用MODIS遥感资料分析四川盆地气溶胶光学厚度时空分布特征

利用MODIS卫星遥感光学厚度产品，分析了四川盆地光学厚度分布和季节变化特征。由于受沙尘天气的影响，春季四川盆地具有最大的平均光学厚度。盆地内几个大值区中，西部成都一带的中心常年维持，季节变化小；南部中心位于宜宾到重庆沿长江流域一带；东部南充到重庆间的大值中心，季节变化大，在夏季消失。光学厚度分布和季节变化的数据结果为研究区域气候变化提供了依据。     

中国地区大气气溶胶辐射强迫及区域气候效应的数值模拟

利用太阳直接辐射日总量和日照时数等多年观测资料,反演了中国地区大气气溶胶0.75 μm光学厚度的年、月平均值,分析了我国大气气溶胶状况的时空分布特征。据此,在中国区域气候模式中考虑气溶胶的辐射影响,模拟中国地区气溶胶直接辐射强迫的大小及气候响应的季节变化特征。计算结果表明: 我国大气气溶胶光学厚度多年平均分布状况是以四川盆地为大值中心向四周减少;长江中下游武汉附近和南疆盆地为另两个大值中心;青藏高原为气溶胶低值区;我国绝大部分地区春季气溶胶光学厚度值最大,各地气溶胶光学厚度最小值出现的季节则有所不同。气溶胶辐射强迫介于-5.3～-13 W/m2之间;辐射强迫具有春、夏季大,秋、冬季小,冬季南方偏大,夏季北方偏大的特征。气溶胶辐射强迫的分布与其光学厚度的分布基本一致。由于气溶胶的影响,中国大陆地区地面气温均有所下降,四川盆地到长江中下游地区以及青藏高原北侧到河套地区降温最为明显,分别可达-0.4℃和-0.5℃。气候响应具有明显的季节特征。地面气温的变化除与辐射强迫的大小有关外,还受大气环流的影响。     

福建三大城市群气溶胶遥感监测及时空变化分析

气溶胶对城市环境质量的影响越来越受到人们的关注。利用2001—2007年MODIS卫星数据,借助6S辐射传输模式,采用目前较为成熟的暗像元方法,在分析MODIS红光、蓝光和近红外波段对气溶胶敏感性的基础上,反演福建三大城市群福州、厦门和泉州的气溶胶光学厚度,将反演结果与大气环境观测数据进行对比,并分析了三大城市群气溶胶光学厚度的时空分布与变化特征。结果表明:MODIS红光和蓝光波段均对气溶胶敏感,只是在不同季节表现出不同的敏感程度;遥感反演的气溶胶光学厚度与现场观测的PM_(10)数据相关系数为0.604;在时空分布上气溶胶光学厚度高值区与城区分布相一致,秋冬季气溶胶光学厚度明显大于其他季节。基于MODIS数据反演得到的福建三大城市群气溶胶光学厚度产品精度是可靠的,能客观反映该区域气溶胶光学厚度的时空分布与变化特征。     

郑州地区气溶胶光学厚度反演与分析

利用CE-318太阳光度计,采用Bouguer-Lamber定律,反演郑州地区2008年气溶胶光学厚度,分析该地区气溶胶光学厚度的日变化和月变化特征,并进一步分析天气条件对气溶胶光学厚度的影响。结果表明:2008年郑州地区气溶胶光学厚度与2007年持平,波长指数有所增大。气溶胶光学厚度存在明显的季节变化,春夏高,秋冬低,最低值出现在12月,郑州地区气溶胶光学厚度主要受工业烟尘影响。工作日和非工作日气溶胶光学厚度日变化趋势存在差异,交通负荷的变化可能对气溶胶光学厚度的日变化影响较大。轻雾和霾均能引起气溶胶光学厚度的显著增大,并且轻雾对气溶胶光学厚度的影响大于霾。沙尘过程中,气溶胶光学厚度急剧增大,而后逐渐下降,并逐渐恢复到正常水平,波长指数会减小。     

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。     

1999-2003年我国气溶胶光学厚度的变化特征

利用我国70站1999-2003年1月、4月、7月、10月月平均水汽压和能见度资料,反演得到各站大气气溶胶光学厚度（AOD,aerosol optical depth）,分析了气溶胶光学厚度的变化特征。结果表明：中国多年平均大气气溶胶光学厚度的分布是以四川盆地为中心向四周减少,长江中下游和广东沿海为两个次大值中心,而东北和西北大部分地区以及云南等地AOD较小;各季节AOD的空间分布都有所不同;近5aAOD有弱增加趋势;月平均气溶胶光学厚度与能见度有较好的负相关关系。     

人为气溶胶的直接辐射效应及其对南亚冬季风的影响

运用区域气候模式RegCM4.0(Regional Climate Model Verson 4.0)耦合入一个化学过程,对硫酸盐、黑碳、有机碳这3种人为气溶胶的时空分布特征和直接辐射效应进行了数值模拟,进而研究了气溶胶对南亚冬季风的影响。结果表明:光学厚度和地表短波辐射强迫的时空变化可能主要受硫酸盐气溶胶的影响。在南亚夏季风向冬季风转换时期和南亚冬季风盛行时期,大气层顶和地表的负短波辐射强迫分布与气溶胶分布基本一致,地表辐射强迫强度绝对值比大气层顶辐射强迫强度绝对值大得多。相关分析和合成分析表明:在南亚夏季风向冬季风转换时期和南亚冬季风盛行时期,南亚人为气溶胶主要分布区中的气溶胶柱浓度含量与南亚冬季风的建立和强度有反相关关系。这与气溶胶吸收太阳辐射,从而引起气温和位势高度的变化有关。     

藏北高原五道梁地区的气溶胶特征

通过对藏北高原五道梁地区的大气气溶胶光学厚度分析发现,该地区气溶胶光学厚度有明显的日变化及季节变化特征,气溶胶光学厚度增大时月平均气温与年平均气温减小。     

2001-2016年西南地区气溶胶光学厚度特征分析

本文利用NASA发布的MODIS气溶胶光学厚度产品,对西南地区2001～2016年气溶胶光度厚度空间分布和时间演变特征进行了分析,研究发现:(1)西南地区年均气溶胶光学厚度空间分布特征整体表现为东部高于西部,海拔低的地区气溶胶光学厚度高于海拔高的地区。高值中心位于四川盆地南部,低值区位于川西高原和云南北部地区。(2)西南地区季节气溶胶光学厚度空间分布特征与年均相似。(3)就西南各地区而言,重庆气溶胶光学厚度最大,其次是四川盆地和贵州地区,再次是云南地区,川西高原地区气溶胶光学厚度最小。(4)2001～2016年,西南地区年均气溶胶光学厚度呈显著减少趋势。夏季和秋季气溶胶光学厚度年际变化浮动较大,也具有显著的减少趋势。      

中国区域MODIS陆上气溶胶光学厚度产品检验

以我国MODIS共享网站积累的MODIS L1B数据和美国威斯康辛大学提供的IMAPP软件包气溶胶产品软件为基础, 经过产品运行本地化改进处理, 在国家卫星气象中心建立了气溶胶产品业务化生成和发布机制。为支持气溶胶遥感产品算法改进以及潜在用户对产品的合理应用, 给出对国家卫星气象中心运行的MODIS气溶胶遥感产品质量检验分析结果。利用2005年1月— 2007年5月AERONET地基气溶胶监测网的L2.0级气溶胶光学厚度产品作为真值, 用它匹配MODIS陆上气溶胶光学厚度产品开展检验。检验结果表明:以卫星过境前后30min地基观测时间平均值匹配地基站点位置10 km半径范围内的卫星反演结果空间平均值开展检验, 总体样本的气溶胶光学厚度均方根误差约为0.25;满足产品误差要求 (±0.05±0.20τ) 的样本占总样本数的44%; 气溶胶光学厚度反演结果精度具有季节和地域差异, 干季(秋、冬、春)的气溶胶光学厚度误差较小, 而雨季气溶胶光学厚度误差较大, 云是雨季气溶胶光学厚度反演结果误差较大的主要影响因素。     

气溶胶对东亚冬季风影响的数值模拟

利用NCAR/UCAR CAM5.1模式研究气溶胶对东亚冬季风的影响。模式从1991—2010年运行20年,取2001—2010年冬季的结果。模式结果可以较好地再现东亚冬季风的主要特征。试验结果表明:气溶胶增加使我国东南部地区和东北亚地区（35°~55°N,115°~150°E）冬季风减弱,同时,造成我国东南部地区降水减少。其中,热源热汇的变化和无辐散风减弱为主要原因。气溶胶增加改变了大气热源的分布,造成在我国东南部地区热源减弱,热汇加强;我国东北地区热汇减弱,日本列岛热源加强;气溶胶增加使这些区域全位能的产生减弱,消耗加强。同时,凝结潜热的变化主要影响热源和热汇,其中大尺度过程产生的凝结潜热变化起主要作用。在我国东南部和东北亚地区辐散风动能向全位能的转换增加,造成辐散风减弱。故该区域辐散风向无辐散风的转换减弱,导致无辐散风减弱,最终造成东亚冬季风减弱。     

青藏高原黑碳气溶胶传输及沉降的季节特征模拟分析

根据全球气溶胶气候模式GEM-AQ/EC的1995~2004年模拟,分析了青藏高原大气黑碳气溶胶的来源、传输及沉降季节特征。研究表明:青藏高原黑碳气溶胶主要来自自由对流层和大气边界层的输送。相对于自由对流层的黑碳输送,紧邻青藏高原的南亚、东亚以及东南亚大气边界层的输送更有效,它形成了青藏高原由北向南、自西往东黑碳气溶胶浓度和沉降明显递增的基本分布形态。横跨欧亚大陆自由对流层的黑碳气溶胶由西向东向青藏高原的输送全年不变,夏季输送路径最北但强度最弱,冬季路径最南而强度最强。大气边界层黑碳气溶胶的输送受控于亚洲季风环流变化,来自南亚的黑碳气溶胶在春季越过孟加拉湾传输进入高原东南部,夏季则可翻越喜马拉雅山抵达青藏高原南部腹地;同时我国中部排放的黑碳气溶胶也在东亚夏季风向北扩展中驱动它从东向西往青藏高原东北部传输。从秋季到冬季,随着夏季风撤退,南亚黑碳源区向青藏高原传输衰退,东亚冬季风的反气旋性环流的南侧及西南侧的偏东风携带秋季我国东南部源区和冬季东南亚源区黑碳气溶胶向青藏高原东南部传输。受青藏高原明显的暖湿季和干冷季气候影响,干湿沉降分别主导了青藏高原冬季和夏季黑碳沉降,夏季青藏高原黑碳气溶胶沉降总量大多超过8~10 kg·km-2,在高原东北部的最高值超过40 kg·km-2。冬季青藏高原黑碳气溶胶沉降量最低,大部地区黑碳沉降低于5 kg·km-2。青藏高原黑碳沉降的冬夏季节相差约为2~8倍。     

南亚地区黑碳气溶胶对亚洲夏季风的影响

利用NCAR的全球大气模式CAM3,模拟了南亚地区黑碳气溶胶对亚洲夏季风的影响.结果表明:晚春时期,南亚地区黑碳气溶胶强烈吸收太阳辐射,加热低层大气,造成孟加拉湾及沿岸地区雨季的提前,可能导致南亚夏季风提前爆发.夏季,被加热的大气沿青藏高原南坡爬升,在高空形成一个稳定的加热层.高空的持续加热,引起局地的深对流活动,使得印度洋和南亚大陆之间产生一个北升南降的经圈环流,导致印度洋洋面上的向北运动加强,从而使南亚夏季风的强度增大.但是,南亚地区黑碳气溶胶通过影响表面气压、垂直运动、降水和850 hPa风场等减弱了东亚夏季风,且导致西太平洋副热带高压北移西伸,使我国梅雨带位置向东北方向移动.     

高原地表过程中冻融过程在东亚夏季风中的作用

用茶卡站冻结日数与季风指数的相关简单说明高原冻融过程与东亚夏季风之间存在联系。作为个例,对沱沱河区域1998,1999年从冬到夏过渡季节的冻融过程与感、潜热变化及东亚夏季风建立之间的关系进行了初步分析。结果表明:从冬到夏的过渡季节中,青藏高原的冻融过程与高原加热存在着联系,土壤季节性冻融使得高原地表向大气的感、潜热输送随季节发生变化,青藏高原的加热作用对东亚夏季风的爆发时间和强度有重要影响。因此,高原地表过程中土壤冻融过程在东亚夏季风的爆发过程中扮演着重要角色。     

基于MODIS资料内蒙古气溶胶光学厚度反演分析

文章利用国家卫星气象中心引进的以暗像元特性为基础的气溶胶光学厚度反演软件,对内蒙古地区2009年12月至2010年12月的EOS/MODIS气象卫星资料进行反演,计算0.55μm气溶胶光学厚度,并提取119个气象台站气溶胶光学厚度值按盟市进行月平均、年平均值统计分析,寻找气溶胶光学厚度的空间分布特征和时间变化规律。结果表明:(1)内蒙古地区气溶胶光学厚度存在非常明显的空间分布特征,最高值区主要集中在中部和西部地区,东部的大部地区基本没有最高值出现。(2)内蒙古地区气溶胶光学厚度存在明显的时间变化规律。从1月份逐渐增加,到6月和7月份达到全年最大值,再逐渐降低趋势;春季和夏季最大,而秋季和冬季最小,夏季>春季>秋季>冬季。     

Assessment of Individual Direct Radiative Effects of Major Aerosol Species in East Asia

To assess individual direct radiative effects of diverse aerosol species on a regional scale,the air quality modeling system RAMS-CMAQ(Regional Atmospheric Modeling System and Community Multiscale Air Quality) coupled with an aerosol optical properties/radiative transfer module was used to simulate the temporal and spatial distributions of their optical and radiative properties over East Asia throughout 2005.Annual and seasonal averaged aerosol direct radiative forcing(ADRF) of all important aerosols and individual components,such as sulfate,nitrate,ammonium,black carbon(BC),organic carbon(OC),and dust at top-of-atmosphere(TOA) in clear sky are analyzed.Analysis of the model results shows that the annual average ADRF of all important aerosols was in the range of 0 to-18 W m?2,with the maximum values mainly distributed over the Sichuan Basin.The direct radiative effects of sulfate,nitrate,and ammonium make up most of the total ADRF in East Asia,being concentrated mainly over North and Southeast China.The model domain is also divided into seven regions based on different administrative regions or countries to investigate detailed information about regional ADRF variations over East Asia.The model results show that the ADRFs of sulfate,ammonium,BC,and OC were stronger in summer and weaker in winter over most regions of East Asia,except over Southeast Asia.The seasonal variation in the ADRF of nitrate exhibited the opposite trend.A strong ADRF of dust mainly appeared in spring over Northwest China and Mongolia.     

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.     

CAUSATION ANALYSIS OF THE DIRECT CLIMATE EFFECTS OF ANTHROPOGENIC AEROSOL ON EAST-ASIAN SUMMER MONSOON

A regional climate model coupled with an aerosol model is employed to numerically simulate the direct climate effects of the anthropogenic aerosol emitted in South Asia and China in the East Asian summer monsoon during 1988 to 2009. Based on the data of the numerical simulation, composite analysis and correlation analysis are used to make diagnostic study of climate dynamics. Results show that the month of maximum emission of the mean column burden of the anthropogenic aerosol in the main emission areas of South Asia is opposite in phase to that in China. Summer is the season of maximum emission amount in China, but the emission amounts are more in South Asia in spring and winter. On the whole, the mean column burden of the anthropogenic aerosol in China is relatively high compared with that in South Asia. The trend of distribution of aerosol is SW-NE in China, and Sichuan Basin is the emission center of aerosol. The effect of negative short wave radiative forcing alters the gradient of pressure between land and sea, weakening the development of East Asian summer monsoon over the northern part of Yangtze-Huaihe River Basin. We also discuss the feedback effect of East-Asian summer monsoon which is changed by the anthropogenic aerosol on the concentration and distribution of aerosol in China.     

近22 a人为气溶胶对东亚地区夏季风环流影响的数值模拟研究

运用区域气候模式RegCM3耦合入一个化学过程,对东亚地区三类人为排放气溶胶（硫酸盐、黑碳和有机碳）的时空分布特征及其对夏季风环流的影响进行了数值模拟研究。模拟结果显示,气溶胶的引入会引起东亚地区夏季850 hPa风场发生改变,我国江淮以东洋面上空出现了一个气旋式距平环流中心,中心以西的偏北风气流将削弱东亚地区夏季西南季风。通过讨论春季中国地区气溶胶浓度与夏季东亚地区850 hPa经向风的时滞关系,以及夏季中国地区气溶胶浓度与同期东亚地区850 hPa经向风的关系,可以发现,春、夏季中国地区气溶胶浓度均与夏季东亚地区850 hPa经向风有很好的负相关关系,当春季中国北方和夏季中国南方地区气溶胶浓度增加时,中国东部地区夏季偏南季风减弱。这可能与气溶胶改变了大气层顶和地表的辐射强迫,进而引起了海陆气压差异和位势高度场的变化有关。