基于MODIS数据的郑州市气溶胶时空变化特征分析

利用NASA发布的MODIS/Terra中Collection6数据集的MOD04_3K气溶胶光学厚度(AOD)产品,进行波段提取、重投影、剪裁等预处理,得到郑州市气溶胶光学厚度资料,对此进行统计分析,研究郑州市气溶胶光学厚度的时空变化特征。结果表明:1)2001-2016年郑州市AOD年均值整体以每年0.0033的速率增加,最大峰值出现在2011年(1.01),以2011年为界,2001-2011年呈显著增长趋势,2012-2016年呈显著下降趋势。AOD季节均值夏季的最大,春季的次之,冬季的最小。2)2001-2016年郑州市AOD夏季均值波动较大,春季均值与年均值趋势基本一致,AOD年均值和季均值与对应时间尺度的降水量有负相关关系。工业产值占GDP比重与AOD年均值呈正相关关系。3)2001-2016年郑州市AOD年均值空间分布呈现北高南低、东高西低的特征,高值区主要分布在新郑市、中牟县、郑州市区、荥阳市及巩义市的西北部。春、夏和秋季的AOD均值空间分布形态基本与年均值的分布一致,冬季的高值区集中在郑州市东南部(新郑市)。     

黄土高原干旱半干旱地区气溶胶光学厚度遥感分析

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站2006年8月-2008年10月太阳光度计(CE-318)观测资料和同期卫星MODIS(Terra和Aqua)产品资料,分析了该站气溶胶光学厚度(AOD)日变化、月变化和Angstrom波长指数(α指数)月变化特征,发现春季AOD日变幅最大,存在双峰现象,秋、冬季较小;9月AOD最小,4月和12月AOD较大;α指数在4月最小,7月最大.采用太阳光度计反演的550 nm AOD与Terra-MODIS和Aqua-MODIS AOD产品相比较,Terra-MODIS与太阳光度计AOD相关系数为0.69,大于Aqua-MODIS的0.62.并从地表反照率假设、气溶胶模型选择和云影响等方面分析了产生对比偏差的原因,进一步分析了黄土高原干旱半干旱地区AOD的分布和季节变化特征.结果表明:气溶胶光学厚度呈西低东高的分布特征;AOD高值中心与大城市有较好对应;黄土高原干旱半干旱地区AOD在春季最大,夏季有所减小,秋季最小,但冬季升高;Aqua-MODIS中深蓝算法对西北荒漠地区亮地表AOD的反演效果较好.     

塔克拉玛干沙漠与撒哈拉沙漠沙尘气溶胶光学特性对比研究

基于2007—2021年CALIPSO和MODIS主、被动卫星遥感探测数据,对塔克拉玛干沙漠和撒哈拉沙漠的气溶胶光学特性时空分布特征进行探究及对比分析。结果表明：（1）两大沙漠的沙尘气溶胶对总气溶胶的贡献率最大,气溶胶类型季节变化的相对单一性反映了塔克拉玛干沙漠和撒哈拉沙漠地区存在沙漠沙尘排放对总气溶胶成分的显著影响;（2）塔克拉玛干沙漠气溶胶光学厚度AOD的峰值出现在春季（春季>夏季>秋季>冬季）,而撒哈拉沙漠AOD的峰值出现在夏季（夏季>春季>秋季>冬季）;（3）撒哈拉沙漠总气溶胶抬升高度与塔克拉玛干沙漠相近,但近地面层消光系数明显小于塔克拉玛干沙漠;塔克拉玛干沙漠的消光系数平均值在所有季节中均大于撒哈拉沙漠,故塔克拉玛干沙漠的沙尘气溶胶AOD比撒哈拉沙漠的大;相比沙漠沙尘气溶胶,塔克拉玛干沙漠和撒哈拉沙漠都无明显的污染沙尘和抬升烟活动。上述研究结果揭示了两大沙漠源区沙尘气溶胶光学特性的观测事实与利用大气气溶胶时空变化特征反映区域气候变化的可能性。     

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。     

利用MODIS C6产品分析广东省气溶胶光学厚度时空特征

本文采用地面太阳光度计实测数据对MODIS C6AOD(气溶胶光学厚度)产品进行精度检验,结果表明:该产品与地面太阳光度计实测数据的相关系数为0.85,标准偏差为0.28,平均相对偏差为0.27,数据精度满足需求。利用该产品分析了广东省气溶胶光学厚度的时空分布特征,得出以下规律:(1)空间分布:珠三角粤东粤西粤北,其中,珠江三角洲西部的佛山市、东莞市、中山市是全省AOD的高值区;(2)季节变化:春季为AOD高值期,夏季、秋季次之,冬季最低;(3)年际变化:2003—2016年,广东省年均AOD呈现波动式下降趋势,2012年为高值年份,年均AOD值为0.611,2007年为次高值年份,年均AOD值为0.603,2016年为低值年份,年均AOD值为0.382,2015年为次低值年份,年均AOD值为0.440。     

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。     

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。      

青藏高原中部气溶胶光学厚度地基观测分析及MODIS气溶胶产品的检验

利用全球自动观测网（AERONET）纳木错观测点（90．962°E,30．773°N）2009年1～12月的地基观测数据,对青藏高原中部气溶胶光学厚度的分布进行了分析研究,并利用观测结果对MODIS气溶胶光学厚度（AOD）产品进行检验。结果表明,2009年1～12月期间,气溶胶光学厚度月平均值呈现双峰双谷状分布,3月的值最大。9月以后的波长指数a较小,这一时期气溶胶粒子的粒径较大。混浊系数卢的平均值为0．063,说明该地区的空气较为清洁。利用该地基观测资料对MODISAOD产品进行检验,结果表明两者的相关系数平方为0．14,没有通过95％的置信度检验,适用性不显著,需要进一步订正该地区的MODIS气溶胶光学厚度产品。     

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。     

华东地区气溶胶分布和变化特征研究

利用中分辨率光谱仪(MODIS)获得的气溶胶光学厚度(AOD)、细粒子比例(FMF)和臭氧检测仪(OMI)获得的气溶胶指数(AI)统计分析了2005—2014年我国华东地区气溶胶光学性质的时空分布特征,同时利用潜在源分析(PSCF)模型对我国华东地区AOD和AI的潜在源区进行分析。研究结果表明:华东地区的AOD、FMF和AI时空分布存在较大的差异,2005—2014年AOD和AI的平均值高值主要分布在华东地区北部,FMF的高值区则分布在华东南部地区;10 a间华东地区AOD呈现出先升高后降低的趋势,FMF波动幅度不明显,AI值有所上升;整个华东地区AOD的季节变化较为明显,春夏两季AOD明显高于秋冬两季。华东北部和中部地区夏季由于较高的相对湿度,AOD最大可达0.8以上。而在华东南部地区,夏季受到降水的影响,AOD维持在0.2~0.4之间。FMF季节变化趋势与AOD不同,夏季最大达到0.58,春季最小仅为0.26。AI平均值在冬季最大高达0.63,夏季最小,为0.27。PSCF分析显示华东地区AOD主要源区以局地排放为主,同时也存在由河南、湖北和湖南等周边省市近距离输送影响;AI以局地和北方远距离输送为主,同时也受到河南、湖北等周边省市近距离输送的影响。     

Evaluating aerosol optical properties observed by ground-based and satellite remote sensing over the Mediterranean and the Middle East in 2006

This study evaluates the spatial and temporal variation of the aerosol optical depth (AOD), the particle size characteristics (Ångström coefficients) and single scattering albedos during selected episodes over the Mediterranean area in 2006, based on independent observational datasets. We compare the satellite data of MODIS and MISR with those of the ground-based AERONET and in situ measurements. In general the yearly mean MODIS and MISR AODs as well as their temporal variation are in good agreement with AERONET. The highest AODs are caused by mineral dust outbreaks and the accumulation of anthropogenic aerosols during stagnant meteorological conditions. The comparison of MODIS with MISR aerosol optical properties for June corroborates that the AODs, Ångström coefficients and single scattering albedos agree well, and indicates the presence of high dust loads over the Mediterranean. Later in summer, however, MISR AOD is generally lower than MODIS, which is consistent with previous studies that show that MISR tends to underestimate and MODIS tends to overestimate AOD over land when compared to AERONET observations. Comparing MODIS Aqua Deep Blue with MISR for June over the Saharan desert reveals some differences in the location and the maxima of the AODs. Over the eastern Mediterranean highest dust loads occur during spring and autumn. Biomass burning activities around the Black Sea during July and August cause high AODs (e.g. by agricultural waste burning), and the particulate pollution is transported to the eastern Mediterranean and the Middle East by the prevailing northerly Etesian winds.     

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.     

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。     

Validation of MODIS C6 AOD Products Retrieved by the Dark Target Method in the Beijing–Tianjin–Hebei Urban Agglomeration,China

The quality of the MODIS C6 3-km and 10-km aerosol optical depth(AOD) products retrieved by the Dark Target(DT)method is discussed using ground-based observations in the Beijing–Tianjin–Hebei region from 1 August 2007 to 31 July2008. Good consistency exists between the 3-km and 10-km products and ground-based observations. The retrieval accuracy of the two products both show distinctive seasonality. The percentage falling within the expected error(EE) is largest in the winter, moderate in the spring and autumn, and smallest in the summer. A worse overestimation appears in the spring and summer(27%–66%). However, the 3-km and 10-km products over different surfaces still exhibit obvious deviations. The 10-km product performs better in the large cities, while the 3-km product has advantages in the suburbs. In urban areas, the percentage falling within EE of the 3-km AOD product(18%–59%) is lower than that for the 10-km AOD product(31%–69%). However, in suburban areas, the percentage falling within EE of the 3-km AOD product(61%–84%) is higher than for the 10 km AOD product(54%–83%).The percentages falling within EE differ considerably when the AOD is greater than1.5(73% and 63% for the 3-km and 10-km products, respectively). On the whole, the 3-km(10-km) AOD product performs better in suburban(urban) areas.     

基于飞机和MODIS观测的华北地区气溶胶标高分析

为研究华北地区的气溶胶分布情况,利用2012—2014年飞机观测资料和MODIS卫星资料,对石家庄等地的气溶胶标高进行了分析。结果表明:(1)与飞机观测资料对比后认为可以利用MODIS光学厚度和常规能见度资料计算气溶胶标高;(2)华北地区春夏季气溶胶标高一般大于秋冬季;6个主要城市中,位于平原地区的城市气溶胶标高较低,西北山区城市标高较高;(3)在不进行飞行探测,仅使用地面资料和卫星资料,通过计算得到气溶胶垂直分布是可行的,尤其是在对流层中层的结果比底层更可信;(4)分别使用观测资料与拟合数据计算光学厚度,分析其误差后,确认在计算光学厚度的过程中可以使用气溶胶数密度指数递减假设。     

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。     

2010—2019年粤港澳地区气溶胶光学厚度时空分布特征

为了解粤港澳地区气溶胶光学厚度分布和时序变化规律, 深入认识大气气溶胶的光学特性及其气候效应, 利用2010—2019年的MODIS C61 AOD 3 km逐日产品, 分析了粤港澳地区的AOD空间分布及年、季、月变化特征。(1) MODIS AOD与AERONET CE318 AOD最优拟合系数为0.96, 与SolarSIM-D2 AOD拟合系数为0.62, 与PM < sub > 2.5 < /sub > 、PM < sub > 10 < /sub > 的最优拟合系数为0.58、0.56。(2)空间上表现为珠三角AOD值高, 粤西次之, 粤北及粤东北较低。(3)年变化特征整体上呈明显的下降趋势, 2010—2014年AOD波动上升, 至2014年达到峰值, 2015年后AOD显著减小, 于2016年达到最低值。(4)季节上表现为春季 > 夏季 > 秋季 > 冬季。(5)月变化特征表现为3月最大(AOD值: 0.73), 4月次之, 5—8月AOD维持在高值且波动平稳, 9—12月显著下降。研究显示, 粤港澳地区颗粒物污染防治应以佛山、广州等珠江三角洲城市及粤西为主, 重点控制春夏季高污染企业生产强度及颗粒物排放。