基于FY3A/MERSI资料分析广东省气溶胶光学厚度分布

利用国产极轨气象卫星FY3A的MERSI AOD产品分析2010—2013年广东省气溶胶光学厚度的分布规律。结果表明:MERSI AOD产品与地面太阳光度计实测数据的相关系数为0.72,其平均绝对值误差为0.12,均方根误差为0.15,数据精度可满足研究需要;从AOD的空间分布看,珠三角西翼东翼山区五市,其中佛山市、东莞市、中山市为广东省AOD均值最高的地区,梅州市、河源市为广东省AOD均值最低的地区;从AOD的时间分布看,2010—2013年间,AOD呈现先升高后降低的趋势,2011年为拐点,与此同时,AOD还表现出明显的季节变化特征,春季为AOD高值期,夏季、秋季次之,冬季最低。     

基于MODIS的广东省气溶胶光学厚度时空分布特征分析

利用地面太阳光度计产品对MODIS C005气溶胶光学厚度产品进行区域精度验证,进而分析 2002—2013年间广东省气溶胶光学厚度的时空分布特征。结果表明:在年际变化上,2002—2004年间广东省AOD呈上升趋势,2004—2013年间整体呈缓慢下降趋势,2009年与2012年有两个上升小高峰,但不影响总体下降趋势;在月际变化上,广东省AOD最高值出现在3、4月,最低值出现在11、12月,5—10月变化平缓,在年均值附近上下摆动;在空间分布上,珠三角>粤东>粤西>粤北, 高值区主要分布在珠三角的广州、佛山、中山、东莞、深圳、珠海等地,最高值出现在广州佛山中山交汇处附近,向外有一个递减的趋势,低值区主要分布在粤东的汕尾潮州邻近地区。      

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.     

西北地区MODIS气溶胶产品的对比应用分析

利用气溶胶自动监测网（AERONET）的太阳光度计（CE-318）资料,对2003-2010年西北干旱半干旱区MODIS暗像元算法和深蓝算法2种气溶胶光学厚度（AOD）产品进行对比验证,在此基础上进一步研究了该区域AOD的空间分布特征及变化趋势。结果表明,MODIS暗像元算法AOD产品在半干旱区原生植被覆盖地表精度优于深蓝算法,而西北干旱区荒漠地表深蓝算法产品精度较高。Aqua—MODIS深蓝算法AOD产品能够较好地给出我国西北荒漠亮地表地区AOD的分布及季节变化情况,AOD高值区多分布在沙尘源区,且春季AOD最大。2003～2010年,塔里木盆地、准噶尔盆地和柴达木盆地年均AOD分别在0．5、0．4和0．3附近波动;沙尘区各区域年均AOD大多呈现增加趋势。其中,塔里木盆地AOD增加趋势较大,而内蒙古西部和准噶尔盆地呈现微弱减少趋势。     

太湖地区气溶胶光学厚度的分布及其在大气校正中的应用

采用太湖地区水面光谱数据以及MODIS遥感影像数据,利用辐射传输模式6S,选择自定义气溶胶类型,反演得到太湖地区气溶胶光学厚度(aerosol optical depth,AOD)分布,将其与太阳光度计CE318实测气溶胶光学厚度分别应用于太湖区域的大气校正中,得到不同的水面反射率,并参考实测水面反射率进行对比分析。结果表明:反演的太湖地区气溶胶光学厚度分布较为合理,造成此分布的原因可能是太湖北岸工业较发达,污染较严重。太湖颗粒物的吸收特性和卫星接收到的表观反射率导致反演数据的差异,是反演气溶胶光学厚度分布不均匀的主要原因。使用MODIS数据反演得到的太湖地区AOD进行大气校正,更加精确。该研究方法和结果可为气溶胶光学厚度反演、精确卫星数据大气校正提供参考。     

自定义气溶胶模式下兰州及周边地区气溶胶光学厚度的反演

通过自定义气溶胶模式,选取类大陆型气溶胶,结合兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)气溶胶实测资料建立的气溶胶数谱模式,反演兰州市及周边地区100 km×100 km范围内的气溶胶光学厚度(AOD).结果表明,在不同气溶胶模式下,AOD分布表现出一些共同特征:在兰州市西固区(工业区域)存在一个AOD高值区,兴隆山、刘家峡水库地区AOD值较低,而在榆中县城、临夏市等城镇区也表现出AOD值高于周边地区.对比反演结果与地面实测资料,发现采用自定义气溶胶模型反演的精度有很大提高.     

中国西南地区气溶胶光学厚度的时空特征

采用MODIS卫星遥感产品研究西南地区气溶胶季节变化,并对成都和香格里拉两站2008年的太阳光度计观测资料进行分析。结果表明西南地区气溶胶光学厚度(AOD Aerosol Optical Depth)全年呈西低东高的地理分布特征,但东西部季节变化特征不同:西南地区东部AOD有春季最大,秋冬次之,夏季最小的演变特征,并且在四川盆地,黔、渝、湘交界和广西中部有三个明显的AOD高值区。西南地区西部AOD有春季最大,夏秋次之,冬季最小的演变特征,无明显高值区。太阳光度计资料分析表明,成都地区AOD日变化呈准双峰型,香格里拉AOD日变化呈上升趋势。     

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.     

珠江三角洲城市地区MODIS气溶胶光学厚度产品的检验分析

根据2004年1—11月地面太阳光度计的气溶胶光学厚度的观测数据,对美国航空航天局(NASA)发布的中分辨率成像光谱仪气溶胶光学厚度产品(MODIS AOD C004)在珠江三角洲城市地区的准确性进行了检验,并分析了造成MODIS AOD误差的可能原因。分析结果表明:⑴MODIS AOD的误差在NASA的预期误差范围内,MODIS AOD可作为气候变化的研究和区域大气污染监测的有效手段。⑵与世界上其他地区的检验结果类似,MODIS AOD在珠江三角洲城市地区存在一定的系统性偏差:当AOD较小时,MODIS AOD值大多高估,而当AOD比较大时,MODIS AOD值偏低,这一系统性偏差大于全球平均偏差。其中广州和南海的偏差最为显著,东莞和番禺次之。⑶导致MODIS AOD在珠江三角洲城市地区出现较大系统性偏差的原因包括:珠江三角洲工业化和城市化的发展,使地表的植被覆盖率已大幅减少,MODIS AOD反演所采用的地表反照率估算值可能偏小;气溶胶模型中设定的单散射反照率值偏高,低估了珠江三角洲城市地区气溶胶的吸收性。     

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。      

30年来我国大气气溶胶光学厚度平均分布特征分析

利用北京等46个甲种日射站1961～1990年逐日太阳直接辐射日总量和日照时数等资料,反演了30年来各站逐年、逐月0.75μm大气气溶胶光学厚度(Aerosol OpticalDepth,简称AOD)平均值,分析了我国大气气溶胶光学厚度的年、季空间分布特征和年代际之间的变化.结果表明:我国大气气溶胶光学厚度的多年平均分布具有典型的地理特征,除个别大城市外,100°E以东,AOD以四川盆地为大值中心向四周减少;100°E以西,南疆盆地为另一个相对大值中心.气溶胶光学厚度的各季分布具有各自的特征.20世纪60年代,我国大气气溶胶光学厚度的平均分布特征是以四川盆地和南疆盆地为两个大值中心向四周减少;70年代,绝大多数地区AOD值增加,其中从四川盆地到长江中下游地区以及华南沿海等地,AOD增加较为明显,AOD的分布和60年代较相似;到80年代,我国大范围地区AOD继续呈增加趋势,其中长江中下游地区,AOD增加相当明显,气溶胶光学厚度的分布发生了一定的变化.     

西安地区气溶胶光学特性研究

利用2008年5月-2009年4月和2010年4月-2011年3月两年的太阳光度计CE318数据,分析了西安地区气溶胶光学厚度(AOD)和波长指数(α)的时间变化特征.结果表明,受局地污染和地形影响,泾河站的AOD全年较高,两个时段的年平均值分别为0.69±0.40和0.67±0.39,AOD和α的最大值都发生在夏季;受沙尘天气影响,气溶胶波长指数春季最小,AOD秋季最小.CE318和MODISAOD的对比结果表明,两者有较好的相关性,符合MODIS设计精度的数据占55.0％～73.3％.2008-2010年MODIS AOD平均值的空间分布表明,陕西境内存在3个AOD高值区,分别位于关中盆地、汉中市区和安康市区,局地污染和地形影响是造成AOD高值区的主要原因.     

塔克拉玛干沙漠地区气溶胶光学厚度卫星遥感产品验证

基于塔克拉玛干沙漠地区地基太阳光度计数据,系统验证2007～2008年星载多角度成像光谱仪(MISR)、中分辨率成像光谱仪(MODIS)和臭氧监测仪(OMI)气溶胶反演产品,旨在定量评估这些产品在我国沙漠地区的气溶胶光学厚度(AOD)反演精度。结果表明:MODIS/AOD的相关系数在4种产品中最高(0.91),OMI/AOD次之(0.87),其次为MISR/AOD(0.84),OMI/UVAI相关系数偏低(0.51)。MISR/AOD均方根误差(0.14)和平均偏差(-0.06)在4种反演产品中最低。与地基观测相比,MISR/AOD、MODIS/AOD系统偏低,OMI/AOD、OMI/UVAI系统偏高。在相同比较条件下(地基观测气溶胶光学厚度值限定在2.0以内),MISR的均方根误差和平均偏差在4种反演产品中最低,且相关系数也较高(0.84)。尽管存在诸多不同,但3种探测器气溶胶反演产品均能较好地展示该地区的气溶胶季节变化。塔克拉玛干沙漠春、夏季AOD较大,秋、冬季AOD相对较小。ngstrm波长指数的结果表明,春季(3～5月)最小(均值为0.11),夏季(6～8月)次之,秋季(9～11月)和冬季(12月至次年2月)较大(均值达到0.61),这表明在春、夏季气溶胶粒子偏大,秋、冬季气溶胶粒子偏小。此外,通过研究2000～2010年AOD年际变化表明,由于塔克拉玛干沙漠地区属于沙尘源区,气溶胶类型较为单一,所以总体来说,变化趋势不是较为明显。从反演结果来看,2003年的气溶胶含量为此10年中最高,年均值达到0.32;2005年的气溶胶含量在这10年中最低,年均值为0.28。     

利用MODIS资料遥感香港地区高分辨率气溶胶光学厚度

在美国国家航空和宇航局(NASA)利用中分辨率成像光谱仪(MODIS)遥感大气气溶胶业务算法的基础上, 提出了一个1 km高分辨率气溶胶光学厚度反演方法, 并应用于香港地区的反演. 与地面太阳光度计的长期对比相对偏差大约为20%以内, 显示这一方法在香港地区的试用具有较高的精度.将该产品应用于空气污染个例, 并与香港地区14个站的地面污染物PM10(直径在10 μm以下的气溶胶颗粒物)质量浓度的变化进行了比较, 结果显示气溶胶光学厚度产品可以用来描绘城市尺度的气溶胶污染分布, 提供了更好地研究大气环境污染的新信息.     

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。     

近10年关中盆地MODIS气溶胶的时空变化特征

利用太阳光度计CE-318对MODIS C5产品在西安地区的适用性进行了验证,结果表明,C5产品与太阳光度计CE-318反演的气溶胶光学厚度具有较好的一致性,相关系数为0.91,误差在预期范围内的样本占总数的74.5％,满足NASA设计要求,反演数值可用于区域气候变化和大气污染研究.同时利用2000-2010年MODIS C5气溶胶产品,分析了气溶胶光学厚度和小颗粒气溶胶对总光学厚度贡献的多年变化特征,得到:(1)沙尘粒子和人类活动产生的细粒子是关中盆地气溶胶的主要来源,气溶胶分布受地形影响显著,在特殊地形和盛行风向影响下,气溶胶粒子在边界层的水平扩散中受到抑制,并在其东部出现堆积,气溶胶光学厚度分布呈现出东高西低的趋势,高值中心主要分布在西安和渭南南部,是沙尘气溶胶和人类活动产生细粒子气溶胶的共同作用;关中西部多年处在气溶胶光学厚度的低值区,是由人类活动和工业排放产生的细粒子气溶胶所致.(2)关中不同地区气溶胶光学厚度的时间序列变化存在差异,其西部地区近10年呈波动下降趋势,中部和东部则呈波动增加趋势.(3)关中地区自西向东气溶胶光学厚度贡献中粗粒子的比重逐渐加大,近10年关中地区细粒子气溶胶污染有逐年加重的态势,其中中东部城市较为显著.     

基于地基观测的成都彭州气溶胶光学特性研究

利用2017年成都市彭州地区CE318型太阳分光光度计的观测数据,反演了该地区的气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)、Angstr?m指数(α)和大气浑浊度(β),分析了AOD与α、β以及可吸入颗粒物(PM₁₀、PM_(2. 5))之间的关系。结果表明:AOD表现出冬季>春季>夏季>秋季的季节变化特征,高值主要出现在冬、春季,低值主要出现在夏、秋季。Angstr?m指数在全年的波动不大,月平均值为1. 22±0. 19,低值出现在春季,高值出现在夏季。除了冬季,在其他季节观察到和Angstr?m指数具有相同的月变化趋势。AOD与β之间具有较强的相关性,但与PM₁₀、PM_(2. 5)的正相关关系表现偏弱。该地区气溶胶光学特性受北方沙尘的影响并不明显,但受到人类活动的影响显著,该地区主控态气溶胶是以细粒子为主的城市—工业型气溶胶类型。     

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。     

利用静止卫星MTSAT反演大气气溶胶光学厚度

卫星遥感是获取气溶胶光学特性的重要手段,利用静止卫星可见光通道资料反演气溶胶光学厚度(AOD)的算法使用日本静止气象卫星MTSAT可见光通道资料反演了2008年5月中国地区陆地上的气溶胶光学厚度,将得到的结果分别与AERONET站点的地面观测值进行比较,得到了较好的线性相关关系,再将其与相应的MODIS气溶胶光学厚度产品进行比较,也得到了较为一致的分布,表明MTSAT反演的气溶胶光学厚度产品可以反映大气气溶胶光学厚度的日变化信息。最后对这种反演算法的误差来源进行了分析。     

太阳光度计反演气溶胶参数的方法比较

气溶胶光学厚度(AOD)、一次散射反射比(ω_0)、粒子谱分布和散射相函数是表征气溶胶光学微物理特征的重要参数。利用CE318太阳光度计的直接测量数据与平纬圈测量数据基于Skyrad.pack算法可以用于反演这些气溶胶参数。结合光度计标定结果以及针对观测数据的严格去云方案和质量控制措施,利用该算法对几种不同的大气混浊度状况计算了上述气溶胶参数。计算结果与基于Dubovik算法的AERONET业务产品进行了比较,发现两种方法得到的结果大部分比较一致。虽然在大气混浊度较小的情况,Skyrad反演的ω_0和谱分布中的小粒子体积浓度与Dubovik结果相比有很大差异,同时Skyrad的计算误差较大,说明在实际AOD较小时,Skyrad算法的稳定性较低,但其反演结果依然能够在一定程度上表征气溶胶的光学特征。基本分析表明,基于Skyrad.pack算法的等天顶角观测反演结果在一定的大气混浊度和合适的太阳天顶角条件下是合理的,能够用于未纳入AERONET体系的光度计观测的气溶胶光学微物理参数研究。