2002～2022年北京大气气溶胶光学特性的地基遥感连续观测

长时间序列的气溶胶光学特性观测资料是定量研究气溶胶辐射和气候效应的重要基础,也是空气质量和环境健康研究的重要数据来源。本文系统评述了全球AERONET(Aerosol Robotic Network)观测网,并介绍了我国最长观测时间的AEROENT北京站发展状况和一些研究成果;使用北京站长达20余年的观测数据,针对AERONET观测网的光学辐射产品的多时间尺度变化特征进行系统分析,讨论了长期观测的重要性和迫切性。     

MODIS遥感中国近海气溶胶光学厚度的检验分析

基于中分辨率成像光谱仪(TERRA/MODIS)的一级数据和相应的辅助数据,利用MODIS/ARIS预处理软件包(IMAPP)中的气溶胶软件反演得到中国近海气溶胶的光学厚度,与AERONET太阳光度计的反演结果作对比分析,验证了此反演方法的可行性.研究了2002年10-11月中国近海气溶胶光学厚度和Angstrom指数(表征粒子谱宽度)的变化特征,进一步结合气块后向轨迹分析和地理环境背景场信息讨论了卫星反演气溶胶光学参量的适用范围和误差来源,结果表明:IMAPP反演得到的气溶胶光学厚度,在东海和日本以南等广阔海域与气溶胶地基观测网(AERONET)的观测结果基本一致;在渤海和黄海近海岸一带反演值偏高,其主要原因是该海域存在二类水体的影响.     

青藏高原中部气溶胶光学厚度地基观测分析及MODIS气溶胶产品的检验

利用全球自动观测网（AERONET）纳木错观测点（90．962°E,30．773°N）2009年1～12月的地基观测数据,对青藏高原中部气溶胶光学厚度的分布进行了分析研究,并利用观测结果对MODIS气溶胶光学厚度（AOD）产品进行检验。结果表明,2009年1～12月期间,气溶胶光学厚度月平均值呈现双峰双谷状分布,3月的值最大。9月以后的波长指数a较小,这一时期气溶胶粒子的粒径较大。混浊系数卢的平均值为0．063,说明该地区的空气较为清洁。利用该地基观测资料对MODISAOD产品进行检验,结果表明两者的相关系数平方为0．14,没有通过95％的置信度检验,适用性不显著,需要进一步订正该地区的MODIS气溶胶光学厚度产品。     

大气气溶胶中的铁及其溶解度研究综述

生物活性铁(Fe) 进入生物地球化学循环中能够调节碳循环,影响海洋初级生产力,间接影响全球气候变化。决定 Fe生物可利用度的关键因子是可溶Fe含量,其中大气气溶胶的长距离传输是上层海洋获取生物可利用Fe的重要来源。近年来,对气溶胶中的Fe及溶解度的研究取得了重要进展,包括对不同区域Fe质量浓度和溶解度的观测以及对Fe溶解度影响因素的讨论。基于以上研究成果,汇总了近二十年全球部分陆地和海洋站点观测所得的不同粒径气溶胶颗粒物中的Fe质量浓度及其溶解度数据;重点介绍了气溶胶沉降入海洋前影响Fe溶解度的主要因素,包括Fe的来源、大气物理过程以及大气化学和传输混合过程等,并就各影响因素间的关联及相对重要性展开讨论;对未来气溶胶 Fe的研究方向和方法提出建议。     

大气气溶胶的卫星遥感及其在气候和环境研究中的应用

卫星遥感可以获得全球范围的大气气溶胶光学特性,目前国内外已有多颗卫星观测能够提供气溶胶特性的资料。本文综述性介绍国内外卫星遥感气溶胶特性方面的研究进展和成果,并讨论了卫星遥感资料在气候和环境研究领域中的应用。主要内容包括:极轨/静止卫星平台搭载的被动遥感传感器及其反演气溶胶特性的方法;星载激光雷达获取气溶胶光学特性的方法;国内外正在研发的新一代卫星主、被动气溶胶遥感探测器;卫星气溶胶产品在气溶胶辐射强迫、气候效应、大尺度污染输送、区域空气质量监测等研究中的应用。     

秦岭大气科学试验基地气溶胶综合观测平台

频发的霾是陕西关中地区最严重的环境问题之一。气溶胶作为气候变化研究中的一个极大的不确定性因素,国内外在气溶胶地基观测和研究方面做了大量的工作。文章介绍了秦岭大气科学试验基地开展的气溶胶、太阳辐射综合观测平台的总体设计及观测内容,该平台具有野外数据收集、远程传输、人机交互监控、数据质量控制及入库、数据反演、产品展示等功能,是集观测、计算、查询于一体的气溶胶科研、业务数据平台,可为开展环境气象业务技术研发提供观测数据支持。     

影响地面紫外辐射的因素分析

通过作者改进的离散坐标法（DISORT）辐射传输模式和部分观测资料考察了臭氧总量及其垂直分布、二氧化硫、气溶胶及火山气溶胶、地表反照率、太阳天顶角对到达地面紫外辐射的影响,以及云与紫外辐射的相互作用,给出了一些最主要的结果。此外,还简要地介绍了国内外紫外辐射观测研究的一些进展,特别是欧盟委员会资助开展的“确定UV-B辐射观测网标准”的科学计划。     

沙尘气溶胶辐射特性及其观测方法初步评述

沙尘气溶胶在全球及区域尺度气候和环境变化中起着十分重要的作用,大气中的沙尘可通过"阳伞效应"、"冰核效应"和"铁肥料效应"影响全球气候。本文对沙尘气溶胶的气候效应及观测方法进行了介绍。     

气溶胶辐射特性的观测研究

利用一个简化的辐射平衡模式,讨论了气溶胶直接辐射强迫和气溶胶辐射特性以及与地面反射率之间的关系。模式分析表明,增加气溶胶层以后,地气系统对太阳辐射的反射率可能增大,也可能减少,取决于气溶胶的单散射反射率~ω0、不对称度因子g与地面反射率αg之间的配置,但与气溶胶光学厚度δ没有直接的关系。气溶胶光学厚度值仅和反射率变化的幅度成正比。从辐射平衡模式的结果可知,为了定量地研究气溶胶直接辐射强迫作用,需要有系统的有关气溶胶辐射特性的观测资料。从地面和空间对中国地区气溶胶的辐射特性开展了观测研究,包括从地面用太阳光度计测量气溶胶的光学厚度、用浊度计测量气溶胶的散射系数、黑碳仪测量气溶胶的吸收系数,并且利用MODIS资料反演气溶胶的光学厚度。地面太阳光度计观测的气溶胶光学厚度用于检验卫星遥感的气溶胶光学厚度值,对中国东部地区,遥感的结果是可以接受的,主要是由于这一地区存在较低的地表反射率;但对中国北方植被条件不很好的地区,在遥感反演时对地面反射率的估计可能偏低,如做适当的修改还有可能提高遥感反演的精度。从地面直接测量气溶胶的散射系数和吸收系数算出的气溶胶单散射反射率在0.8左右,需要有更多的观测,以便进一步查清这一问题。     

恒河流域和蒙古国南部AERONET站沙尘气溶胶光学物理特性对比分析

沙尘气溶胶作为气溶胶的重要类型之一,对全球和区域水分循环以及亚洲季风系统有着重要影响.利用气溶胶自动观测网(AERONET)印度Kanpur和蒙古国Dalanzadgad两个站点数据,采用阈值法提取了沙尘和人为气溶胶信息并进行了对比分析.结果表明,Kanpur站受印度夏季风影响较大,沙尘气溶胶和人为源气溶胶的排放具有叠加效应,远源输送可能是Kanpur站沙尘气溶胶的主要来源.Dalanzadgad站受东亚夏季风影响较小,春季大风带来了大量的沙尘,这可能与大风天气和植被覆盖度低等因素有关,是春季气溶胶光学厚度显著升高的主要影响因素之一,沙尘具有局地起源特征;在其他时段,人为源气溶胶是当地大气气溶胶的主要来源,但总排放量相对较低.此外,Kanpur站所在的恒河流域大气颗粒物绝对含量远远高于Dalanzadgad所在的蒙古国南部地区.在沙尘天气中,两站颗粒物的光学物理特性相似.     

中国气溶胶研究近况

近年来，中国科学家对气溶胶进行了广泛的研究，取得了一系列的研究成果。本文从气溶胶的基本特性、气溶胶的气候效应和沙尘气溶胶等方面对上述气溶胶研究近况进行了总结。介绍了当前国际上有关的大气气溶胶研究计划，讨论了未来大气气溶胶研究的主要领域及研究方向。     

地球系统动力学模式及模拟研究

将地球上大气、海洋、地理环境和生态各圈看成一个有机的整体进行研究,并统一协调全球气候、生态与环境变化的有关研究（如WCRP、IGBP、IHDP、DIVERSITAS及IPCC、Global Change等),现称为地球系统动力学。它是新兴的学科,其核心之一就是要建立地球系统动力学理论模式并作模拟研究。本文主要概述了我国地球系统动力学模式研制和发展的有关现状及近年来特别是中国科学院“三期创新”资源和海洋科技创新基地重要方向项目群“地球系统动力学模式研究”启动前后所取得的阶段性成果及主要进展,指出了我国地球系统动力学模式发展应重点研究和解决的科学问题及其主要特色,其中有不少结果是新颖的和具有我国特点的。     

气溶胶对中国天气、气候和环境影响综述

空气污染、天气和气候与大众生活息息相关,全球变化与可持续发展更是全人类面临的共同挑战。空气污染与气候变化对发展中国家带来的挑战更为显著。中国作为人口最多、发展飞速的国家,面临这两方面的挑战尤为严峻。因此,深入了解空气污染与气候变化的成因和发展机制,摸清两者相互关系对提高人们的生活质量和科学发展方针政策的制定具有指导意义。随着全球变化研究的深入,气溶胶与温室气体作为影响地球气候的两个最重要的人类排放物,在气候变化科学中起着至关重要的作用,气溶胶研究也成为地球科学发展最快的一个分支学科。中国天气、气候的变化特征,如高温增多、寒潮变少、风速减小、大气变稳、小雨减少、大雨增多、雷暴增强、季风减弱等,与空气污染都存在不同程度的联系。本文主要综述气溶胶对我国天气、气候的影响以及与气象因素相关的空气污染问题,侧重于气溶胶与极端天气事件之间包括影响程度和影响机理在内的错综复杂的关系。研究方法涉及星、地、空综合观测资料分析和模式模拟等。观测资料包括长时间历史观测资料、短时段强化观测实验资料、全球卫星资料等。     

浑善达克沙地沙尘气溶胶的粒谱特征

浑善达克沙地是我国主要沙尘气溶胶源地之一,但对其沙尘气溶胶特征一直缺乏研究.2001年4月末到5月初,在内蒙古浑善达克沙地利用PMS Fssp-100型激光粒谱仪进行了大气气溶胶的外场观测,取得了晴天、扬沙和沙尘暴天气条件下沙尘粒子的数浓度采样资料,通过统计分析研究,总结出浑善达克沙地在不同天气条件下近地面沙尘气溶胶的粒谱分布规律.所得统计结果表明了与其他源地沙尘气溶胶的共同点、差异之处及其原因.这一结果也为沙尘气溶胶辐射气候效应的数值模拟提供了新的实测依据.     

黄土高原南部末次冰期以来沙尘气溶胶的气候效应

沙尘气溶胶是地球上分布最广的自然气溶胶类型之一,也是气候系统中的重要成分。沙尘天气严重影响人类生产、生活和居住环境,对气候变化也存在显著作用。近年来,沙尘气溶胶的气候效应得到越来越多的关注和研究,但人们的工作主要集中在对现代沙尘气溶胶的研究,而对过去沙尘气溶胶气候效应的研究不多。本研究利用黄土粒度及沉积特征,根据现代沙尘暴的沉降特点,研究了60 kaB.P以来中国黄土高原南部地区沙尘气溶胶的辐射效应,结果表明：1）沙尘气溶胶产生的辐射效应主要表现在造成行星系统太阳辐射反射量的普遍增加,即沙尘过程具有明显的降温效应。2）气候效应上主要表现为对气候的负反馈。由沙尘粒度引起的行星反照率在全新世适宜期达最大值,而在冰期有最小值出现;在气候降温事件中,沙尘气溶胶造成行星反照率降低;每一次降温事件发生时气溶胶的降温效应会相应减弱。约60 kaB.P以来沙尘气溶胶给年均温度带来的影响是使其平均降幅在－0.8 K左右。3）利用黄土的粒度分布,结合现代气溶胶的观测可以估算地质时期沙尘气溶胶的气候效应。     

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。     

大气激光雷达气溶胶光学参数质量可信度评估算法

气溶胶激光雷达由于系统设计、观测场地气候条件、反演过程中参数选取等因素不同,每次测量反演得到的气溶胶光学参数质量不一致,可信度难以评估,进而极大地影响了其在气象、环保等领域业务化应用。为了解决该难题,本文分析了影响激光雷达气溶胶光学参数质量的因素,开发了一套气溶胶光学参数质量可信度评估算法。采用科学、合理的评分和权重分配方案对激光雷达每次测量反演得到的气溶胶光学参数质量可信度进行评估。本文主要讨论对偏振、米散射激光雷达气溶胶光学参数的质量评估,以中国气象局气象探测中心的波长为532 nm的偏振、米散射激光雷达为例,对所提出的质量可信度评估算法进行验证和分析。结果表明:该算法能够有效地区分出不同激光雷达在不同观测场景下每次测量反演得到的气溶胶光学参数质量可信度,具备为气溶胶激光雷达业务化应用提供可靠性评估的能力。     

中国近百年气候变化的自然原因讨论

本文分析了近百年来中国气候变化的概况,讨论了影响中国气候变化的自然因素大气环流和海温,此外还叙述了有关大气气溶胶、大气污染等人为因素对中国气候变化影响的研究进展。结果指出:北极涛动、东亚季风这两个大气环流因素对中国气候异常变化有至关重要的作用,同时El Nino和La Nina事件和太平洋年代际振荡的海表温度异常变化也对中国气候产生了一定的影响。但是有关大气气溶胶和大气污染物对中国气候的影响作用还有待于进一步研究,自然原因仍然是影响中国气候变化的主要原因。