2006年春季青岛气溶胶光学厚度与气溶胶指数、能见度的关系分析

由多波段天空辐射计观测的太阳直接辐射和散射辐射计算得到2006年春季22个晴天的大气气溶胶光学厚度(AOD),利用OMI(臭氧监测仪)的气溶胶指数(AI)线性插值得到相应22 d的气溶胶指数,说明AOD与AI具有较好的相关关系,并拟合出两者的线性关系式.分析AOD与实测水平能见度的关系,说明春季在少云或无云天气,大气中气溶胶含量高是导致能见度水平下降的主要原因.根据2个不同的能见度公式,分别由浑浊度系数和消光系数来计算22 d的水平能见度,并与实际观测值做相关,得到相关系数分别为0.764,0.760.当气溶胶标高取1.3 km时,由消光系数计算得到的水平能见度整体小于实测水平能见度;由浑浊度系数计算得到的能见度有11 d大于实测水平能见度,另外11 d小于s实测水平能见度.     

渤海及北黄海气溶胶分布特征和大气校正研究

根据2003-2005年三年夏季渤海及北黄海海上调查资料,使用浑浊度系数α和埃斯特朗指数β描述气溶胶的光学厚度,对该海域上空气溶胶分布特征进行了分析.调查数据显示,浑浊度系数α的范围是0.03～2.76,大部分站点α集中分布在1个比较小的范围内;埃斯特朗指数β的范围是0.12～1.64,其分布较分散.在β=1.3处存在一个β最大值,在β<0.8的范围分布相对均匀.分析还发现,气溶胶的光学厚度与标准化气压有明显的负相关(相关系数为-0.42),特别是二者对应变化曲线的跨零点基本重合.在数据分析的基础上,作者提出了两尺度气溶胶的光学厚度模型以及对应的两尺度气溶胶散射的反射率模型,这样可将传统气溶胶模型中乘幂形式的两个变量结合改为两个变量线性组合,从而将气溶胶散射的反射率并入整体反演公式,使之有可能被用于水色遥感的线性系统算法,从而避免传统大气校正的过程,这为二类水体水色反演提供了一种新思路.     

沿海城市大气气溶胶光学特性初探

利用CE318型自动太阳光度计在2010年3～5月期间的观测数据,分析了沿海城市——天津市在沙尘与灰霾天气条件下大气气溶胶的光学与物理特性。主要参数包括:气溶胶光学厚度、Angstrom波长指数、散射相函数、单次散射反照率、复折射指数以及粒子体积谱分布。观测结果表明,在该季节的大气气溶胶光学特性主要受到人为和陆地沙尘的共同作用,不同天气条件下,大气气溶胶的光学与物理特性差异明显。     

台湾海峡及周边海区MODIS气溶胶光学厚度有效性验证

大气气溶胶通常是指悬浮在大气中直径小于10μm的液态或固态的微小粒子.对流层气溶胶是陆地-大气-海洋系统的重要组成部分.它通过直接或间接辐射强迫强烈地影响着地-气系统的辐射收支平衡,进而影响全球环境和气候,是气候变化研究的一个重要因子.气溶胶光学厚度是气溶胶最重要的参数之一,是表征大气浑浊度的重要物理量,也是确定气溶胶气候效应的一个关键因子和大气模型的一个重要参量[1].探测气溶胶光学厚度可以采用陆基探测方法,如太阳辐射计、天空辐射计、日射强度计等,也可以采用卫星遥感观测的方法.     

气象条件对青岛地区气溶胶光学特性的影响

利用 2 0 0 2年 4月至 2 0 0 3年 10月多波段太阳光度计资料和同期的气象观测资料 ,分析了不同气象条件下青岛气溶胶光学特性的变化。气象条件的转变与青岛地区气溶胶光学特性之间具有很好的响应关系 :南风盛行时会加大光学厚度 ,并增强气溶胶对 >5 0 0nm波段太阳辐射的散射能力 ;轻雾和霾在青岛气溶胶光学厚度中占有较大比重 ,而霾对 <5 0 0nm波段辐射的散射能力较强。     

SeaWiFS遥感资料分析中国海域气溶胶光学厚度的季节变化和分布特征

通过与地基气溶胶观测数据的对比,确认了SeaWiFS气溶胶光学厚度产品用于研究中国海域气溶胶分布和变化特征的有效性。在此基础上,分析了中国海域气溶胶光学厚度的季节变化和地理分布特征。研究结果表明,中国东部海域平均气溶胶光学厚度存在以中纬度为中心的纬向分布;受沙尘、季风气候的影响,中国海域气溶胶光学厚度存在季节变化,不同海区有不同的季节变化和分布特征。渤海、黄海及东海有类似的变化特征,春季都受到沙尘气溶胶的影响,使中国东部海域气溶胶光学厚度普遍高于0.160,且对东海的影响最大;夏、秋季逐渐减小,冬季有所回升。南海气溶胶光学厚度均值为0.150,随时间变化不明显,但地理分布变化显著;受季风气候的影响,从春季到冬季,气溶胶光学厚度高值中心从高纬海域向低纬海域转移,范围也逐渐扩大。冬季南海大部分海域气溶胶光学厚度都达到0.160以上,是整个中国海域冬季气溶胶光学厚度最大的海区。气溶胶光学厚度的季节变化和地理分布特征为研究中国海区域气候变化和海洋生态提供了依据。     

气溶胶光学厚度的时空变化

在大气中气溶胶微粒是一种重要的大气微量成分。气溶胶光学厚度也是大气校正所需的重要大气参数，同时也是海洋水色卫星主要的数据产品。由于气溶胶光学厚度的时空变化较大，所以如何准确获取大气校正和卫星数据产品真实性检验所需的气溶胶光学厚度则是至关重要的。在简述气溶胶光学性质的基础上，并结合2002年6月HY—1南海实验数据来阐述现场气溶胶光学厚度的准确获取。     

基于MODIS数据气溶胶光学厚度特征分析

气溶胶光学厚度(AOD)是表征大气浑浊程度的关键的物理量,也是确定气溶胶气候效应的重要因素。本文以环渤海区域为例,首先利用太阳光度计观测数据对MODIS数据气溶胶光学厚度产品进行验证分析,暗像元法反演结果最好;然后基于2005年1月至2019年2月MODIS暗像元法反演结果分析环渤海地区气溶胶光学厚度的时空分布。结果表明:环渤海地区AOD分布呈现出明显的季节变化,春夏季节气溶胶处于高值区(0.7-0.9),秋冬季节处于低值区(0.2-0.5),AOD高值区主要分布于北京、天津及河北和山东交界地区。气溶胶分布特征可能与沙尘天气、季风变化和工业生产生活的污染物排放有关。     

黄海、东海上空春季气溶胶光学特性观测分析

2003年春季国家卫星海洋应用中心等几家单位在黄海和东海海区进行了为期40 d的二类水体信息测量试验,试验中使用手持太阳辐射计对海区上空大气光学特性进行了观测,并获得了大量晴空天气条件下的大气光学数据.利用本次试验获取的测量数据得到了黄海、东海海区春季的大气气溶胶光学特性,其中包括气溶胶光学厚度和气溶胶粒子谱分布.采用Langley方法对测量得到的太阳直射辐射量进行处理得到了海区上空气溶胶光学厚度,利用得到的气溶胶光学厚度来反演气溶胶粒子谱分布.反演结果表明无云情况下黄海、东海上空的气溶胶光学厚度在0.2~0.4左右,且气溶胶粒子谱分布的变化趋势也很接近;海区上空霾层较厚时测量得到的气溶胶光学厚度明显增大,最大接近0.8;气溶胶粒子谱分布的变化趋势发生了明显的变化.     

南海北部气溶胶光学厚度观测研究

利用2004年南海北部开放航次全程使用多波段太阳光度计观测获得的气溶胶光学厚度资料，对南海北部气溶胶光学厚度（AOD）的时空分布特征、气溶胶类型和来源等进行了分析。结果显示，近岸海域AOD值大，基本在0．5（500nm）以上，远离大陆的区域AOD值小，基本在0．2（500nm）以下。AOD值与污染源区丁业生产水平和气流输送密切相关，受珠三角地区丁业高度发展和冷空气南下的影响，在珠江口南部出现AOD高值中心；由于受台湾西南部工业区和东北信风的影响，台湾岛西南部海域AOD值偏大。3天的个例分析显示，海洋上空的AOD值上午和下午略高，中午最小，AOD与大气水汽含量呈正相关。Angstrom波长指数分析显示，大陆沿海海域气溶胶以小粒子为主，远离大陆海域以海盐粒子为主。     

The radiative and thermal effects of smoke aerosol over the region of Moscow during the summer fires of 2010

The shortwave radiative forcings of smoke aerosol in the cloudless atmosphere during the summer fires of 2010 in European Russia were quantitatively estimated for the land surface and the atmospheric upper boundary from measurement data obtained at the Zvenigorod Scientific Station of the Obukhov Institute of Atmospheric Physics (OIAP ZSS), Russian Academy of Sciences. Variations in the temperature of the surface air layer due to the smoke-induced attenuation of incoming solar radiation were estimated. The most intensive smoke generation in the atmosphere was observed on August 7–9, 2010, when the maximum aerosol optical thickness amounted to more than 4.0 at a wavelength of 550 nm. In this case, the albedo of single aerosol scattering amounted to ∼0.95–0.96 and the asymmetry factor amounted to ∼0.69–0.70. The maximum shortwave radiative forcing of aerosol amounted to about −360 W/m² for the land surface and almost −150 W/m² for the atmospheric upper boundary. During the period of intensive smoke generation, the cooling of the atmospheric surface layer over daylight hours (12 h) amounted, on average, to ∼6°C. The power character of the dependence of the shortwave radiative forcing of aerosol for the land surface on aerosol optical thickness up to its values exceeding 4.0, which was revealed earlier on the basis of data on aerosol optical thickness (up to 1.5) obtained at the OIAP ZSS during the summer forest and peatbog fires of 2002 in the region of Moscow, was supported.     

利用地物光谱仪数据研究水汽对太阳辐射的吸收

论文将在介绍太阳辐射衰减理论的基础上,利用地物光谱仪、太阳辐射计和臭氧监测仪测量所得到的海面入射的太阳直射辐射光谱数据及大气衰减数据,提出了一种研究水汽在近红外波段对太阳辐射吸收作用的新方法,利用该方法得到的水汽吸收系数与前人研究结果非常一致。在可见光波段,大气对太阳辐射的吸收主要体现为臭氧的吸收。在近红外波段,臭氧的吸收非常小,对大气起吸收作用的主要为水汽。     

Optical characteristics of coastal waters and atmosphere near the south coast of the crimea at the end of summer 2008

We present the results of measurements of optical characteristics of waters (the beam attenuation coefficient, volume scattering function, sea water reflectance, and Secchi depth) and optical characteristics of the atmosphere (aerosol optical thickness, content of vapors, and the ?ngstr?m exponent) carried out in September 2008 on the oceanographic platform near Katsiveli. We carried out the comparative analysis of hydrooptical characteristics measured in various years. The optical type of sea waters in the period of observations is determined.     

利用SeaWiFS资料反演我国海域气溶胶粒子密度分布

在卫星数据反演气溶胶光学厚度产品的基础上,讨论了二次反演大气柱中气溶胶粒子密度的问题.通过理论分析,利用多波段气溶胶光学厚度提取大气柱中气溶胶粒子密度是可行的,并指出能否准确确定多波段气溶胶光学厚度会直接影响粒子密度的反演结果.定义并分析了气溶胶粒子消光体积权重系数随粒子半径的变化,表明从气溶胶光学厚度中反演大气柱中气溶胶积聚模态和粗模态粒子密度的结果是可信的.利用SeaWiFS气溶胶光学厚度产品,运用蒙特卡罗法反演了2002年我国海域上空大气柱中积聚模态和粗模态气溶胶粒子密度,结果表明,积聚模态粒子密度比粗模态的高2~3个量级,它们的空间分布趋势一致;我国近岸海域大气柱中气溶胶粒子密度高于离岸海域的;春季气溶胶粒子密度高于其他季节的,特别在黄海、东海海区是如此.     

卫星遥感中国海域人为和沙尘气溶胶时空分布的研究

利用MODIS气溶胶产品中550nm气溶胶光学厚度和小颗粒比例两个参数的关系,直接计算得到我国海域人为和沙尘气溶胶光学厚度,并对人为和沙尘气溶胶的分布进行了分析,结果表明:在我国海域,利用550nm气溶胶光学厚度和小颗粒比例的关系直接计算人为和沙尘气溶胶光学厚度是可行的;我国海域的人为和沙尘气溶胶光学厚度有明显的时空变化.人为气溶胶在春夏季最大,而在秋冬季最小;沙尘气溶胶在冬春季最大,而在夏秋季最小.在该海域人为和沙尘气溶胶光学厚度有显著的空间变化,在纬向上,人为气溶胶光学厚度在30°~45°N达到最大值,向南北递减;沙尘气溶胶光学厚度在33°~40°N最大,在其他纬度都很小.在经向上,人为气溶胶光学厚度与离岸距离有关,在沿海120°E处最大,随着经度增加而减小.沙尘作为大颗粒气溶胶,传输距离小,所以它只是在120°~123°E出现最大值,在其他经度处都很小.     

Determination of stratospheric aerosol parameters from two-wavelength lidar sensing data

We calculate the microphysical characteristics of stratospheric aerosol from lidar-sensing data at wavelengths of 355 and 532 nm using a priori information about the aerosol spectra obtained from balloon and aircraft measurement data. We analyze the mode structure of the spectra and its coupling with the integral microphysical characteristics of aerosol. For most implementations, it was shown that two aerosol modes (of background and volcanic natures) make commensurate contributions to integral aerosol characteristics, which makes it difficult to use the traditional method of model estimates. It is more efficient to use an optical model of a statistical character that is based on approximation dependences between the required integral aerosol characteristics and lidar-measured optical characteristics. We found that the area, volume, and effective size of particles and the lidar ratio at a wavelength of 355 nm correlated with the absolute values of backscattering coefficients at wavelengths of 355 or 532 nm and the lidar ratio at the wavelength of 532 nm correlated with the ratio of backscattering coefficients at these wavelengths. We estimate the error in the determination of integral characteristics of aerosol using the model developed. The model efficiency is demonstrated on real data of stratospheric aerosol lidar sensing.     

北极阿蒙森湾一年冰物理和光学性质的观测研究

利用加拿大环极冰间水道系统研究项目,作者对2007年11月24日至2008年1月26日北极群岛阿蒙森湾海域秋冬季节一年冰的物理和光学性质进行了观测研究。结果显示,观测期间的海冰厚度整体在27～108 cm范围内变化,积雪厚度仅为0～6 cm。海冰温度、盐度和密度在冰内的分布特征为:海冰表层最低温度为–22.4℃,底层最高温度为–2.2℃,冰内温度随深度单调增大;盐度变化范围为3.30～11.70,冰内盐度剖面呈现“C”形,即表层和底层盐度较大,而中间层盐度较小;海冰的平均密度略大,为（0.91±0.03）g/cm3。通过观测人造光源在海冰中的透射辐射谱分布,发现一年冰的光谱透射辐射在490 nm和589 nm处呈明显的双峰结构,但随着海冰厚度的增加,双峰结构逐渐减弱,体现了海冰对于不同谱段辐射能衰减作用的差异。在可见光范围内,裸冰和雪覆冰的吸收率最小值出现在490 nm,在443～490 nm范围内二者的吸收率随波长增大而降低,在490～683 nm范围内二者的吸收率随波长增大而升高,但雪覆冰的吸收率在可见光范围内基本保持不变,体现了雪覆冰吸收率的光谱独立性。一年冰的谱衰减系数随波长呈“U”字形分布,紫光和红光谱段的衰减系数较大,中间谱段的衰减系数较小,589 nm波长的衰减系数最小,为1.7 m–1。将谱衰减系数在可见光范围内积分,得到一年冰的积分漫射衰减系数约为2.3 m–1,略高于多年浮冰的漫射衰减系数1.5 m–1。阿蒙森湾一年冰与加拿大海盆北部多年浮冰辐射光学性质的差异,主要源于陆源物质输入引起的海冰内含物组分的改变,而不同组分对光谱的吸收和散射性质不同,进一步导致了光学性质的整体变化。     

气溶胶的光学厚度与反射率比的处理方法

气溶胶光学厚度与气溶胶反射率比都是大气校正所需的重要大气参数，同时也是海洋水色卫星主要的数据产品，它们的测量精度将直接到卫星数据产品正演的精度和卫星数据产品的应用。文章在简述气溶胶光学厚度与气溶胶反射率比的基本测量原理和处理方法的基础上，结合多次试验数据结果进行简要的评价。