黑碳气溶胶光学厚度的全球分布及分析

利用全球气溶胶数据集GADS(Global Aerosol Data Set)计算了冬夏两季黑碳气溶胶质量浓度分布以及在波长0.55μm处的光学厚度、吸收系数和散射系数在全球的分布,并分析了原因。通过分析黑碳气溶胶复折射指数虚部、单次散射反照率、非对称因子、吸收系数、散射系数和消光系数随波长的变化,得出黑碳气溶胶的吸收系数和散射系数在小于0.5μm的短波范围内具有相同的数量级,随着波长的增大,吸收系数比散射系数大几个数量级;黑碳气溶胶对小于1μm的短波有强烈的吸收作用。另外还给出了冬夏两季南北半球及全球黑碳气溶胶平均光学厚度值、7个地区黑碳气溶胶光学厚度及质量浓度最大值,其中冬季黑碳气溶胶光学厚度的最大值为0.027 5,位于东亚地区;而质量浓度最大值为1.555μg/m3,位于西欧地区。     

全球不同类型气溶胶光学厚度的时空分布特征

利用MERRA-2(第2版现代研究与应用再分析)资料分析了1980-2017年全球硫酸盐、黑碳、有机碳、海盐、沙尘及总气溶胶光学厚度的时空分布特征;选取了北美、北非、南非、印度、中国和印度洋6个典型区域研究了硫酸盐、黑碳、有机碳、海盐和沙尘气溶胶对总气溶胶光学厚度的贡献率。结果表明,硫酸盐、黑碳、有机碳、海盐和沙尘气溶胶在全球非均匀分布,并且具有季节变化;全球总气溶胶的光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)在夏季最大(0.137),春季次之(0.130),冬季最小(0.118);在6个典型区域里,北非地区总气溶胶的光学厚度最大,为0.43;其次是中国的东部地区,为0.41;每个区域其主要气溶胶的类型并不相同,在北美、中国东部及印度中部地区,硫酸盐是主导的气溶胶类型,贡献率分别为66%,63%和42%,在印度洋、南非及北非地区,海盐、有机碳和沙尘分别是最主要的气溶胶类型,贡献率分别为65%,51%和82%;对于黑碳、硫酸盐和总气溶胶,中国东部地区和印度中部地区有较为明显的增长趋势,其中总气溶胶光学厚度的线性增长率分别为0.007 a^-1和0.0056 a^-1,但在2010年以后,中国东部地区出现明显的下降。     

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。     

北方沙尘气溶胶光学厚度和粒子谱的反演

利用CE-318太阳光度计在内蒙古额济纳旗、东胜、锡林浩特三地观测的2002年6月喇3年5月间的太阳直接辐射数据，应用消光法反演大气气溶胶光学厚度[AOT（λ），Aerosol Optical Thickness]和粒子谱分布，并分析其变化特征。结果表明，该地区气溶胶光学厚度具有明显的时空变化：春季最大，冬季最小，AOT（λ=440nm）平均最大值为0．78，最小值为0．13。3个观测点中，额济纳旗的光学厚度最大，东胜最小。光学厚度的日变化主要有4种形式：1）早晨高傍晚低；2）早晨低傍晚高；3）早晚低中午高；4）变化平缓。这主要与沙尘天气的发生、大气层结稳定度和人类活动等因素有关。气溶胶粒子谱分布基本符合Junge谱，在粒径0．3μm、0．6μm和1．0μm处出现峰值。但是在不同天气条件下粒子谱有很大差异，在沙尘暴天气中，大粒子和巨粒子数有明显的增加，粒子数浓度要比晴天背景大气大了约一个量级。春季气溶胶粒子数浓度最大，夏秋季次之，冬季最小，但相差不超过一个量级。     

青藏高原沙尘气溶胶时空变化及其来源地分析

沙尘气溶胶作为地球大气气溶胶的重要组成部分,对全球气候、生态环境和人体健康都有重要影响。厘清青藏高原地区的沙尘气溶胶时空分布变化,对研究青藏高原沙尘气溶胶气候环境效应有重要意义。利用风云卫星遥感资料、再分析资料等多源数据,统计分析了1999-2020年青藏高原上空沙尘气溶胶的时空分布特征。高原沙尘活动强度在季风期明显高于非季风期,沙尘气溶胶光学厚度（Dust Optical Depth, DOD）在春、夏、秋、冬季的多年平均分别为0.176、 0.064、 0.032、 0.060,气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth, AOD）为0.223、 0.118、 0.069、 0.117。柴达木盆地是青藏高原地区沙尘活动最活跃的区域,在高原西部和南部监测到零星沙尘活动。2018-2020年,青藏高原上空发生沙尘事件的天数分别为：192天、 218天和212天。东亚地区沙尘源地（约62%）与中东、中亚地区沙尘源地（约30%）分别是高原北部和南部沙尘气溶胶的主要来源,源自北非地区的沙尘主要影响高原南部的高海拔地区。青藏高原地区沙尘活动在2000-2012年强度较高,201...     

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。      

青藏高原地区气溶胶直接辐射强迫的数值模拟研究

通过比较EMAC模式模拟结果和卫星观测结果证实了模式的可信性,进而利用模拟结果分析研究了2010～2012年青藏高原上空气溶胶光学厚度及其直接辐射强迫的时空分布规律。结果表明:所有气溶胶组分中,沙尘、水溶性气溶胶和气溶胶中液态水是高原的主要消光物质,三者年平均消光占比分别为0.27、0.20和0.49。2011年夏季纳布罗火山爆发,高空气溶胶消光在海拔14 km以上显著增强。青藏高原气溶胶在大气顶和地表的直接辐射强迫分布总体上由北向南递减,沙尘气溶胶在高原北部边缘大气顶产生正辐射强迫,气溶胶大气层直接辐射强迫对大气有增温效应,主要出现在沙尘含量高的地区。此外,受纳布罗火山爆发的影响,平流层气溶胶在2011年秋、冬季产生了明显较强的负辐射强迫,相比于无火山爆发的2010年和 2012年,青藏高原上空平流层气溶胶负辐射强迫在2011年秋季和冬季分别增加了55.50%和52.38%。     

南京气溶胶光学特性地基观测研究

利用2013年南京地区CE318太阳光度计地基观测反演资料,分析了气溶胶光学特性的变化特征,并根据图解法对该地区气溶胶类型分布特征进行研究。结果表明:南京地区气溶胶光学厚度(AOD)月平均的最大值出现在1月(0.97±0.49),最小值出现在7月(0.53±0.37),全年均值为0.71±0.42。除了3月受沙尘事件影响外,ngstr9m波长指数(α)在全年其余月份值均高于0.8,最大值出现在8月和12月(1.24±0.17);AOD季节平均值在冬季(0.85±0.47)和春季(0.72±0.45)略高于夏季(0.63±0.40)和秋季(0.62±0.36)。α季节平均值特征表现为冬季(1.18±0.16)夏季(1.15±0.32)秋季(1.05±0.33)春季(0.86±0.21);AOD的日变化呈现早晚高,白天比较稳定的特征,冬季呈现出单峰变化特征,峰值出现在13∶00(1.05±0.64);工业型和城市型复合污染导致细粒子污染占比较高,全年AOD和α频率分布呈现明显的单峰分布特征,峰值中心分别位于0.53和1.2,对应最大频率分别为21%和16%;根据α和δα函数图解法得到南京地区AOD高值区(0.7)主要集中在细模态粒子增长部分(1.0α1.4,δα0,η~70%),粒径范围在0.10~0.15μm之间。     

利用MODIS资料反演北京及其周边地区气溶胶光学厚度的方法研究

基于 6S辐射传输模式 ,文中同时采用暗像元法和结构函数法建立了利用EOS Terra/MODIS 0 .6 6和 0 .4 7μm通道数据反演陆地气溶胶光学厚度的遥感模型 ,用于获取北京及其周边地区的气溶胶光学厚度。同时 ,利用与卫星观测同步的地基太阳光度计观测资料估计的气溶胶光学厚度数据验证卫星资料反演结果。研究结果给出了如何选择算法、卫星通道数据和气溶胶模型的最佳组合获取理想气溶胶光学厚度的方法。采用 4种气溶胶模型供反演计算选择。在研究中发现 ,暗像元法不适用于城市地区气溶胶光学厚度反演 ,这不仅与亮地表条件的限制有关 ,而且具有强吸收特性的城市气溶胶也是重要影响因素。两种算法由相同气溶胶模型假定误差造成的气溶胶光学厚度反演误差方向 (增加或减小 )相反。反演试验获取的气溶胶光学厚度分布指出 ,石家庄—北京—天津一线易出现气溶胶光学厚度高值带。     

2001年春季中国北方大气气溶胶光学厚度与沙尘天气

利用敦煌、北京等5个观测站的大气光学厚度[AOT(λ)]资料，分析了2001年春季中国北方大气气溶胶光学厚度的时空分布特征。结果表明，在观测期内各站每月都有大气气溶胶光学厚度高值[AOT(λ＝0．50μm)≥1．04]出现，与我国北方历年在春季发生的沙尘天气的一般时空分布特征基本一致。本文还探讨了大气气溶胶光学厚度与水平能见度以及沙尘天气之间的关系。     

Identification of Aerosol Types and Their Optical Properties in the North China Plain Based on Long-Term AERONET Data

Characterization of aerosols is required to reduce uncertainties in satellite retrievals of global aerosols and for modeling the effects of these aerosols on climate.Aerosols in the North China Plain(NCP) are complex,which provides a good opportunity to study key aerosol optical properties for various aerosol types.A cluster analysis of key optical properties obtained from Aerosol Robotic Network(AERONET) data in Beijing and Xianghe during 2001-11 was performed to identify dominant aerosol types and their associated optical properties.Five dominant aerosol types were identified.The results show that the urban/industrial aerosol of moderate absorption was dominant in the region and that this type varied little with season.Urban/industrial aerosol of weak absorption was the next most common type and mainly occurs in summer,followed by that strong aerosols occurring mainly in winter.All were predominantly fine mode particles.Mineral dust(MD) and polluted dust(PD) occurred mainly in spring,followed by winter,and their absorption decreased with wavelength.In addition,aerosol dynamics and optical parameters such as refractive index and asymmetry factor were examined.Results show that the size of coarse mode particles decreased with AOD indicating the domination of external mixing between aerosols.     

宽带消光法反演气溶胶光学厚度与AERONET北京站探测结果的对比研究

该文简要介绍了遥感气溶胶光学厚度的宽带消光法, 重点比较与分析了2001～2002年间北京地区宽带消光法和全球气溶胶探测网(AERONET)气溶胶光学厚度的探测结果.对比结果表明, 两类探测结果在无云晴天的条件下具有很好的吻合, 二者的相关系数达到90%以上.另外, 作者还针对宽带消光法反演月平均气溶胶光学厚度问题, 提出了一个减小云对反演结果影响的方法, 即月平均光学厚度约束法, 并与全球气溶胶探测网探测结果做对比分析.二者结果的一致性表明该约束方法的有效性.     

Comments on ``Direct Radiative Forcing of Anthropogenic Aerosols over Oceans from Satellite Observation"

Previous observational studies have estimated anthropogenic aerosol direct radiative forcing over oceans without due consideration of cloudy-sky aerosols.However,when interaction between clouds and aerosols located below or above the cloud level is taken into account,the aerosol direct radiative forcing is larger by as much as 5 W m-2 in most mid-latitude regions in the Northern Hemisphere.     

Chemical Composition of Summertime PM2.5 and Its Relationship to Aerosol Optical Properties in Guangzhou, China

Urban aerosols have a large effect on the deterioration of air quality and the degradation of atmospheric visibility.Characterization of the chemical composition of PM 2.5 and in situ measurements of the optical properties of aerosols were conducted in July 2008 at an urban site in Guangzhou,Southern China.The mean PM 2.5 concentration for the entire period was 53.7±23.2 μg m 3.The mean PM 2.5 concentration (82.7±25.4 μg m 3) on hazy days was roughly two times higher than that on clear days (38.8±8.7 μg m 3).The total water-soluble ion species and the total average carbon accounted for 47.9%±4.3% and 35.2%±4.5%,respectively,of the major components of PM 2.5.The increase of secondary and carbonaceous aerosols,in particular ammonium sulfate,played an important role in the formation of haze pollution.The mean absorption and scattering coefficients and the single scattering albedo over the whole period were 53±20 M m 1,226±111 M m 1,and 0.80±0.04,respectively.PM 2.5 had a high linear correlation with the aerosol extinction coefficient,elemental carbon (EC) was correlated with aerosol absorption,and organic carbon (OC) and SO 4 2 were tightly linked to aerosol scattering.     

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。     

Shortwave aerosol optical depth of Arctic haze measured on board the NOAA WP-3D during AGASP-II,April 1986

Measurements of spectral aerosol optical depth in the Alaskan and Canadian Arctic were made from the NOAA Lockheed WP-3D aircraft as part of the second Arctic Gas and Aerosol Sampling Program (AGASP-II) during April 1986. The flight tracks and altitudes flown enabled measurements of the vertical and horizontal distribution of aerosol optical depth in the troposphere as well as direct determination of the stratospheric component. Tropospheric aerosol optical depth ranged from about 0.1 to 0.7. The factor of 7 variability sometimes occurred within 50 km horizontally; comparable variability occurred within less than 1 to 2 km vertically. The Angstrom exponents of the spectral optical depths ranged from 0.5 to 2.0, and some of the variability was apparently related to distinct aerosol regimes.     

大气气溶胶光学厚度遥感研究概况

大气气溶胶是影响气候变化的重要因子之一,利用遥感手段不仅可以获得气溶胶的分布信息,也可以得到相关的气溶胶光学特性参数。本文阐述了国内外气溶胶遥感的发展动态,介绍了气溶胶遥感的基本情况及气溶胶光学厚度反演的几种方法,提出了存在的问题并对今后的研究进行了展望。     

Observation Study of Aerosol Radiative Properities over China

With a simplified radiation balance model, study is performed of aerosol direct radiation forcing in relation to its optical properties and surface reflectance, indicating that with the thickened aerosol layer the earth-atmosphere system may increase or weaken the solar radiation albedo, depending upon different combinations of aerosol single scattering albedo (SSA,ω0), asymmetry factor (g), and surface albedo (αg) rather than relying directly on the aerosol optical depth (δ), which has its value just in proportion to the changed range of albedo alone. As indicated by the model results, systematic observations of aerosol radiative properties are required to make quantitative study of aerosol direct radiative forcing. Observational research of the properties has been undertaken based on ground and space measurements over China, including ground-based sunphotometer-aerosol optical depth (AOD), nephelometer-aerosol scattering coefficients, aethalometer-aerosol absorption coefficients, and MODIS products-retrieved AOD. The satellite retrieved AOD is validated against in situ sun photometer measured AOD, indicating that for eastern China remote sensing given AODs are acceptable owing mainly to lower surface reflectance there whereas for poor vegetation in the north of China the surface reflectance may be underestimated in AOD retrieval. However, appropriate modification of the scheme of aerosol remote sensing is likely to improve the retrieval accuracy. The aerosol single scattering albedo in dry condition is around 0.80 from surface-measured scattering and absorption coefficients. It requires further studies based on more observations to improve our understanding of the issue.     

利用地面水平能见度估算并分析中国地区气溶胶光学厚度长期变化特征

首先对1980年前后能见度资料非均一性进行了处理, 得到中国地区1960～2005年能见度时间序列, 并由此估算得到气溶胶光学厚度时间序列。对比已有观测及研究结果, 本文获得的气溶胶光学厚度时间序列能够较好地反映出中国地区气溶胶光学厚度长期变化特征。中国地区气溶胶光学厚度呈现逐年增加的趋势, 但1985年后增加趋势减缓, 这种变化在大城市区域表现得更为明显。中国地区气溶胶光学厚度空间分布上呈现东南部高、 西北部低的特征, 东南部地区气溶胶光学厚度普遍大于0.4, 最大值出现在四川盆地, 气溶胶光学厚度超过0.8。     

渤海西岸气溶胶光学厚度测量研究

根据2003年在天津大气边界层观测站获得的CE318太阳光度计观测资料，探讨了仪器的定标、渤海西岸大气气溶胶不同波段的光学厚度及其变化规律。结果表明，渤海西岸大气气溶胶受渤海海洋和人类活动共同影响，各波段光学厚度都较大；气溶胶光学厚度谱基本满足Angstrom关系。