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)。     

北半球夏季对流层顶气压与气温的年(代)际变率与趋势分析

利用NCEP/NCAR再分析月平均资料,研究了1979—2002年夏季全球对流层顶气压和气温的分布特征与变化趋势。选取了夏季北半球对流层顶年(代)际变率最大区域来定义气压指数和气温指数。分析结果表明:(1)全球对流层顶气压和气温在北半球随纬度的增加而增大,在南半球随纬度先增大再减小,而在整个热带地区对流层顶气压和气温的分布则较为均匀。(2)全球平均的对流层顶气压和气温在分析时段内呈减小趋势,但在中高纬度地区对流层顶气压和气温存在大范围增大现象,表明二者的趋势并不是全球一致的。(3)对流层顶年(代)际变率最大值出现在北半球的中纬度地区和南半球的副热带及高纬度地区,最小值则出现在热带地区。气压指数和气温指数显示出准10年和准3～5年周期。     

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.     

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。     

大气气溶胶光学厚度与大气污染物及气象因素关系的时间序列研究

为探讨大气气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)与大气污染物及气象因素的关系,进而为AOD的科学预测提供参考,应用时间序列研究分析了2002年1月～2004年12月的杭州市大气AOD与污染物及气象因素数据,并以前35个月的数据建立时间序列ARIMA(Autoregressive Integ...     

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。     

重污染下华南地区小雨和低云量的时空变化趋势特征

利用华南地区51个站点的逐日小雨降水和低云量等气象资料,采用气候趋势系数、一元回归和相关分析等方法,分析了小雨降水和低云量的年际、季节的长期趋势特征,同时结合华南地区气溶胶光学厚度(AOD)、气溶胶指数和国民生产总值(GDP)等资料进行原因探讨。(1) 华南地区小雨日和低云量呈相反的变化趋势(小雨日下降,低云量上升),而且表现为东部高于西部,沿海高于内陆的分布特征。(2) 小雨日和低云量的回归系数分别为-4.88 d/(10 a)和1.17%/(10 a)。(3) 春季和夏季小雨日变化相对较小,但是对年小雨日贡献较大,而低云量四季均呈现相反的上升趋势。(4) 华南地区的两个AOD大值区分别位于广西中部到南部沿海和广东珠三角地区,其中珠三角地区AOD高达0.7以上,气溶胶指数也表现为沿海地区高于内陆地区的分布特征。近27年华南地区的气溶胶指数呈现波动的上升趋势,与同期的小雨日呈负相关关系,而低云量呈正相关关系,近28年华南地区GDP一直处于明显上升趋势,其中以广东省增加最明显。      

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.     

中国东部地区冬季AOD分布特征及与冬季风环流的可能联系

利用2000年3月—2017年3月Terra卫星反演的MODIS气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)资料、NCEP的fnl全球业务分析数据、CMAP降水资料、CERES SYN1deg Ed 4月平均资料以及NCEP/NCAR再分析资料等,依据中国东部冬季区域平均AOD距平具有显著的年际变化特征,将历年冬季AOD划分为5个不同的污染等级,并探讨了不同污染等级的局地成因及其与冬季风环流的联系。结果表明,中国东部冬季AOD区域平均值与气候要素场有很好的相关关系,即AOD异常偏高(低)时,入射到地面的太阳短波辐射通量减小(增加),地面气温降低(增加),地气系统冷却(加热),地面降水呈现华北与江淮内陆少、江淮东南多(华北与江淮西南部多、江淮地区东部少)的分布特征。中国东部AOD值异常偏高与风速异常偏小有关,且这种负相关关系在华北表现最明显:即AOD异常偏高(低)时,华北地面风速偏小(大),江淮地面风速偏大(小)。个例分析表明,纬向风速异常偏小、东风异常及阿留申低压偏弱是2013年AOD异常偏高的主要原因。     

东亚冬季风异常对区域气溶胶分布的影响

气溶胶已是东亚地区最主要的大气污染物之一,其时空分布会受到东亚季风气候的影响。利用2000～2014年MODIS/AOD（Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer/Aerosol Optical Depth）和NCEP月平均气象场再分析资料,本研究分析了东亚冬季风长期变化趋势、气溶胶年际变化规律,探讨了东亚冬季风强度变化对气溶胶分布的影响。基于MODIS/AOD,发现近10年东亚地区冬季AOD呈现上升趋势,最大值为2007年的0.44,高值区覆盖四川盆地、华北平原及长江中下游大部分地区。风场特征类冬季风指数分析表明,东亚冬季风存在明显的年际和年代际差异,近年出现逐渐减弱的趋势。强冬季风年,海陆气压差增大、东亚大槽加深增强,东亚地区偏北风异常,风场的增强将引导更多冷空气南下,从而给东亚大部分地区带来明显的降温天气;弱年相反。气象场差异引起气溶胶分布变化,强年较强的偏北风将气溶胶向南方输送,东亚地区AOD出现“北低南高”的空间分布;弱年偏北风较弱,导致气溶胶集中在华北平原一带,AOD出现“北高南低”的空间分布。     

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。      

南岳高山站1953—2010年风的气候特征分析

利用1953--2010年南岳高山站风观测资料,采用趋势分析、矢量分解、小波分析及M-K突变分析等方法,分析了南岳站风的气候变化特征。结果表明：（1）南岳山盛行风具有明显的季节变化,春夏盛行西南风,秋冬盛行北风。（2）年平均风速呈显著减弱趋势,减小速率为-0．25m·^-1／10年,四季中夏季变率最大,冬季变率最小,夏、冬季分别从20世纪70年代后期和80年代后期开始风速发生了明显减弱。风矢量分解后显示,经、纬向风速均呈减弱趋势,经向风速的减小速率远大于纬向,南、北风分量风速都在减弱,北风分量风速减小速率明显大于南风分量,西、南风分量仅在夏季显著减弱,而北风分量在春、秋、冬季都呈显著减弱趋势。分析还发现,南岳山风场年代际变化特征显著,年以及冬季平均风速16年周期振荡在20世纪90年代后发生了明显转折,与同时期的大气环流变化趋势基本一致。     

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。     

我国380nm波长气溶胶光学厚度分布特征和演变趋势

利用1980—2001年TOMS/ NASA逐月气溶胶光学厚度 (AOD) 资料, 通过EOF, Morlet小波分析、趋势分析和突变检验等方法, 研究了我国大气气溶胶380nm光学厚度的时空分布特征和变化趋势。结果表明:全国全年存在两个范围较大、持续时间较长的AOD高值区:南疆盆地和四川盆地; 绝大部分地区春季AOD值最大, 最小值出现的季节则有所不同; 季节差异随纬度增加而减小; AOD变化具有明显的季节性和年际振荡特征; 年平均AOD呈明显增加趋势, 20世纪80年代末90年代初增加趋势有所减弱。     

典型站点气溶胶对云特性的影响

结合Cloud Sat对云的主动观测和MODIS(MODerate-Resolution Imaging Spectroradiometer)对气溶胶的被动反演,研究了典型站点气溶胶对云的宏观、微观和辐射特性的影响。结果表明,气溶胶对大陆性和海洋性站点的云均有显著影响。1)随气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)增加,水汽含量较弱站点的低层(高层)云量呈减小(增加)趋势,而水汽条件较强站点的各层云量均增大,且具有较高(较低)云顶的云层发生概率在各个站点都呈增加(减小)趋势。2)AOD的增大导致各站点云滴和冰晶粒子的有效半径均减小、大气层顶的短波和长波云辐射强迫均增强、短波云辐射强迫绝对值的加强更显著、长波云辐射强迫增加的幅度相对更大。3)气象要素在AOD大(小)值情况下的变化表明,大尺度动力条件并不能解释云的上述特性随AOD的显著改变。     

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。     

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。     

全球气候模式对未来中国风速变化预估

利用世界气候研究计划之第三次耦合模式比较计划 (WCRP/CMIP3) 提供的, 参加IPCC AR4的19个气候模式和国家气候中心为IPCC第五次报告研发的新一代气候模式 (BCC_CSM1.0.1) 及模式集成, 考虑高排放 (A2)、 中等排放 (A1B) 和低排放 (B1) 三种人类排放情景, 预估21世纪中国近地层 (离地10 m) 风速变化。预估结果表明: (1) 21世纪全国平均的年平均风速呈微弱的减小趋势, 且随着预估情景人类排放的增加, 中国年平均风速减小趋势越显著。 (2) 冬季 (夏季) 全国平均风速呈减小 (增大) 趋势, 人类排放量越多, 冬季 (夏季) 风速减小 (增加) 程度越大。21世纪我国风速夏季 (冬季) 增大 (减小) 与全球变暖的背景下未来亚洲夏季风 (冬季风) 增强 (减弱) 有一定关系。 (3) 与20世纪末期 (1980～1999年) 相比, 21世纪初期 (2011～2030年) 中国区域年平均风速A2情景下略偏小, A1B和B1情景下年平均风速无明显变化; 21世纪中期 (2046～2065年) 和后期 (2080～2099年), 三种排放情景下中国年平均风速均比20世纪末期风速小。 (4) 21世纪初期、 中期和后期均表现为冬季 (夏季) 平均风速比20世纪末期冬季 (夏季) 平均小 (大)。 (5) 夏季中国中北部和东北地区风速偏大, 其余地区风速无明显变化或略偏小; 冬季除了东北北部和西藏东南部外, 中国大部地区风速偏小。绝大部分地区超过50%模式一致地预估上述风速变化形式, 具有一定的可信度。     

近50年来中国气候变化特征的再分析

利用国家气象中心最近整编的中国 74 0个站逐日资料 ,通过对中国温度、降水、湿度、风速、气压这 5个基本气象要素变化特征较为全面的分析 ,揭示了近 5 0a来中国气候变化的一些新特征。得到的新结果有 :(1)近 5 0a来 ,全国平均气温在 2 0世纪 80年代以后上升更为明显 ;西南低温区在 90年代以后温度也处于上升状态 ;夏季的长江中上游出现明显的降温趋势。 (2 )全国平均年总降水量波动略有减少 ,但 90年代以后夏季降水增加明显 ,尤其是长江以南地区 ,而华北、东北地区降水显著减少 ,体现了夏季风的减弱。 (3)全国平均相对湿度的变化和降水相似。(4 )中国几乎全部地区的风速都在显著减小 ,冬、春季和西北西部最明显 ,该区 90年代的年平均风速比 5 0年代减少约 2 9%。风速大幅减小主要是由于亚洲冬、夏季风的减弱。 (5 )全国平均的海平面气压在增高 ,尤其是北方的冬季 ,这和中国风速的大幅减小有关。