基于MAIAC产品的河南省气溶胶时空分布及影响因素分析

利用1 km分辨率MAIAC气溶胶产品在550 nm波长处的气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth, AOD)数据,在时间和空间角度对河南省AOD时空分布特征进行了分析,并对多种影响因素进行了探讨。结果表明：河南省北部气溶胶水平大于南部地区,东部地区大于西部地区,平原及盆地地区气溶胶水平大于山地地区。季节均值表现为冬季0.64>春季0.63>夏季0.61>秋季0.57;河南省气溶胶时空分布格局主要受到地表高程的影响。植被生长状态较好的区域气溶胶水平较低,表明植被对大气气溶胶具有一定的抑制作用。地表温度与AOD有一定的负相关性。气态污染物如NO₂和SO₂与AOD之间的相关性分别为0.37和0.48。可吸入颗粒物如PM₁₀、PM_2.5与气溶胶水平有着明显的正相关关系,说明地面固体颗粒物是大气溶胶的重要来源。     

沈阳地区MODIS与MERSI气溶胶产品对比研究

在中国东北地区,卫星气溶胶产品尚缺乏有效的验证机制,相关应用存在较大不确定性。利用2009–2011年中国地区太阳分光光度计观测网(CSHNET)沈阳站地基观测资料,借助后向轨迹模式分析了该地区气溶胶来源和季节变化特征,并同步对比了FY-3A/MERSI和Terra/MODIS气溶胶产品精度的季节差异及误差来源。结果表明:沈阳站气溶胶光学厚度和Angstrom波长指数季节变化明显,气溶胶受远程输送和区域排放的共同影响,人为源和自然源丰富。不同粒径粒子对气溶胶光学厚度的贡献因季节而异,导致卫星反演算法中气溶胶模型选择误差较大,影响了卫星反演精度。观测期间MODIS与MERSI气溶胶产品与地基观测数据的总匹配率分别为68%和83%。当气溶胶光学厚度较低时(AOD0.35),MODIS产品出现低估,MERSI出现高估,与实测值的相对误差分别为–46%—54%、7%—135%;当气溶胶光学厚度较高时(0.35—0.75),MODIS和MERSI均出现不同程度的低估,两者与实测值的相对误差分别为–34%—54%、–21%—75%;当气溶胶光学厚度大于0.75时,低估尤为严重,与实测值的相对误差可达–34%—100%、–9%—58%。能与地基观测匹配的MODIS和MERSI有效样本数春、秋季较高(春季分别为69%、80%,秋季分别为73%、70%),夏季次之(69%、73%),冬季最少(2%、49%);MODIS与地基观测的相关性总体优于MERSI;但在冬季,MODIS与MERSI产品均不具备代表性。MODIS与MERSI气溶胶产品落入误差线的比例均为春季最高(22%、25%),秋季次之(19%、16%),夏季最小(6%、5%)。MERSI对粗模态气溶胶(α≤0.5)反演效果优于MODIS,而MODIS对混合模态气溶胶(0.5≤α1.5)反演效果优于MERSI。MERSI与MODIS气溶胶产品在春、秋季可比性较好,夏季可比性较差,总体来说,春、秋季MERSI比MODIS低估更为严重。从气溶胶产品在辽宁省的区域分布来看,FY-3A/MERSI比Terra/MODIS覆盖范围略广,各季节FY-3A/MERSI与Terra/MODIS的总体空间分布特征基本一致,但对于某些地区,两者数值上依然存在较大偏差。     

MODIS气溶胶光学厚度产品在陕西省PM10监测中的应用研究

利用NASA MODIS(中分辨率成像光谱仪)的气溶胶光学厚度(AOT)产品与陕西省范围内空气污染物中PM10的质量浓度作比较分析,发现两者具有较好相关性。AOT变化趋势可以反映PM10的质量浓度变化趋势。在进一步研究中,利用27个观测点数据结合2012年4月的每日MODIS数据反演出全省范围内PM10质量浓度月均值空间分布影像,进而对全省范围空气污染情况进行分析,获得陕西省大气污染分布情况,成功地监测出一直盘踞在渭河谷地至秦岭北麓的"大气污染带",同时计算出区域性PM10质量密度分布情况。结果表明在陕西省利用AOT数据进行区域大气污染分析研究具有可行性,为在较大区域范围内评估空气质量提供了一种有效途径。     

广东省MODIS气溶胶光学厚度时空分布及其影响因素

利用2001年、2007年和2013年MODIS气溶胶光学厚度(AOD)产品,结合DEM、NDVI、夜间灯光及《广东省统计年鉴》数据,分析了广东省AOD的时空特征及其影响因素。结果表明,广东省AOD呈现先升后降的趋势,2007年较2001年AOD年平均增加了14.97%,而2013年较2007年则下降了26.25%;月份分析结果显示,春季AOD最大,在3、4月达到顶峰;AOD与DEM、NDVI负相关,与夜间灯光正相关;人口集中的地区AOD较大,珠三角城市群呈现成片高值区,珠三角以外地区AOD高值区零星分布,表明人类活动对AOD具有显著的影响。     

MODIS气溶胶C004、C005产品的对比分析及其在中国北方地区的适用性评价

详细介绍了MODIS气溶胶C005产品算法的改进情况。选择北京、榆林为试验区, 利用AERONET地基观测的气溶胶光学厚度数据, 对比分析了上午星TERRA、下午星AQUA的MODIS气溶胶C004、C005新旧产品的精度, 评价了它们在中国北方地区的适用性。采用波长插值、时空匹配将地基数据和MODIS 气溶胶产品匹配在一起, 然后采用线性拟合的方法进行对比分析。文中就MODIS气溶胶产品和地基数据的时空匹配, 摒弃了NASA关于MODIS气溶胶产品在全球所采用的方法, 引入当地月平均风速, 提出了中国北方地区时空匹配尺度。对比分析以及评价结果表明: (1) C005产品算法的改进并没有提高北京站点气溶胶光学厚度的精度, 在AOT<0.8时反而是下降的; C004、C005产品在北京站点不具有显著适用性, 但C004比C005产品效果好。(2) 榆林站点, TERRA-MODIS C004产品能够达到需求标准, 而AQUA-MODIS C004精度有所下降; 两星的C005产品精度较C004有很大程度的改善, 470、550、660nm 3个波段的气溶胶光学厚度与AERONET地基观测数据的相关系数均高于0.9, 具有显著适用性。这说明了新算法所采用的确定地表反射率的方法在植被覆盖好的地区是可行的, 在高反射地区效果不好。     

利用TERRA和AQUA共同反演陆地上空的气溶胶光学厚度

利用TERRA和AQUA共同反演气溶胶光学厚度和地表反射率特征，对其原理及方法进行了详细的讨论。通过Terra和Aqua两颗卫星对同一地点的不同角度的观测，结合多个光学通道的信息，反演了北京地区光学厚度及地表反射率信息。反演的气溶胶光学厚度同地面观测的结果相比具有很好的一致性。同时，对地表反射率及气溶胶波长指数等也进行了讨论和对比，结果显示，对北京地区，MODIS1通道地表反射率和7通道地表反射率的比在0．66左右，3通道和7通道的比在0．28左右。相比于NASA暗背景全球反演算法中1、3通道和7通道的比为0．50和0．25的处理方法，反演得到的气溶胶光学厚度结果也较好。     

中国东部海域气溶胶光学厚度时空变化研究

结合船基海上现场实测资料与卫星遥感MODIS光学厚度资料,分析了中国东部海域气溶胶光学厚度(AOD)的季节变化和地理分布特征。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;同时受到陆源物质的影响,近海气溶胶光学厚度大于远海,且随着离海岸距离变大有线性递减的趋势。受沙尘、季风气候的影响,各海域气溶胶光学厚度存在明显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,气溶胶平均光学厚度值为全年最高0.12,并且对东海的影响最明显;夏季最小,秋、冬季逐渐变大。     

北部湾MODIS气溶胶光学厚度的反演

通过IDL语言调用6S模型源码生成相应查找表,对北部湾及周边区域2008年MODIS高分辨率(1 km×1 km)影像进行气溶胶光学厚度反演。反演结果与AERONET公布的Bac_Giang、MuKdahan和Hongkong_poly站的气溶胶产品进行精度验证,得出北部湾地区的气溶胶光学厚度反演,春、秋、冬季选取大陆型气溶胶模式,夏季选取海洋型模式能更好地贴近实际情况。运用此方法对北部湾以及越南东北部地区2004年、2006年、2008年、2010年中晴空少云天进行气溶胶时空分布反演并分析结果。     

MODIS MAIAC高分辨率气溶胶光学厚度产品在干旱区的适用性研究

The Multiangle Implementation of Atmospheric Correction (MAIAC) is a new generic algorithm applied to MODIS measurements to retrieve Aerosol Optical Depth (AOD) over land at high spatial resolution (1 km). It is expected to have good potential in improving the AOD inversion of dark and bright surfaces of land. The high spatial resolution of the MAIAC retrievals enhances the capability to distinguish aerosol sources and determine subtle aerosol features. Retrieval of satellite aerosol properties is therefore often challenging due to considerable seasonal variations in surface reflectance and aerosol properties. To date, MAIAC AOD over arid regions under data-scarce environments has been evaluated. Considering these uncertainties, a systematic effort was made to evaluate the MAIAC AOD over arid areas using Aerosol Robotic Network (AERONET) ground-based AOD from 2000 to 2019. Considerable MAIAC-AERONET AOD matchups demonstrate the capability of MAIAC to retrieve AOD over varied ground surfaces and temporal scales. We employed a broader perspective and evaluated MAIAC performance under varying aerosol loading, aerosol types, surface coverage, and viewing geometry. The results show that (1) MAIAC performed well over various temporal scales, including monthly, seasonal and annual scales. Although underestimation is prevalent, MAIAC AOD in the spring and winter months correspond to the highest and lowest retrieval accuracies, respectively. (2) MAIAC performed well over four different typical land surface land surfaces, showing the highest retrieval accuracy over grassland, yet it slightly overestimated AOD. Construction land is most affected by the aerosol model, and farmland is strongly disturbed by surface reflectance and underestimated most obviously (Below EE = 46.5%). (3) The accuracies of the MAIAC AOD observations of Terra and Aqua are similar; R2 is more than 0.75, but both are underestimated, especially for Aqua. In general, MAIAC’s ability to provide AOD at high spatial resolution appears promising over arid areas and is expected to be helpful to study the characteristics of fine aerosols in arid areas and promote the study of local air quality. © 2023 Science Press. All rights reserved.     

基于AERONET数据的气溶胶光学特性分析

大气气溶胶的监测对全球气候变化、区域空气质量和公共健康等研究具有重要的意义,而中国台湾岛四面环海,地理位置特殊,若忽略其大气环流和局地排放源造成的气溶胶特征时空异质性将会导致气溶胶参数反演误差。因此本研究使用中国台湾岛多个具有代表性的AERONET（AErosol RObotic NETwork）观测站历史数据和MODIS气溶胶光学厚度AOD（Aerosol Optical Depth）反演产品,分析5个典型站点气溶胶参数及其类型的时空变化特征及差异,分析结果表明：（1）各站点AOD年平均值逐年下降,呈现春季最高（0.5257）的季节变化特征和双峰结构的日变化规律,主导气溶胶类型为城市工业型（仅鹿林站点为海洋型）。（2）中国台湾地区风向多为东北风,风速越大,AOD值越低,海洋型气溶胶占比越高;反之则以城市工业型气溶胶为主。（3）?ngstr?m波长指数（AE）、单次散射比（SSA）、复折射指数虚部、不对称因子平均值分别为1.3283、0.9564、0.0054、0.7292;相比于北京（39.9768°N,116.3813°E）站,台湾“中央大学”AOD年平均值、季节变化、主导气溶胶类型均存在较大的差异。（4）MODIS AOD分站点验证精度较高,而在高山鹿林站的验证精度稍低（R²=0.5925）;而利用不同气溶胶类型的分类验证结果显示,城市工业（R²=0.7238）、生物质燃烧（R²=0.6161）和次大陆型（R²=0.5116）精度较高,但海洋型（R²=0.1585）、大陆型（R²=0.1111）AOD验证精度显著降低。本研究表明,中国台湾岛气溶胶类型呈现西南沿岸站点秋冬季次大陆型占比上升,西北沿岸大陆型上升的时空特征差异,细化气溶胶参数的时间差异和时间动态变化信息将对气溶胶卫星反演算法在环流特征明显的近海区域有着重要指导作用。     

基于MODIS数据的上海市气溶胶厚度研究

基于6S传输模型,本文利用中分辨率成像光谱仪（MODIS）数据并结合较新的NASA的V5．2气溶胶业务反演算法,以上海市MODIS数据为研究数据源,结合晴朗天气（晴朗且无云或云稀薄）与AERONET发布的探测日（即发布AOD探测值日期）选取8组MODISLIB数据集,对其进行气溶胶厚度反演。同时将反演结果与AERONET架设在太湖区域点（31N,120E）的太阳光度观测的光学厚度进行验证。结果表明：V5．2反演算法结果与观测值呈现相同的变化趋势,反演值与观测值误差不大,在气溶胶光学厚度反演中具有较好的应用。     

利用MODIS图像反演海岸与海岛的地物光谱反射率

提出一种利用MODIS图像,用查找表反演海岸与海岛地物光谱反射率的方法。该方法首先借助AHMAD辐射传输模型,由MODIS图像的水体像元反演出气溶胶的光学特性;在所选影像为晴空无云条件下,假设一定范围内的海岛与海岸上空的大气和水体上空的大气一样,借助6S辐射传输模型计算基于地物光谱反射率的查找表,然后由MODIS图像的陆地像元的反射率和几何条件加上反演的气溶胶光学厚度,用插值法可求得地物光谱反射率。还给出了厦门地区实际卫星图像的反演结果,并就反演误差进行了分析。     

中国地区气溶胶类型特性分析

利用全球气溶胶观测网（AERONET）2001年—2012年中国地区12个站点的地基遥感气溶胶物理光学特性产品研究了中国地区气溶胶类型特性及其时空变化规律。研究发现中国地区不同类别的气溶胶光学特性（单次散射反照率、不对称因子、光学厚度等）差异较大,由沙尘型、混合型、强散射型细粒子、弱吸收型细粒子、中度吸收型细粒子和强吸收型细粒子等6类组成。中国地区气溶胶类型具有极强的空间变化特性和明显的季节、年际变化特征,沙尘气溶胶主要出现在春季,强散射型细粒子气溶胶主要出现在夏季,而强吸收型细粒子气溶胶主要出现在秋冬季节;近10年间沙尘型、混合型和强散射型细粒子气溶胶呈现上升趋势,而强吸收型细粒子气溶胶则处于下降趋势。在此基础上对比了中国和美国、法国典型站点气溶胶类型,研究发现3个站点的气溶胶差异较大,中国强吸收细粒子类所占的比重高于后两者,同时强散射细粒子类所占的比重低于后两者。     

珠三角地区长时间序列气溶胶时空变化特征分析

本文通过对2000年—2013年长时间序列的MODIS气溶胶产品进行统计,分析了珠三角地区气溶胶光学厚度(AOD)和细粒子光学厚度(FAOD)的空间分布特征以及年度和季节变化特点,有助于深入研究珠三角地区颗粒物污染水平变化及颗粒物的排放与输送等。研究结果显示珠三角地区中部为AOD高值区,东西两翼地区为AOD低值区。AOD和FAOD的最高值通常分别出现在春季和秋季,最低值则通常都出现在冬季。2006年之后,珠三角地区大气气溶胶总消光虽在部分年份仍有反弹上升的现象出现,但已有明显降低。然而,该地区细粒子消光在2000年—2012年期间则呈逐年增加的趋势,且其空间差异性也越加显著,细颗粒物污染仍需进一步控制。     

一种协同反演气溶胶与水汽含量的高光谱图像大气校正算法

大气校正是高光谱图像定量反演地表参数的前提。为充分利用高光谱数据本身的光谱特点,提出了一种协同反演大气气溶胶光学厚度(aerosol optical thickness,AOT)与水汽含量(water vapor content,WV)的大气校正方法,在同时考虑了气溶胶模式、AOT和WV这3个因素的综合影响基础上,采用循环迭代的思想,基于6S辐射传输模型,反演大气参数及地表反射率,弥补了现有反演算法中没有同时考虑AOT与WV的不足;并以武汉市Hyperion高光谱图像为例,验证了该算法的有效性。从与FLAASH算法及MOIDS提供的AOT和WV产品对比来看,该算法能较好地校正气溶胶与水汽对高光谱图像的影响,且反演过程中所有的输入均来自图像数据本身或6S辐射传输模型,无需输入额外的参数。     

POLDER-2PARASOL卫星气溶胶业务产品在北京地区的验证分析

利用地面AERONET/PHOTONS气溶胶观测网北京和香河站点的资料,在北京地区对POLDER12/PARAsOL卫星多角度偏振信息获得的气溶胶反演产品进行了验证分析.地基AERONET/PHOTONS观测网的体积谱分布资料分析显示,在北京地区气溶胶尺度分布的细粒子截断半径约为0.3um.将POLDER-2/PARASOL卫星气溶胶业务产品和重新定义的地基AERONET/PHOTONs细模态(半径r<0.3p.m)气溶胶光学厚度(AOT)比较,两者在北京地区有着很好的一致性,说明卫星的气溶胶业务反演产品表征了主要来自人类污染排放的细粒子气溶胶贡献.然而,由于POLDER系列卫星业务反演方法固定了埃斯屈朗(Angstrom)指数的变化范围是1.8-3.0造成了细粒子贡献占绝对主导的局限.由地基AERONET/PHOTONS观测资料的分析可知,这个埃斯屈朗指数的先验值远远大于北京地区的地基测量结果,导致了POLDER业务反演的气溶胶光学厚度偏低,埃斯屈朗指数偏高.     

北京区域冬季灰霾过程中人为气溶胶光学厚度估算

本文使用北京地区不同时期（2009年1月和2013年1月）的地基气溶胶观测资料,估算了灰霾天气的人为气溶胶光学厚度,在此基础上结合气溶胶光学参数进行了对比分析。结果表明：（1）2013年1月人为气溶胶光学厚度（440 nm）较2009年1月有所增加,月平均值分别为0.88和0.44;（2）2013年1月灰霾污染中人为气溶胶占统治地位的天数比例是86.7%,高于2009年1月的62.5%;（3）2013年1月人为成分在气溶胶光学厚度（440 nm）中的贡献平均达88%,说明灰霾污染主要是由人为气溶胶造成的。