蓝算法AOD的监测效果优于其他算法AOD;MERSI AOD产品在此区域的分布不连续。总体而言,MODIS C6 AOD分布比MODIS C5.1产品连续,MODIS 3 km产品在相同区域的AOD值高于其他产品。以上结论可为卫星AOD产品在中国区域的使用提供参考。      

秸秆燃烧对北京秋季气溶胶浓度和短波辐射影响的模拟研究

利用地面细颗粒物（PM2.5）浓度和气象常规观测资料、地基 AERONET观测资料、GFED生物质燃烧排放清单和大气化学—天气耦合模式WRF-Chem,模拟研究了华北地区2014年10月气象要素和大气污染物的时空演变,重点关注北京10月7～11日的一次重霾事件及其天气形势、边界层气象特征、输送路径、PM2.5及其化学成分浓度变化等特征,以及秸秆燃烧对华北和北京地区细颗粒物浓度和地面短波辐射的影响。与观测资料的对比结果显示,模式可以很好地模拟北京地区地面气象要素和PM2.5质量浓度,考虑秸秆燃烧排放源可以明显改进北京PM2.5浓度模拟的准确性,但在重度污染情况下,模式总体上低估气溶胶光学厚度和高估地面短波辐射。10月7～11日北京地区重霾事件主要是不利气象条件下人为污染物累积和区域输送造成,也受到华北地区南部秸秆燃烧的影响。河南北部、河北南部和山东西部大面积秸秆燃烧释放的气态污染物和颗粒物在南风的作用下输送至北京,秸秆燃烧对北京地区地面PM2.5、有机碳（OC）、硝酸盐、铵盐、硫酸盐和黑碳（BC）的平均贡献率分别为24.6%、36.8%、23.2%、22.6%、7.1%和19.8%,秸秆燃烧产生的气溶胶可以导致北京地面平均短波辐射最大减小超过20 W m－2,约占总气溶胶导致地表短波辐射变化的24%。     

基于能见度及AOD数据的北京市PM2.5浓度的反演

选择北京市为研究地区,对2014～2017年AERONET（Aerosol Robotic Network）提供的CE-318太阳光度计440 nm波段反演的气溶胶光学厚度（AOD）进行风速订正,对订正后 AOD 日均数据与同期地面监测站PM2.5日均浓度数据做季节相关性分析并建立回归模型。又引入能见度因子并利用广义差分法构建2015～2017年北京市AOD与PM2.5浓度、能见度的三元回归模型,最后将2014年数据分为污染日和非污染日分别进行模型检验。结果表明:AOD与PM2.5浓度存在显著的线性正相关性,且存在季节性差异,夏季相关性最强、秋季次之、春季和冬季最低。引入能见度因子并消除自相关后,四季的模型相对误差均显著减小,模型拟合优度显著提高。检验结果为四季整体的平均相对误差在21%～31%范围内,与前人的结果相比拟合曲线的准确性得到了明显地提高。且模型对低PM2.5浓度日的模拟效果较好,对于高PM2.5浓度日的模拟效果较差。本研究对构建北京地区PM2.5浓度长期的历史数据具有重要的科学意义。     

Himawari-8气溶胶光学厚度产品的验证分析

Himawari-8是由日本气象局发射的新一代静止气象卫星，其搭载的传感器AHI（Advanced Himawari Imager）可实现10 min/次的高时间分辨率对地观测。本文将2015年9月至2017年12月Himawari-8卫星Level-2气溶胶光学厚度（AOD）产品与AERONET（AErosol RObotic NETwork）70个站点的地基观测数据进行对比验证分析，结果表明Himawari-8卫星反演的气溶胶光学厚度产品的精度存在很大的空间上的差异性，其中有48个站点Himawari-8 AOD与AERONET AOD之间存在较好的相关性（R>0.5），有22个站点Himawari-8卫星反演气溶胶光学厚度产品存在明显的低估现象。在American_Samoa、Bandung、Birdsville、Bukit_Kototabang、Canberra、Fowlers_Gap、Jabiru以及QOMS_CAS等站点出现地基观测值很小而卫星反演的气溶胶光学厚度较大的情况。对绝对误差（Himawari-8 AOD与AERONET AOD的差）进行分析发现Himawari-8 AOD存在低估现象时绝对误差与AERONET AOD之间存在较好的相关性；在地基观测值很小而Himawari-8卫星反演AOD较大的地区绝对误差与Himawari-8 AOD之间存在较好的线性关系，这为Himawari-8 AOD反演算法的改进与完善提供了有用的研究发现。     

京津冀地区气溶胶时空分布及与城市化关系的研究

利用AERONET（AErosol RObotic NETwork）数据对2008~2012年Terra MODIS（MOderate-resolutionImaging Spectroradiometer）C006 3 km卫星遥感气溶胶产品在京津冀地区的适用性进行了验证,分析京津冀地区3km分辨率气溶胶光学厚度（AOD）的时空分布和变化特征。利用DMSP（Defense Meteorological Satellite System）/OLS（Operational Linescan System）夜间灯光数据作为城市化评价手段,对京津冀地区城市化与AOD时空分布之间的关系进行了研究。结果表明:（1）MODIS 3 km气溶胶产品遥感反演数据和同期AERONET监测数据在研究区具有很好的一致性,相关系数达0.91,满足期望要求;（2）时间上,2008~2012年研究区年平均AOD值在0.361~0.453之间变化,年际间变化浮动大,总体呈下降趋势;AOD春季呈明显下降趋势,夏季总体呈微弱上升趋势,秋季和冬季呈明显上升趋势;（3）空间上,2008~2012年北京、天津和河北中南部的AOD值较高,河北北边AOD值较低;四季AOD空间分布呈现较强烈季节变化,夏季最高,冬季最低;（4）夜间灯光数据和AOD时空分布不仅在空间分布上呈现较好的一致性,且2008~2012年二者的地理权重回归（GWR）模型拟合度R2达0.8左右。研究区内AOD与夜间灯光数据二者相关性显著,城市化发展水平和人类活动对气溶胶的分布有着明显的影响。     

Satellite and ground-based remote sensing of aerosols during intense haze event of October 2013 over lahore,Pakistan

Due to increase in population and economic development, the mega-cities are facing increased haze events which are causing important effects on the regional environment and climate. In order to understand these effects, we require an in-depth knowledge of optical and physical properties of aerosols in intense haze conditions. In this paper an effort has been made to analyze the microphysical and optical properties of aerosols during intense haze event over mega-city of Lahore by using remote sensing data obtained from satellites (Terra/Aqua Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) and Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation (CALIPSO)) and ground based instrument (AErosol RObotic NETwork (AERONET)) during 6-14 October 2013. The instantaneous highest value of Aerosol Optical Depth (AOD) is observed to be 3.70 on 9 October 2013 followed by 3.12 on 8 October 2013. The primary cause of such high values is large scale crop residue burning and urban-industrial emissions in the study region. AERONET observations show daily mean AOD of 2.36 which is eight times higher than the observed values on normal day. The observed fine mode volume concentration is more than 1.5 times greater than the coarse mode volume concentration on the high aerosol burden day. We also find high values (~0.95) of Single Scattering Albedo (SSA) on 9 October 2013. Scatter-plot between AOD (500 nm) and Angstrom exponent (440-870 nm) reveals that biomass burning/urban-industrial aerosols are the dominant aerosol type on the heavy aerosol loading day over Lahore. MODIS fire activity image suggests that the areas in the southeast of Lahore across the border with India are dominated by biomass burning activities. A Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory (HYSPLIT) model backward trajectory showed that the winds at 1000 m above the ground are responsible for transport from southeast region of biomass burning to Lahore. CALIPSO derived sub-types of aerosols with vertical profile taken on 10 October 2013 segregates the wide spread aerosol burden as smoke, polluted continental and dust aerosols.     

华北及其周边地区秋季气溶胶光学性质的星载和地基遥感观测

利用2004～2009年秋季臭氧监测仪的3级观测资料,分析了华北及周边地区的气溶胶光学性质。结果表明:大部分区域气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)和气溶胶紫外吸收指数(Ultra Violet Aerosol Index,UVAI)平均值分别高于0.8和0.75;高气溶胶事件发生频次统计表明,AOD高值(>0.4)频发于北京及其周边地区,UVAI高值(>1.0)频发于河北中部及南部地区;华北及其周边地区绝大多数城市平均AOD和UVAI分别高于0.7和0.60,而张家口、承德和阳泉3个城市的平均AOD和UVAI值分别低于0.6和0.65。作者进一步研究了2006年10月30日的一次霾事件中气溶胶的光学性质以及其时空分布特征。结果表明,霾由华北地区输送至渤海海域,并向东北方向输送;香河地基EZlidar激光雷达的垂直观测结果进一步表明,工业和城市型气溶胶主要集中在1500m以下,其中高浓度部分集中于650m以下,平均峰值位于285m,平均消光系数达2.15km-1;CALIOP卫星观测资料结合后向轨迹分析表明,大气低层气溶胶类型以工业和城市型气溶胶为主,而高层则由于上游大气输送沙尘粒子的混入使气溶胶类型转变为污染—沙尘型。霾事件期间,香河站CE-318太阳光度计观测的AOD平均值(标准差)从背景值0.08(0.04)升高至1.17(0.14);ngstrm指数平均值(标准差)从背景值0.90(0.10)升至1.12(0.09);核模态、积聚模态和粗模态的气溶胶粒子数柱总量均增加,其中细粒子所占比例明显升高。     

北京一次持续霾天气过程气象特征分析

2013年1月10-14日,北京平原地区出现了水平能见度在2 km以下、以PM_2.5为首要污染物、空气质量持续5 d维持在重度以上污染水平的霾天气。综合分析此次霾天气过程的天气形势、北京地区常规和加密气象资料以及城郊连续观测的PM_2.5浓度资料。结果表明：此霾过程期间,北京高空以平直纬向环流为主,受西北偏西气流控制,没有明显冷空气南下影响北京地区,地面多为不利于污染物扩散和稀释的弱气压场;大气层结稳定、风速小(日平均风速小于2 m·s^-1)、相对湿度较大（日平均相对湿度在70 %以上）、逆温频率高强度大,边界层内污染物的水平和垂直扩散能力差;北京城区及南部的京津冀地区人类活动排放污染物强度大,在相对稳定和高湿的天气背景下,受地形和城市局地环流的影响,北京本地污染物累积和区域污染物输送以及PM_2.5细粒子在高湿条件下的物理化学转化等过程共同作用造成此次北京城区及平原地区污染物浓度快速增长并持续偏高,高浓度PM_2.5对大气消光有显著影响,造成低能见度和持续霾天气。     

HAZE-TO-FOG TRANSFORMATION DURING A LONG LASTING, LOW VISIBILITY EPISODE IN NANJING

Haze-to-fog transformation during a long lasting, low visibility episode was examined using the observations from a comprehensive field campaign conducted in Nanjing, China during 4-9 December 2013. In this episode, haze was transformed into fog and the fog lasted for dozens of hours. The impacts of meteorological factors such as wind, temperature (T) and relative humidity (RH) on haze, transition and fog during this episode were investigated. Results revealed significant differences between haze and fog days, due to their different formation mechanisms. Comparison was made for boundary-layer conditions during hazy days, haze-to-fog days and foggy days. Distributions of wind speed and wind direction as well as synoptic weather conditions around Nanjing had determinative impacts on the occurrences and characteristics of haze and fog. Weakened southerly wind in southern Nanjing resulted in high concentration of pollutants, and haze events occurred frequently during the study period. The wind speed was less than 1 m s-1 in the haze event, which resulted in a stable atmospheric condition and weak dispersion of the pollutants. The height of the temperature inversion was about 400 m during the period. The inversion intensity was weak and the temperature-difference was 4°C km-1 or less in haze, while the inversion was stronger, and temperature-difference was about 6°C km-1, approaching the inversion layer intensity in the fog event. Haze event is strongly influenced by ambient RH. RH values increased, which resulted in haze days evidently increased, suggesting that an increasing fraction of haze events be caused by hygroscopic growth of aerosols, rather than simply by high aerosol loading. When RH was above 90%, haze aerosols started to be transformed from haze to fog. This study calls for more efforts to control emissions to prevent haze events in the region.     

北京晴天紫外波段气溶胶光学厚度反演与分析

利用太阳一大气紫外光谱辐射计(SAUVS)，测量到达北京地表的太阳直接和散射紫外光谱辐射，给出反演大气气溶胶光学厚度的一种方法。结果表明：在紫外波段，大气气溶胶的光学厚度随波长的增加而单调减小，用指数函数可以很好地拟合反演结果。统计得到了3个水平能见度状况下拟合函数的系数值，与全球气溶胶监测网络(AERONET)北京站的资料对比，表明反演结果基本合理。