诚邀投稿Advances in Polar Science“南北极地区大气气溶胶和痕量气体观测研究”专刊

<正>近年来,国际社会普遍关注气溶胶组成变异及其气候效应,大气中痕量气体来源、输送及对生态环境的影响。为此,Advances in Polar Science计划于2015年12月组织出版"南北极地区大气气溶胶和痕量气体观测研究"专刊(正刊,第26卷第4期)以纪念中国南极大气气溶胶和痕量气体观测研究30周年。文章的内容可围绕"南北极地区大气气溶胶和痕量气体观测研究"这一主题,主要探讨以下的问题(不限于):(1)温室气体及其海气交换通量;(2)痕量气体和有机污染物输送特征;(3)气溶胶来源、迁移变化和沉降;(4)黑碳、臭氧耗损及其气候效应;(5)气溶胶遥感反演和气溶胶气候模式。为确保本专刊的论文质量,特邀请国家海洋局第三海洋研究所陈立奇研究员、中国科学技术大学谢周清教授、美国Rutgers University的高原教授共同担任特邀编辑。     

极地冰芯中火山记录的研究进展

火山活动产生的硫酸气溶胶是影响气候变化的重要因素,这些气溶胶经大气环流被传输至极区,最后沉降和保存在极地冰盖上.根据火山气溶胶的性质,研究者们提出了冰芯中火山信号的识别方法,并据此重建了不同历史时期保存在极地冰盖不同地点的火山活动记录.这些记录在判别具有全球气候效应的火山事件、冰芯定年以及研究近1000年来火山活动对气...     

MODIS北极气溶胶光学厚度的精度验证与分布特征研究

北极是地球上的气候敏感区,近年来其温度升高是全球平均水平的两倍,而大气气溶胶对北极变暖有显著影响.为探究北极大气气溶胶的光学特性,基于MODIS(Moderate-resolution Imaging Spectroradi-ometer)10 km和3 km气溶胶光学厚度AOD(Aerosol Optical Dep...     

东亚沙尘气候效应对地面温度日较差影响的数值模拟

地面温度日较差（DTR）作为重要天气和气候指标,反映昼夜温差极值,比平均气温对地表辐射收支的变化更敏感,对环境变化和气候异常具有重要参考价值。沙尘气溶胶的气候效应是影响岩石圈-大气-海洋系统的重要因子,但目前的研究较少涉及沙尘气溶胶对DTR的影响机制。基于WRF-Chem模式（Weather Research and Forecasting coupled with Chemistry）揭示2002—2005年沙尘气溶胶气候效应对东亚地面温度日较差的影响。结果表明：WRF-Chem模式可以很好体现东亚气象场和沙尘气溶胶的时空分布特征。沙尘气候效应导致东亚大陆大部分地区DTR减小,沙尘直接辐射效应在其中起决定性作用。在白天,沙尘直接辐射强迫加热大气、冷却地表,减小地面总净辐射而降低日最高温度,导致DTR减小。在中国青藏高原和东北部地区,沙尘气溶胶间接效应占主导地位,导致青藏高原地区积雪覆盖减少,东北地区云水含量减小,间接导致DTR增大。     

沙坡头地区沙尘气溶胶质量浓度的试验观测研究

中国北方沙尘气溶胶的理化特征及其气候效应受到了广泛关注,但现有的研究大都是基于较短时段和典型事件的试验观测。本项研究利用大流量采样器和安德森采样器,对沙坡头地区沙尘气溶胶的质量浓度特征进行了长达3a的监测,获得了该地区沙尘气溶胶的年变化特征,并与背景气象资料和降尘观测结果进行了对比分析;针对典型天气过程的观测结果表明,不同天气条件(背景大气、浮尘、扬沙和沙尘暴)下TSP浓度存在倍数关系和量级的差异,其质量浓度随粒径分布特征也明显不同;两种采样器观测结果的对比分析也表明,局地沙尘释放是沙坡头地区大气气溶胶的主要来源,但在沙尘暴过程中,远源沙尘输送的贡献也不容忽略。     

黑碳和有机碳气溶胶对大气温度影响的数值模拟

黑碳气溶胶和有机碳气溶胶是大气气溶胶的重要组成成分,对区域和全球气候有重大影响。利用区域气候模式RegCM3模拟了2000年7月中国黑碳气溶胶和有机碳气溶胶的辐射强迫,分析了这两种气溶胶对大气温度的影响。结果发现,黑碳气溶胶在模式顶层产生正的辐射强迫,而有机碳气溶胶在模式顶层产生的辐射强迫并非全为正值,在地表两种气溶胶都产生负的辐射强迫。黑碳气溶胶和有机碳气溶胶的辐射强迫引起的温度反馈表现在:7月这两种气溶胶的加入使得28°—30° N之间的地区的气温显著升高,35°—36.2° N区域气温降低。黑碳气溶胶的升温效应强于有机碳气溶胶。     

利用EP/TOMS气溶胶指数分析中国和韩国的沙尘天气过程

利用 EP/TOMS卫星反演气溶胶指数、卫星云图和天气形势,研究了沙尘天气对大气气溶胶的贡献以及中国和韩国沙尘天气过程的强度及其演变。结果表明,TOMS气溶胶指数高值对应着沙尘天气的出现地区,可以判别和监测大规模沙尘天气,而且TOMS气溶胶指数能结合卫星云图、大气环流分析,对沙尘天气的影响范围和传输路径进行有效地预报。另外气溶胶指数能排除云的影响并准确地检测到云覆盖的地区。     

高反射率地区气溶胶光学厚度遥感反演:现状及展望

气溶胶在地球大气辐射收支平衡和全球气候变化中扮演着重要的角色。利用卫星数据反 演水体、浓密植被等暗背景上空的气溶胶光学厚度已经达到了较高的精度, 而对于干旱、半干旱 以及城市等高反射率地区, 气溶胶光学厚度反演仍面临严峻挑战。高反射率地区气溶胶光学厚度 反演的困难主要是地表反射率的确定精度较低; 气溶胶的指示作用随着地表反射率的升高而降 低。为精确反演高反射率地区的气溶胶光学厚度, 国内外开展了大量的研究工作。本文介绍了对 比算法、高反差地表法等几种主要的反演方法, 介绍了这些方法的理论基础, 指出了它们的优势 与不足, 并分析了高反射率地区气溶胶光学厚度反演的发展前景。     

南极大气气溶胶的物理化学特征与环境变化

在综述南极大气气溶胶研究现状的基础上,以１９９１年６月Ｐｉｎａｔｕｂｏ 火山和同年９月Ｈｕｄ ｓｏｎ 火山喷发为例,分析了大气气溶胶的源、汇及其物理化学特性、空间分布和大气传输过程,探讨了火山喷发所产生的大气气溶胶对全球以至南极环境的影响。     

微脉冲激光雷达反演半干旱区气溶胶消光系数方法

利用位于甘肃省榆中县兰州大学半干旱区气候与环境观测站的微脉冲激光雷达2008年春季的有效观测数据,对微脉冲激光雷达在半干旱区应用时不同反演方法的差别、参数的选取以及反演结果的差异及可能出现的原因进行了讨论。认为Klett法和Fernald法均能反映出大气气溶胶垂直分布的空间和时间特征,且结果较为一致。在晴朗无云及沙尘天气时,两种方法对于低层大气气溶胶消光系数反演结果基本相同,在接近实际探测高度时结果差异较大。有云天气下,Fernald法对于低层气溶胶的消光系数的反演结果同Klett法相比较小,在接近实际探测高度时差异较大。实际应用中,在半干旱地区利用微脉冲激光雷达对气溶胶消光系数进行反演时,对于高层气溶胶的信息获取,采用Klett法更为合理。     

气溶胶光学厚度的分布特征及其与沙尘天气的关系

 利用MODIS卫星遥感光学厚度资料，分析了中国大气气溶胶光学厚度的时空分布特征，并与同期沙尘天气进行了对比和相关分析，结果表明：①中国主要内陆地区的气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Thickness，简称AOT)分布有4个高值区：①分别位于南疆盆地和青海\,甘肃、内蒙古中西部地区、四川盆地和长江黄河下游地区。②春季北方特别是西北的AOT值明显高于南方，冬季南北AOT值差别不大。③南疆盆地和内蒙古中东部地区AOT值随季节变化明显，而四川盆地、长江黄河下游地区AOT值没有明显的季节变化。④南疆盆地、青海、内蒙古等地区沙尘天气过程与AOT值同步变化。⑤在沙尘天气的多发区，气溶胶光学厚度与沙尘天气有较好的相关性；沙尘天气的少发区，气溶胶光学厚度与沙尘天气基本不相关。因此可以推断，中国北方，特别是干旱荒漠区，大气气溶胶主要来自沙尘天气过程引起的地面沙尘释放。     

河西走廊干旱区春季沙尘气溶胶对辐射的影响初步研究

利用2008年春季中美沙尘暴联合观测实验中张掖站晴朗少云天正午的地表辐射和太阳光度计资料,计算分析了沙尘气溶胶对太阳辐射和大气逆辐射的影响,结果表明：沙尘对太阳总辐射有一定程度的削弱作用,经估算,大气浑浊度每增加0.1,太阳总辐射平均减少约10.45 W·m^-2;当大气浑浊度一定时,沙尘粒子越小,对太阳总辐射的削弱效率就越高;大气浑浊度小于0.3时,大气逆辐射有随大气浑浊度的增加而增加的趋势,大气浑浊度大于0.3时,大气逆辐射随大气浑浊度增加有减小的趋势。     

HJ-1 A/B CCD的陆地大气校正——具有地理信息的地表反射率产品(英文)

This paper proposed a method to retrieve the land surface reflectance from the HJ-1A/B CCD data. The aerosol optical depth(AOD), the most important factor affecting the atmospheric correction of CCD images at all bands, is proposed to retrieve from the CCD imagery by the approach of dense dark vegetation(DDV) method. A look-up table in terms of the transmittances, the path radiances and the atmospheric spherical albedo as functions of the AOD was established for a variety of sun-sensor geometry and aerosol loadings. The atmospheric correction is then achieved with the look-up table and the MODIS surface reflectance output(MOD09) as the priori datasets. Based on the retrieved AOD and the look-up table of atmospheric correction coefficients, the land surface reflectance was retrieved for the HJ-1A/B data according to the atmospheric radiative transfer equation. Some in-situ measurement Data for Yanzhou of Shandong province in East China and MODIS land surface reflectance products MOD09 are used to preliminarily validate the proposed method. The results show that the proposed method can remove effectively the atmospheric contributions, and the overall accuracy of the retrieval land surface reflectance can be improved substantially.     

沙尘影响下海雾过程气溶胶和雾水组分特征

对2010年3月广东湛江东海岛海雾外场观测试验中获得的雾水样本和气溶胶资料进行分析,研究了海雾中气溶胶和雾水组分的特性以及沙尘过程对其演变的影响。结果表明：东海岛的气溶胶数浓度比内陆城市低1个数量级,环境相对清洁,其早晚的峰值明显,午后存在一个低值。气溶胶谱呈单峰分布,峰值半径为0.02~0.1 μm。雾日的气溶胶数浓度明显低于非雾日,最大值分别集中在0.05~0.1 μm和0.1~0.5 μm。雾过程开始后气溶胶数密度下降,尤其是小粒子端数密度减少显著;雾过程结束后气溶胶数密度会恢复到正常数值。受沙尘影响的过程中雾水中Ca²⁺和Mg²⁺明显增加,气溶胶粒子谱拓宽,直径大于1μm的气溶胶数密度高于其他雾过程;沙尘过境后气溶胶谱变窄,数密度显著减少,离子浓度较低。     

蒙古高原风蚀颗粒物空间过程数值模拟及预报

基于WRF-IWEMS耦合模型对2016年3月1~9日发生在蒙古高原的强沙尘天气过程进行数值模拟,着重模拟了尘源、粉尘传播路径以及粉尘扩散过程中浓度变化和影响范围,并采用卫星影像、站点监测数据与模型结果进行对比分析。结果表明：此次风沙天气过程的尘源分布在新疆哈密地区、阿拉善高原、中蒙边境戈壁地区以及浑善达克沙地部分地区,粉尘自源区分别沿河西走廊、贺兰山区、张家口等地扩散至华北和京津地区。蒙古高原土壤风蚀可使华北地区来自自然源的大气颗粒物PM₁₀、PM_2.5浓度分别达到1 000 μg·m^-3、200 μg·m^-3以上,还可使华北地区大气颗粒物浓度高于200 μg·m^-3的天气持续48 h以上。     

沙尘源区与沉降区气溶胶粒子的理化特征

在沙尘源区 ,大气气溶胶粒子主要是地面沙尘来源 ,沙尘暴发生时气溶胶粒子的浓度大增 ,浓度峰值向粗粒径范围移动 ;在沙尘沉降区日本 ,当浮尘期时气溶胶粒子有地面沙尘和工业排放物两个来源 ,形成双峰型分布 ,当非浮尘期时气溶胶粒子主要以工业排放来源为主 ,在 <2 .1um细粒径范围形成一个峰值。水溶性成分也不相同 ,沙尘源区粒子以Ca2 +、SO42 -、Na+、Cl-等沙尘来源离子为主 ,在 3.3～ 4 .7um形成浓度峰值 ;沙尘沉降区以NH4+、SO42 -、NO3 -等工业来源离子为主 ,在 0 .6 5～ 1.0 1um形成峰值。在日本即使是当浮尘时期 ,大气中的气溶胶粒子浓度也远远比不上沙尘源区沙尘暴发生时的大气气溶胶浓度。这说明能够到达日本沉降区的气溶胶粒子只是沙尘源区大气气溶胶中的很少一部分     

大连市大气污染物质量浓度与气溶胶光学厚度的相关性分析

分别对2015年6~12月和2016年6~12月大连地区的大气污染物PM2.5、PM10、SO₂、NO₂、CO和O₃的浓度数据进行数据统计分析,基于ENVI软件平台利用MODIS数据反演大连地区的气溶胶光学厚度,通过回归建模研究气溶胶光学厚度与大连地区10个地面监测站点的大气污染物PM2.5、PM10、SO₂、NO₂、CO和O₃的浓度数据的相关性。回归建模以气溶胶光学厚度（AOD）为自变量,以大气污染物PM2.5、PM10、SO₂、NO₂、CO和O₃为因变量,在SPSS软件中分别选取线性、对数、三次、乘幂、指数5种函数类型进行研究,通过对比回归模型的拟合优度R²,选择最优拟合模型,探讨利用遥感数据反演气溶胶光学厚度监测大气污染的相关性。结果表明：气溶胶光学厚度与NO₂、PM2.5和PM10的最优拟合模型均为三次模型,其拟合优度R²分别是0.685、0.801和0.845;与O₃和SO₂的最优拟合模型为指数模型,其R²为0.367和0.482;与CO的最优拟合模型为对数模型,其拟合优度R²为0.810。该结果为分析大气气溶胶污染来源以及治理提供了数据。     

中国地理学的发展与全球变化研究

10年来中国地理学研究领域发生了巨大变化,主要表现在大规模地参与了全球变化研究。本文阐述了全球变化的主要研究议题及地理学者可能起到的作用,认为中国长期高速经济增长引起的环境变化比大气层增温的影响大得多,一系列与此有关的重大区域性问题应该得到地理学者的广泛重视。文中还指出了地理学者在全球变化研究中的值得注意的倾向。     

天山东部冰芯pH值和电导率的大气环境空间差异

Electrical Conductivity Measurement (ECM) from ice core is a representative index for atmospheric environmental change. The pH value and ECM from three shallow ice cores (each 3.85 m, 231 ice samples total) on Glacier No.1 at the headwater of Urumqi River, Gla-cier No.48 in Kuitun area, and Miaoergou Glacier in Hami area in the eastern Tianshan Mountains, western China, were measured and analyzed for atmospheric environment re-cords research. Ice core record shows that the changing trend of pH and ECM in three sites in recent years is different: ECM in Kuitun increases with the ice depth change, but ECM in Hami and Urumqi Glacier No.1 ice cores show a decreasing trend. Average ECM value in Hami is much larger than other two sites, just as the dust concentration and ions concentra-tion are also very high in this site. ECM records in all three sites are mainly affected by aerosol mineral dust of Central Asia, and correlative coefficients of ECM and mineral ions such as Ca2+, Mg2+, Na+ are all significantly high. The pH value and ECM are also significantly high correlative coefficients in the eastern Tianshan Mountains. Comparison between the eastern Tianshan Mountains and other sites in western China, and Polar Regions, shows that the difference of ECM can very well reflect the spatial difference of worldwide atmospheric environment.