激光雷达反演参数k值的研究

采用532 nm激光雷达2006年在兰州市不同天气状况下的观测数据,结合能见度因子、CE318太阳光度计观测数据,对利用Klett法求解时,k在不同天气状况下的取值进行了初步研究,结果表明:只有当0.7≤k≤1.0时,气溶胶消光系数的大小与能见度估算出的值相接近。但在k=0.7时,计算出的气溶胶消光系数正、负参半;k=1.0时,消光系数廓线在晴天无云的天气状况下同实际情况不符。通过进一步分析研究激光雷达和光度计的同期观测资料发现:k=0.8时,较合理的数据所占比例为100%,k=0.9为84%,k=1.0仅为12%。对兰州市区而言,利用激光雷达分析气溶胶光学特性时,取k=0.8或k=0.9较为合理。     

Aerosol optical depths at Mohal-Kullu in the northwestern Indian Himalayan high altitude station during ICARB

First time observations of spectral aerosol optical depths (AODs) at Mohal (31.9°N, 77.11°E; altitude 1154 m amsl) in the Kullu valley, located in the northwestern Indian Himalayan region, have been carried out during Integrated Campaign for Aerosols, gases and Radiation Budget (ICARB), as a part of the Indian Space Research Organisation-Geosphere Biosphere Program (ISRO-GBP). AODs at six wavelengths are obtained using Microtops-II Sunphotometer and Ozonometer. The monthly mean values of AOD at 500 nm are found to be 0.27 ± 0.04 and 0.24 ± 0.02 during March and April, 2006 respectively. However, their monthly mean values are 0.33 ± 0.04 at 380 nm and 0.20 ± 0.03 nm at 870 nm during March 2006 and 0.31 ± 0.3 at 380 nm and 0.17 ± 0.2 at 870 nm during April 2006, showing a gradual decrease in AOD with wavelength. The Ångstrom wavelength exponent ‘α’ had a mean value of 0.72 ± 0.05, implying reduced dominance of fine particles. Further, the afternoon AOD values are higher as compared to forenoon values by ～ 33.0% during March and by ～ 9.0% during April 2006 and are attributed to the pollutant lifted up from the valley by the evolving boundary layer. Besides the long-range transportation of aerosol particles by airmass from the Great Sahara and the Thar Desert regions to the observing site, the high values of AODs have also been influenced by biomass burning and frequent incidents of forest fire at local levels.     

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。     

利用Sentinel-3A OLCI可见光通道反演台湾岛气溶胶光学厚度

OLCI（Ocean Land Colour Instrument）作为MERIS（Medium Resolution Imaging Spectrometer）的后继升级版传感器,在气溶胶反演中存在潜在优势,但是目前利用OLCI数据进行气溶胶监测的研究较少。因此,本文针对OLCI多通道反射特征开发了OLCI云检测算法,并对传统查找表构建方法进行改进,根据观测几何特征提出动态查找表法,并通过光谱卷积方式等效转换MODIS和OLCI红蓝通道地表反射率并获取OLCI红蓝通道地表反射率固定关系,进而实现台湾岛550 nm处的AOD反演。与550 nm处AERONET level 2.0 AOD验证结果首先表明不同季节、不同站点的精度表现存在一定差异,其次相对于同期MOD04_3K AOD产品,本文反演结果与全球气溶胶自动观测网（AERONET）站点实测值之间表现出更显著 的相关性（R²=0.8199）,均方根误差（RMSE）从0.175下降到0.113,相对平均误差（RME）从33.6%下降到26.7%,且67.5%的OLCI AOD落在预测误差（EE）区间内,明显大于MOD04_3K AOD落在预测误差区间的百分比（55.7%）。此外,误差分析表明,当实际AOD值较低时,红蓝通道地表反射率之间关系的误判会导致较为明显的AOD反演相对误差。     

云凝结核浓度对雷暴云电过程影响的数值模拟研究

本文将非感应起电机制耦合到WRF中尺度模式中,选取Morrison双参数微物理方案,采用整体放电参数化方案,改变初始云凝结核（CCN）浓度（浓度变化从500 cm-3到4000 cm-3）,共模拟15组试验,讨论了CCN浓度（n_CCN）对雷暴云起电强度的影响。通过研究发现:随n_CCN增加,霰粒子数浓度减少,混合比增加,导致霰粒子平均尺度增加;冰晶粒子数浓度增加,混合比基本不变,导致冰晶粒子平均尺度减小。此外,霰粒子平均尺度增大,下落末速度增大,冰晶粒子平均尺度减小,下落末速度减小,二者末速度差值增加,导致单次碰撞电荷分离量增加。综上所述,气溶胶浓度增加使霰粒子与冰晶粒子碰撞分离过程增强,单次碰撞电荷分离量增加,正负电荷密度平均值增加,从而增强雷暴起电强度。     

冬春季东亚气溶胶流出通量年际变率的相关环流异常分析

本文使用戈达德对地观测系统（Goddard Earth Observing System,GEOS）全球三维大气化学传输模式GEOS-Chem模拟了气象场驱动下1986~2006年冬春季东亚到太平洋区域气溶胶的流出通量,分析了流出通量的年际变率及其相关的环流异常。结果表明,偏多（少）的东亚气溶胶流出对应东北亚-西太平洋区域（Northeast Asia-western Pacific,NAWP）500 hPa定常波负值中心强度变强（弱）。NAWP区域500 hPa位势高度场负（正）异常还可能造成气溶胶流出路径的变化,即更多（少）的气溶胶相对于气候态偏北5~10个纬度的路径向太平洋区域传输。这种位势高度场上的异常伴随着对流层中低层西风和大气斜压性异常,从而引起东亚到太平洋区域气溶胶流出通量及其路径的年际变化。     

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。     

2013-2015年合肥市PM2.5重污染特征研究

综合利用中国环境监测网公布的合肥市2013-2015年大气污染物浓度数据和合肥市气象站的常规气象资料,以及激光雷达探测资料、公益性行业（气象）专项（GYHY201206011）获得的气溶胶离子成分分析结果,分析了合肥市PM_2.5重污染（日均浓度>150 μg/m3）特征。结果表明:（1）2013-2015年,合肥市PM_2.5浓度和重污染天数空间分布差异明显,东北部多、西南部少,1月各站差异最大。除了低浓度日（日均浓度≤35 μg/m3）,PM_2.5浓度都存在明显的日变化,午后低、早晚高,且随着污染程度加重,早上峰值出现时间推后。（2）重污染日臭氧以外的气态污染物浓度都显著上升。（3）重污染日常伴随着霾和轻雾天气,以稳定、小风天气为主,重污染日白天相对湿度偏高、风速偏小,600 m以下的消光系数显著增大且峰值高度降低。（4）重污染日PM_2.5中水溶性无机离子含量增高,其中NO₃-含量的占比增加最多,超过了SO₄2-的占比。      

Can MODIS Detect Trends in Aerosol Optical Depth over Land?

The Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS) sensor onboard NASA's Aqua satellite has been collecting valuable data about the Earth system for more than 14 years, and one of the benefits of this is that it has made it possible to detect the long-term variation in aerosol loading across the globe. However, the long-term aerosol optical depth(AOD)trends derived from MODIS need careful validation and assessment, especially over land. Using AOD products with at least 70 months' worth of measurements collected during 2002–15 at 53 Aerosol Robotic Network(AERONET) sites over land,Mann–Kendall(MK) trends in AOD were derived and taken as the ground truth data for evaluating the corresponding results from MODIS onboard Aqua. The results showed that the AERONET AOD trends over all sites in Europe and North America, as well as most sites in Africa and Asia, can be reproduced by MODIS/Aqua. However, disagreement in AOD trends between MODIS and AERONET was found at a few sites in Australia and South America. The AOD trends calculated from AERONET instantaneous data at the MODIS overpass times were consistent with those from AERONET daily data, which suggests that the AOD trends derived from satellite measurements of 1–2 overpasses may be representative of those from daily measurements.     

云凝结核浓度对北京一次降水过程影响的数值模拟

利用WRF v3.6.1模式,采用Thompson云微物理参数化方案对北京奥运会期间的一次降水过程进行了模拟,通过3组数值试验对比分析了高、中、低云凝结核浓度对降水的影响。数值试验结果显示:(1)在云凝结核浓度较低的情况下,云凝结核浓度增加使24 h累积降水量增加,且增加的幅度相对较低;在云凝结浓度较高的情况下,云凝结核浓度增加使24 h累积降水量减少,且减少的幅度相对较高。(2)从地面雨强分布来看,不同的云凝结核浓度对暴雨、大雨、中雨、小雨的影响均体现在降水强度上,对降水位相的影响不显著。(3)云凝结核浓度的变化对低云量的影响与其对降水的影响相一致,故低云量是影响降水的一个重要因素。