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。     

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.     

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.     

上海市区和郊区黑碳气溶胶的观测对比

为了探讨上海市区和郊区黑碳气溶胶质量浓度、分布以及来源和输送等特征,利用上海浦东 (市区) 和东滩 (郊区河口湿地)2007年12月—2008年11月的黑碳气溶胶小时平均质量浓度数据,对比分析了两地黑碳气溶胶浓度在不同时间尺度上的变化特征以及气象要素对黑碳质量浓度的影响。结果表明:观测期间浦东和东滩两地黑碳气溶胶小时质量浓度平均值分别为3.8 μg·m-3,1.7 μg·m-3。两地黑碳气溶胶浓度具有类似的季节变化特征,均为冬季较高、夏季较低;同时浦东黑碳气溶胶浓度日变化呈现出明显的双峰结构,并具有显著的周末效应,体现了局地人为源排放的影响。受源排放影响为主的市区与受输送影响为主的郊区,黑碳气溶胶浓度在不同风向上与风速的关系表现出不同特征。     

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。     

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。     

气溶胶对中国中纬度夏季低层风速的影响

利用中国中纬度133个气象站夏季14:00(北京时)气候观测资料和2002-2018年MODIS夏季气溶胶光学厚度AOD(Aerosol Optical Depth)资料,把气候资料按气溶胶变化的转折年分为两个时间序列(建站至2011年,建站至2018年),通过对两个时间序列各站夏季风速、温度、海平面气压年变率和AOD的分布对比分析,研究了气溶胶对低层风速变化的影响。结果表明:(1)青藏高原(下称高原)地区夏季AOD较小,秦巴山区和平原地区AOD较大,2002-2011年AOD呈逐年增大趋势,而2002-2018年变为减小趋势,反映出我国2012年后环境治理成效。(2)2011年以前,高原和秦巴山区西部夏季以增温为主,而秦巴山区东部和内陆平原以降温为主,114°E附近降温最明显;与建站至2018年时间序列对比,在AOD减小的同时,降温和增压幅度都有所减小,反映出温度和气压变化对气溶胶的响应关系。(3)夏季风速普遍呈减小趋势,内陆平原减小幅度最大,年变率为-0.06～-0.02 m·s~(-1)。结合气溶胶分析发现,风速年变率与AOD分布呈反位相关系。通过两个时间序列的对比,随AOD均值下降,对应风速减小程度有所缓解,反映了风速对气溶胶变化的敏感性。     

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。     

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。     

基于卫星观测的我国北方地区紫外吸收性气溶胶的时空分布研究

利用气溶胶指数(Aerosol Index,AI)资料研究了东亚地区紫外吸收性气溶胶的时空分布特征,主要得出以下结论:1)雨云七号卫星(Nimbus 7,N7)和地球探测卫星(Earth Probe,EP)搭载的臭氧总量测绘光谱仪(Total Ozone Mapping Spectrometer,TOMS)以及臭氧监测仪(Ozone Monitoring Instrument,OMI)反演的AI数据在东亚大陆具有较好的一致性,但EP/TOMS-OMI AI的连续性较好,而N7/TOMS-EP/TOMS AI的连续性较差;2)东亚地区紫外吸收性气溶胶主要位于塔克拉玛干沙漠及其东部周边的库姆塔格、柴达木盆地沙漠、古尔班通古特沙漠、内蒙古中西部、蒙古国南部以及我国东北、华北地区;3)紫外吸收性气溶胶具有明显的月际变化特征;4)旋转正交经验函数分析不仅能分离紫外吸收性气溶胶的源区范围,还能给出源强相对大小的定性信息。     

夏季东亚地区AOD与地面太阳辐射变化的联系及季风环流异常:季节趋势影响

利用2000—2013年MODIS-Terra卫星产品提供的气溶胶光学厚度(aerosol optical depth,AOD)资料及NCEP/NCAR再分析资料集,使用奇异值分解(singular value decomposition,SVD)方法,分析了夏季东亚地区AOD与到达地面太阳辐射(downward solar radiation flux,DSRF)相联系的主要模态,并分析了其与夏季风变化的关系。夏季多年平均的AOD分布显示,在东亚地区存在两个AOD大值区(0.9),分别位于山东、河南、河北交界处附近以及苏中部分地区。而在福建、台湾及其附近洋面上,夏季AOD的值小于0.4。地面太阳辐射总体上呈现出由南往北递增的分布。比较发现,AOD与地面太阳辐射的气候分布较为相似。在保留季节趋势的情况下,运用SVD方法对两者进行分解,结果表明东亚地区AOD与地面太阳辐射表现出较好的正相关关系。由于相对于年际变化而言,季节趋势是更为主要的部分,因而这种同相关系可归因于季风活动的季节性进程。利用SVD1左场时间系数进行相关分析发现:6月(2013年除外),当中国东部气溶胶AOD大而地面太阳辐射亦大时,在中国东南部以及日本岛南部地区,由于气流辐合增强和存在较强的上升运动,降水偏多,而由于副高位置偏南,使得中国中东部偏北地区水汽供应偏弱,降水偏少。由于地面净太阳辐射增强,华北部分地区异常增暖。8月,大陆上空AOD为负(时间系数为负),地面太阳辐射减少,北方降水增多而南方降水减少,华北地区有一小范围的异常降温。上述结果表明北方气溶胶明显偏少时,云量增加,降水将增多,且辐射明显减弱;说明夏季风的季节进程对气溶胶、到达地面的太阳辐射变化等具有重要影响。     

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)。     

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.     

Lidar depolarization measurements for aerosol source and property studies over Chungli (24.58° N, 121.1° E)

Aerosol depolarization ratio and aerosol optical depth (AOD) were measured at Chungli (24.58° N, 121.1° E), Taiwan during the period from 2002–2004. The depolarization ratios of background aerosol have values mostly less than 0.06. The maximum AOD in the altitude range of 0.7 to 2km occurs in the summer (June–August) while between 2 and 5km, the spring (March–May) shows the maximum. The former is mainly related to strong convection and humidity; however the latter is due to anthropogenic aerosols transported from East China and Southeast Asia based on calculations of backward trajectories. This seasonal variation of AOD inferred from different transport mechanisms and aerosol compositions which are supported by the height distributions of aerosol extinction and origins.     

Optical Properties and Source Analysis of Aerosols over a Desert Area in Dunhuang,Northwest China

Aerosol observational data for 2012 obtained from Dunhuang Station of CARE-China(Campaign on Atmospheric Aerosol Research Network of China) were analyzed to achieve in-depth knowledge of aerosol optical properties over Dunhuang region. The results showed that the annual average aerosol optical depth(AOD) at 500 nm was 0.32 ± 0.06, and the ?ngstr?m exponent(α) was 0.73 ± 0.27. Aerosol optical properties revealed significant seasonal characteristics. Frequent sandstorms in MAM(March–April–May) resulted in the seasonal maximum AOD, 0.41 ± 0.04, and a relatively smaller αvalue, 0.44 ± 0.04. The tourism seasons, JJA(June–July–August) and SON(September–October–November) coincide with serious emissions of small anthropogenic aerosols. While in DJF(December–January–February), the composition of the atmosphere was a mixture of dust particles and polluted aerosols released by domestic heating; the average AOD and αwere 0.29 ± 0.02 and 0.66 ± 0.17, respectively. Different air masses exhibited different degrees of influence on the aerosol concentration over Dunhuang in different seasons. During MAM, ranges of AOD(0.11–1.18) and α(0.06–0.82) were the largest under the dust influence of northwest-short-distance air mass in the four trajectories. Urban aerosols transported by northwest-short-distance air mass accounted for a very large proportion in JJA and the mixed aerosols observed in SON were mainly conveyed by air masses from the west. In DJF, the similar ranges of AOD and α under the three air mass demonstrated the analogous diffusion effects on regional pollutants over Dunhuang.     

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。      

A study of aerosol properties over Lahore (Pakistan) by using AERONET data

It is well established that aerosols affect the climate in a variety of ways. In order to understand these effects, we require an insight into the properties of aerosols. In this paper we present a study of aerosol properties such as aerosol optical depth (AOD), single scattering albedo (SSA) and aerosol radiative forcing (ARF) over mega city of Lahore (Pakistan). The data from Aerosol Robotic Network (AERONET) have been used for the period December 2009 to October 2011. The seasonal average values of AOD, asymmetry parameter (ASY) and volume size distribution in coarse mode were observed to be highest in summer. On the other hand, the average values of Angstrom exponent (AE) and imaginary part of refractive index (RI) were found to be maximum in winter. The average value of real part of RI was found to be higher in spring than in all other seasons. The SSA exhibited an increasing trend with wavelength in the range 440 nm–1020 nm in spring, summer and fall indicating the dominance of coarse particles (usually dust). However, a decreasing trend was found in winter in the range 675 nm–1020 nm pointing towards the dominance of biomass and urban/industrial aerosols. As far as aerosol radiative forcing (ARF) is concerned, we have found that during the spring season ARF was lowest at the surface of Earth and highest at top of the atmosphere (TOA). This indicates that the atmosphere was warmer in spring than in all the remaining seasons.