宽带消光法反演气溶胶光学厚度与AERONET北京站探测结果的对比研究

该文简要介绍了遥感气溶胶光学厚度的宽带消光法, 重点比较与分析了2001～2002年间北京地区宽带消光法和全球气溶胶探测网(AERONET)气溶胶光学厚度的探测结果.对比结果表明, 两类探测结果在无云晴天的条件下具有很好的吻合, 二者的相关系数达到90%以上.另外, 作者还针对宽带消光法反演月平均气溶胶光学厚度问题, 提出了一个减小云对反演结果影响的方法, 即月平均光学厚度约束法, 并与全球气溶胶探测网探测结果做对比分析.二者结果的一致性表明该约束方法的有效性.     

近10年中国16个台站大气气溶胶光学厚度的变化特征分析

应用宽带消光法从1993～2002年中国16个辐射观测站小时累积太阳直接辐射资料,反演了逐时气溶胶光学厚度值,并统计日、月、年的平均值,用作气溶胶光学厚度变化特征分析.结果表明,16个辐射站总的年平均气溶胶光学厚度在0.32～0.36之间变化,沈阳和郑州两站的气溶胶光学厚度有明显增加的趋势,而哈尔滨、兰州、广州、北京等站气溶胶光学厚度则有明显减弱的趋势.就季节变化而言,一般气溶胶光学厚度最大值出现在春季.月平均气溶胶光学厚度与月平均能见度有较好的负相关关系.     

地基消光测量确定新疆博斯腾湖地区大气气溶胶模型

为确定新疆博斯腾湖地区气溶胶主要组分,减小辐射传输计算和卫星遥感应用中由于气溶胶模型误判造成的误差,分别取大陆型、背景沙漠型、体积百分比自定义模型和两种动态气溶胶模型,用6S辐射传输算法计算出对应于太阳光度计测量时段的各波段大气气溶胶光学厚度。将模式计算值与测量值进行比较,确定测量地区的大气气溶胶模型。将该方法用于2010年在新疆博斯腾湖地区测量的太阳光度计数据,结果显示该地区在测量时段较为符合体积百分比自定义模型,沙尘性粒子体积百分比均在88%上,符合当地靠近沙尘源地和测量时段浮尘天气频发的实际情况。     

基于激光雷达的宁波地区气溶胶垂直分布特征研究

利用2016年宁波逐时气象观测资料、大气成分监测资料及气溶胶激光雷达资料,对宁波地区霾日进行判定,并对不同天气状况下气溶胶垂直分布特征进行分析。结果表明:2016年宁波地区霾日共70天,轻微霾最多为54天。气象要素和颗粒物浓度在霾日和非霾日都有明显日变化特征,除风速以外,能见度、PM2.5和PM10在霾日和非霾日有非常显著的差异。霾日和非霾日均在高度为0.00.5km时,气溶胶消光系数最大,贡献率分别为53.3%和40.5%。不同季节气溶胶消光系数变化范围有明显差异,消光系数在霾日秋季的>冬季的>春季的;非霾日冬季的>秋季的>春季的>夏季的。秋冬季多冷空气活动,多污染物输送造成霾日消光系数明显高于非霾日的,秋季两者消光系数峰值差异达0.47km^-1。夜间到早晨由于扩散条件不利,容易有污染物的积累增长。春季轻微霾在02时前后消光系数最大,可达2.9km^-1;轻度霾08时在1.4km处的最大,可达2.8km^-1。秋季轻微霾在0.5km以下,02时、08时有消光系数峰值区,最大可达1.0~1.2km^-1。冬季多静稳天气,扩散条件较差,气溶胶消光系数日变化规律不明显,随着霾程度的加重,消光系数波动幅度增大,无霾或轻微霾时消光系数为0.0~1.0km^-1,轻度和中度霾时,消光系数峰值从1.2km^-1增大到2.2km^-1。     

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。     

沙尘气溶胶光学厚度的全球分布及分析

利用全球气溶胶数据GADS(Global Aerosol Data Set)计算了冬夏两季4种类型(积聚型、核型、粗粒型和传输型)沙尘气溶胶0.55μm光学厚度的全球分布。通过分析得出,气溶胶的消光系数和垂直厚度对光学厚度的影响很大。全球沙尘气溶胶分布具有明显的季节和地理差异,4个沙尘暴多发区,分别位于北非、中亚地区、澳大利亚西部和北美西部。中亚地区冬季沙尘气溶胶强度和范围比夏季大,北美和澳大利亚地区则相反,冬季光学厚度最大值位于北非的中部地区,而夏季其最大值位于非洲北部靠近大西洋的地区。沙尘气溶胶对<8μm的辐射吸收作用很弱,散射能力较强;对于>8μm的辐射吸收能力很强,吸收带位主要于8~11μm范围内。     

塔克拉玛干沙漠地区气溶胶光学厚度卫星遥感产品验证

基于塔克拉玛干沙漠地区地基太阳光度计数据,系统验证2007～2008年星载多角度成像光谱仪(MISR)、中分辨率成像光谱仪(MODIS)和臭氧监测仪(OMI)气溶胶反演产品,旨在定量评估这些产品在我国沙漠地区的气溶胶光学厚度(AOD)反演精度。结果表明:MODIS/AOD的相关系数在4种产品中最高(0.91),OMI/AOD次之(0.87),其次为MISR/AOD(0.84),OMI/UVAI相关系数偏低(0.51)。MISR/AOD均方根误差(0.14)和平均偏差(-0.06)在4种反演产品中最低。与地基观测相比,MISR/AOD、MODIS/AOD系统偏低,OMI/AOD、OMI/UVAI系统偏高。在相同比较条件下(地基观测气溶胶光学厚度值限定在2.0以内),MISR的均方根误差和平均偏差在4种反演产品中最低,且相关系数也较高(0.84)。尽管存在诸多不同,但3种探测器气溶胶反演产品均能较好地展示该地区的气溶胶季节变化。塔克拉玛干沙漠春、夏季AOD较大,秋、冬季AOD相对较小。ngstrm波长指数的结果表明,春季(3～5月)最小(均值为0.11),夏季(6～8月)次之,秋季(9～11月)和冬季(12月至次年2月)较大(均值达到0.61),这表明在春、夏季气溶胶粒子偏大,秋、冬季气溶胶粒子偏小。此外,通过研究2000～2010年AOD年际变化表明,由于塔克拉玛干沙漠地区属于沙尘源区,气溶胶类型较为单一,所以总体来说,变化趋势不是较为明显。从反演结果来看,2003年的气溶胶含量为此10年中最高,年均值达到0.32;2005年的气溶胶含量在这10年中最低,年均值为0.28。     

利用地面水平能见度估算并分析中国地区气溶胶光学厚度长期变化特征

首先对1980年前后能见度资料非均一性进行了处理, 得到中国地区1960～2005年能见度时间序列, 并由此估算得到气溶胶光学厚度时间序列。对比已有观测及研究结果, 本文获得的气溶胶光学厚度时间序列能够较好地反映出中国地区气溶胶光学厚度长期变化特征。中国地区气溶胶光学厚度呈现逐年增加的趋势, 但1985年后增加趋势减缓, 这种变化在大城市区域表现得更为明显。中国地区气溶胶光学厚度空间分布上呈现东南部高、 西北部低的特征, 东南部地区气溶胶光学厚度普遍大于0.4, 最大值出现在四川盆地, 气溶胶光学厚度超过0.8。     

Airborne and lidar measurements of aerosol and cloud particles in the troposphere over Alert Canada in April 1986

As a component of the Canadian Arctic Haze Study, held coincident with the second Arctic Gas and Aerosol Sampling Program (AGASP II), vertical profiles of aerosol size distribution (0.17 m), light scattering parameters and cloud particle concentrations were obtained with an instrumented aircraft and ground-based lidar system during April 1986 at Alert. Northwest Territories. Average aerosol number concentrations range from about 200 cm^–3 over the Arctic ice cap to about 100 cm^–3 at 6 km. The aerosol size spectrum is virtually free of giant or coarse aerosol particles, and does not vary significantly with altitude. Most of the aerosol volume is concentrated in the 0.17–0.50 m size range, and the aerosol number concentration is found to be a good surrogate for the SO₄ ⁼ concentration of the Arctic haze aerosol. Comparison of the aircraft and lidar data show that, when iced crystal scattering is excluded, the aerosol light scattering coefficient and the lidar backscattering coefficient are proportional to the Arctic haze aerosol concentration. Ratios of scattering to backscattering, scattering to aerosol number concentration, and backscattering to aerosol number concentration are 15.3 steradians, 1.1×10^–13 m², and 4.8×10^–15 m² sr^–1, respectively. Aerosol scattering coefficients calculated from the measured size distributions using Mie scattering agree well with measured values. The calculations indicate the aerosol absorption optical depth over 6 km to range between 0.011 and 0.018. The presence of small numbers of ice crystals (10–20 crystals 1^–1 measured) increased light scattering by over a factor of ten.     

NOAA WP-3D instrumentation and flight operations on AGASP-II

The second Arctic Gas and Aerosol Sampling Program (AGASP-II) was conducted across the non-Soviet Arctic in March and April 1986, to study the aerosol, gaseous, chemical, and optical properties of Arctic haze. One component of the program was supported with an instrumented NOAA WP-3D atmospheric research aircraft. Measurements of wind, temperature, ozone, water vapor, condensation nucleus concentration, and aerosol scattering extinction coefficient were used to determine the locations and properties of haze layers. The first three NOAA WP-3D research flights were conducted north of Barrow, Alaska, and over the Beaufort Sea northeast of Barter Island, Alaska. The next three sampled conditions in the high Arctic near Alert, Northwest Territories, Canada. All basic meteorological, gas, and aerosol systems are described. The WP-3D flight tracks and operations are presented.     

基于CALIPSO的华北地区气溶胶垂直分布特征

利用2007—2014年CALIPSO Level 2气溶胶廓线产品,统计分析了华北地区气溶胶垂直分布规律,并以2013年12月发生的一次大范围霾过程为例,探讨了霾天气中气溶胶垂直变化特征。结果表明,华北地区气溶胶消光系数(σ)随高度指数衰减,年平均标高为2.48 km;1 km以下存在σ高值层,冬季较大、春季较小,年平均为0.333km~(-1)。年平均颗粒退偏振比(Particulate Deploarization Ratio,PDR)随高度递增,变化范围为0.18~0.25;PDR春季较大,夏季较小。年平均色比(Color Ratio,CR)随高度弱增加,变化范围为0.7~0.8;春季CR随高度递减,其他季节随高度递增。华北地区近地面以污染沙尘气溶胶为主;春季以沙尘为主,夏秋季以污染沙尘为主,冬季中高层以沙尘为主,低层以污染沙尘为主。霾事件中,霾日1 km以下存在消光高值层,消光系数约为清洁日三倍。霾日PDR和CR都低于清洁日,2 km以下PDR大多小于0.2,CR以0.3~0.5为主。本地烟尘与远距离输送的沙尘相混合形成的污染沙尘是本次霾过程的主要气溶胶类型。     

中国10个地方大气气溶胶1980～1994年间变化特征研究

作者发展了一个从地面上太阳短波直射辐射和能见度信息综合确定大气柱气溶胶总光学厚度和平流层气溶胶光学厚度的方法,并应用这个方法从气象台站观测资料反演得到北京、昆明、喀什、上海、广州、郑州、沈阳、武汉、格尔木和乌鲁木齐等10个地方从1980到1994年间晴天气溶胶光学厚度资料,分析了这些地方气溶胶光学厚度月变化和年变化特征,并侧重分析了1982年墨西哥厄尔奇琼火山和1991年菲律宾皮纳图博火山爆发对气溶胶光学厚度的影响。     

利用MODIS C6产品分析广东省气溶胶光学厚度时空特征

本文采用地面太阳光度计实测数据对MODIS C6AOD(气溶胶光学厚度)产品进行精度检验,结果表明:该产品与地面太阳光度计实测数据的相关系数为0.85,标准偏差为0.28,平均相对偏差为0.27,数据精度满足需求。利用该产品分析了广东省气溶胶光学厚度的时空分布特征,得出以下规律:(1)空间分布:珠三角>粤东>粤西>粤北,其中,珠江三角洲西部的佛山市、东莞市、中山市是全省AOD的高值区;(2)季节变化:春季为AOD高值期,夏季、秋季次之,冬季最低;(3)年际变化:2003—2016年,广东省年均AOD呈现波动式下降趋势,2012年为高值年份,年均AOD值为0.611,2007年为次高值年份,年均AOD值为0.603,2016年为低值年份,年均AOD值为0.382,2015年为次低值年份,年均AOD值为0.440。     

上海地区大气气溶胶光学特性的初步研究

上海是东亚重要的沿海城市之一,其上空大气气溶胶光学特性的研究对了解上海及我国东部沿海地区的环境和气候影响等方面都具有重要性,至今尚无这方面的实际观测分析。本工作利用2000年6月到2002年12月之间测得的上海地区太阳直接辐照度数据,分析之后得出大气气溶胶光学厚度值,并统计分析了大气气溶胶光学厚度的季节变化及其与地面能见度的关系,最后给出了气溶胶消光谱。通过上述工作,发现上海地区大气气溶胶光学厚度具有夏季最大,春季次之,冬季最小的相对稳定的特点。此外,地面能见度及其倒数作为一个相对容易获得的参数,与大气气溶胶的光学厚度具有较好的相关性,可以考虑将其倒数作为一个约束气溶胶光学厚度分布的物理参数,这对今后的观测和研究都具有一定的实际意义。     

大气气溶胶光学厚度遥感研究概况

大气气溶胶是影响气候变化的重要因子之一,利用遥感手段不仅可以获得气溶胶的分布信息,也可以得到相关的气溶胶光学特性参数。本文阐述了国内外气溶胶遥感的发展动态,介绍了气溶胶遥感的基本情况及气溶胶光学厚度反演的几种方法,提出了存在的问题并对今后的研究进行了展望。     

华北香河站一次霾污染事件的综合观测研究

利用激光雷达、太阳光度计、系留气艇低空探测数据及MODIS卫星数据等多源资料,对2007年2月初发生在我国中东部地区的一次大范围霾污染事件进行了综合分析,重点分析了华北香河站垂直向气溶胶光学特性的变化特征,并初步讨论了气溶胶区域输送。分析结果表明:霾污染中心位于大城市、城市群或者盆地等污染物源排放强度大或者地形不利于污染物扩散的地区,形成了6个污染中心;2日霾最严重时,近地面气溶胶消光系数(355nm)达到1.8 km~(-1),是霾发生前的3倍;霾最严重时气溶胶光学厚度(340 nm)为1.4,较前后日的高;随着边界层高度的下降,底层气溶胶快速积累;香河站气溶胶在垂直向存在明显的分层现象,上层600—1000 m高度气溶胶受区域输送的影响,其光学厚度占整层气溶胶的比值能达到43.6%,甚至更高;本次霾过程以细粒子为主;弱高压系统、低至100 m左右的逆温层高度及低风速等气象条件对此次霾的形成起到了重要的作用;而3日出现的大风则很可能是驱散霾的重要因子。     

利用多角度POLDER偏振资料实现陆地上空大气气溶胶光学厚度和地表反照率的同时反演 II. 实例分析

由于陆地地表反照率的复杂性,陆地上空气溶胶的反演一直是卫星对地观测的一个难点,针对这个难点,作者提出联合利用偏振反射率和总反射率提取陆地上空大气气溶胶光学厚度和地表反照率及其区域分布的反演方案,提出了利用NCEP资料订正由海拔高度引起的Rayleigh散射变化的具体方法,并利用POLDER（POLarization and Directionality of Earth's Reflectance）的LEVEL-1B资料进行实际反演计算,给出中国华北地区气溶胶光学厚度和地表反照率的区域分布。反演结果与地基观测进行了对比验证分析,结果表明,综合利用标量辐射和偏振信息的可以实现区域乃至全球尺度的大气气溶胶和地表反照率的定量反演。