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。     

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。     

小洋山岛大气气溶胶光学厚度的特征分析

小洋山岛位于上海东南面距海岸线约30km处,四面环海,研究其上空的大气气溶胶光学特性对了解我国东部沿海地区及其近海海域的环境和气候影响等都具有重要的意义。对于近岸海岛的气溶胶光学厚度(AOD)观测,至今国内尚未见这方面的实测资料与分析。本次实验利用2006～2007年连续观测得到的AOD值,分析了AOD的季节变化及其与地面风向、湿度和能见度等气象要素的关系,并给出了气溶胶消光谱。分析发现:小洋山地区AOD具有春季最大,冬季次之,秋季较小的特点,而且在低能见度情况下,气溶胶以大粒子为主;盛行西风时,AOD值增大且大粒子比重增加;AOD与湿度有较好的正相关关系。     

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.     

2010—2012年我国西北地区沙尘个例气溶胶特征分析

利用2010—2012年间中国西北地区敦煌、民勤和塔中3个站点的CE-318太阳光度计观测资料,反演获得了气溶胶440 nm波段的大气气溶胶光学厚度（AOD）及440—870 nm波长指数（Alpha）,同时结合Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS)卫星L1B产品及环境颗粒物监测仪Tapered Element Oscillating Microbalance(TEOM)观测的PM10数据,挑选出2010—2012年间沙尘天气特征明显的6个日期,并对这6天的气溶胶光学特性、PM10浓度变化特征及沙尘气溶胶来源进行了分析。研究结果表明：MODIS卫星图有明显沙尘天气过境时,当天的AOD值较高,Alpha值则较低,且AOD和Alpha表现出相反的变化趋势。这表明在这3个站点沙尘气溶胶占主导,PM10浓度变化与AOD变化趋势有较好的正相关性。Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory（HYSPLIT）后向轨迹分析表明,气团大多起源于塔克拉玛干沙漠或干旱、半干旱区。     

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.     

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。     

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。     

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.     

Characteristics of Aerosol Activation Efficiency and Aerosol and CCN Vertical Distributions in North China

By analyzing airborne observations over North China from 30 flights during spring and autumn of 2005-2007, characteristics of the vertical distributions of aerosol and cloud condensation nuclei (CCN) at 0.3% supersaturation in various locations of North China are investigated. The measurement samplings were conducted over different surfaces such as plains, plateau, and sea. The results show that the number concentration of accumulation mode aerosols was greater in autumn than in spring, but the reverse is true for CCN. This means that more aerosols with diameters smaller than 100 nm could be activated as CCN in spring, and this could induce higher aerosol activation efficiency. The aerosol activation efficiency over the plains near the Taihang Mountain was greater in spring than in autumn, and it was greater over sea than over land. The aerosol activation efficiency above the boundary layer over the Bashang Plateau was very low. Based on a fit of the negative exponential vertical distributions of aerosol and CCN, a spatial parameterization model of aerosol and CCN as well as aerosol activation efficiency over North China was proposed. The results show that aerosol activation efficiency was not clearly dependent on altitude because it was mainly affected by regional physical and chemical characteristics of aerosols and the ambient atmospheric conditions. The mean aerosol activation efficiency is 0.66, with values of 0.70 and 0.53 in spring and autumn,respectively.     

拉萨市气溶胶光学厚度研究及MODIS产品检验

利用拉萨站及纳木错站地面观测数据分析了拉萨市气溶胶光学厚度(AOD)日变化、季节变化,并对MODIS产品的数据质量及适用性进行了初步检验。结果表明,拉萨市AOD在08～10时,17～20时存在明显波动,11～16时比较稳定。拉萨站与纳木错站AOD季节变化存在差异,拉萨站呈单峰型,峰值在春季,纳木错呈双峰型,主峰在春季,次峰出现在8月,季节变化极大值的出现可能与春季沙尘天气有关。拉萨站AOD整体高于纳木错站,Angstrom波长指数则相对较小,这可能与城市人类活动有关。MODIS气溶胶产品在拉萨不具适用性。      

Aerosol over the Southern Ocean

In a first attempt to assess a proposed climatic change feedback process involving cloud condensation nuclei (CCN) and cloud albedo, CCN concentrations N as a function of supersaturation S were measured on a voyage from latitude 43 to 65°S in October–November 1988. The usual relationship N=CS^k, with k=0.5 and C a constant was a fair apprraximation for S in the range 0.3–0.7% implying that CCN concentrations should largely determine cloud drop concentrations and hence albedo for clouds with S in that range. South of latitude 50°S and at smaller S,k was 1 or larger on average, which would lead to reduced dependence of albedo on CCN for the relevant clouds. N varied very widely for separations of the order of 100 km or 6 hours in time, particularly when the sea was partly ice-covered, suggesting strong local influences. During a large increase in N 60°S, unaccompanied by an increase in condensation nuclei (CN), cloud drops grew more rapidly than usual. In a subsidiary experiment particles were collected and examined by transmission electron microscopy. For particles less than 0.2 μm diameter, 80–90% appeared to consist of ammonium sulfate, the remainder being sea salt or an unknown substance which was more liquid and heat-resistant. Dialysis showed that the sulfate particles contained a few percent of insoluble material. Particles which formed cloud drops in vapours other water, were also studied. Comparison of these and water CCN and the rates of droplet suggested that the water insoluble portion of the particles was ethanol-soluble and surface-active. CN concentrations decreased by a factor of about 2 between 43 and 65°S, a change closely paralleled by ethanol CCN concentrations.     

气溶胶粒子的降水清除

讨论了雨滴在云下对气溶胶粒子的清除,考虑了气溶胶粒子和雨滴之间的碰并系数,雨滴谱以及气溶胶粒子谱对清除系数的影响。在０１＜ ｒ＜ １０ μｍ 范围内,利用不同的碰并系数表达式算得的降雨对该区间内气溶胶粒子的清除系数相差很大,但对总质量清除系数影响不大;雨滴谱的改变对总质量清除系数有很大影响;不同的气溶胶粒子谱对总质量清除也有一定影响。雨滴谱用Ｍａｒｓｈａｌｌ－ Ｐａｌｍ ｅｒ 分布;气溶胶粒子谱用Ｊｕｎｇｅ 分布ｎ（ｒ）＝ ａｒｂ 算得清除系数与雨强关系为Λ＝ ０５１Ｉ０７８,而气溶胶粒子谱改用三参数分布（ｒ）＝ ａｒｂｅ－ ｃｒ得到清除系数与雨强的关系为Λ＝ ０２５Ｉ０７７。     

CALIOP对一次秸秆焚烧后气溶胶光学特性的探测分析

采用星载激光雷达(Cloud - Aerosol LIdar with Orthogonal Polarization,CALIOP)资料研究了2008年6月2日华东秸秆焚烧排放气溶胶的光学特性,并与2006～2008年统计结果进行了对比.结果表明:1)CALIOP能够有效探测到气溶胶层,探测结果符合生物质燃烧气溶胶的...     

利用MODIS气溶胶产品研究亚洲季风对气溶胶传输及其分布的影响

利用NASA Terra和Aqua卫星MODIS气溶胶卫星产品,统计了亚洲地区气溶胶光学厚度的空间和季节变化特点,发现东亚与南亚两气溶胶光学厚度高值区年际变化类似,季节变化有所不同。同时结合季风区气候条件,分析亚洲季风对气溶胶分布传输的影响,认为南亚气溶胶光学厚度大值区主要是由于南亚季风和高原地形综合作用形成,东亚地区主要是以当地人类活动产生的气溶胶为主,夏季会受到南亚地区气溶胶输送的影响。光学厚度大值区会随着强季风移动。     

气溶胶与气候

气溶胶粒子对气候系统的辐射平衡有重要影响。气溶胶对气候的影响可分为两大方面,即直接影响和间接影响。直接影响指大气中的气溶胶粒子吸收和散射太阳辐射和地面射出长波辐射从而影响地－气辐射收支。模式计算表明,人类活动引起大气气溶胶增加倾向于使地球表面降温,工业化以来,气溶胶增加引起的地面变冷趋势可部分抵销温室气体增加引起的地表温度上升。气溶胶对气候的间接影响是指气溶胶浓度变化会影响云的形成,而云的变化反过来对气候有巨大影响,这方面至今还没有定量结果。       

直接观测大气气溶胶成核

大气核化是全球大气气溶胶粒子的主要来源,在气溶胶气候效应中扮演重要角色。大气核化过程的关键步骤发生在2 nm以下的尺寸范围,在如此小的范围直接对其大小隔离观察直到最近才得以进行。本文呈现了1nm流动性直径范围内的大气纳米颗粒和集群的详细观测结果,确定了三个独立的低于2nm直径的尺寸类型,建立了物理、化学、动力一致的大气成核框架,更具体地说,气溶胶通过中性的途径形成。研究结果强调了在大气气溶胶形成过程中有机化合物的重要作用,导致气溶胶增长、辐射强迫及生物排放量、云和气候之间的相关反馈。     

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。     

从归一化植被指数提取气溶胶光学信息

利用卫星遥感和改进归一化植被指数(NDVI)算法,在最大值合成的MVC-NDVI与监测日NDVI差值中提取气溶胶浑浊度信息,形成新的气溶胶光学指数产品,通过监测珠三角地区细粒子气溶胶扩散过程的验证,表明方法是成功的。基于理论和实例分析,提出气溶胶研究应当从本地区地理环境和气溶胶特征的实际出发,重视细粒子气溶胶作为稳定的胶体系统对空气质量、天气系统和气候变化的影响,重视卫星遥感在气溶胶监测中的不可替代的作用。