卫星遥感中国海域气溶胶直接辐射强迫

利用搭载在Terra卫星上的CERES和MODIS两颗传感器所提供的大气辐射通量和气溶胶数据,结合Fu-Liou辐射传输模式和SPRINTARS气溶胶模式,对中国海域气溶胶在大气顶的短波直接辐射强迫进行了研究.结果表明:(1)在中国海域,CERES的大气顶短波辐射通量与MODIS在550 nm处气溶胶光学厚度(AOT550)存在着非常好的线性相关关系,相关系数0.9左右,说明中国海域气溶胶对于大气顶的短波辐射通量作用是显著的;(2)利用这一线性相关关系,在中国海域,结合CERES和MODIS两颗传感器数据直接计算获取气溶胶瞬时短波直接辐射强迫(Fs).计算发现Fs具有明显的时间变化规律和空间分布特征:在时间上,Fs具有明显的季节变化,春季最大而夏季最小,秋、冬季介于两者之间.在空间上,Fs具有明显的区域分布特征,等值线沿着海岸线分布,随着离岸距离的增加而减小,这一特征说明陆源气溶胶是中国海域气溶胶的主要来源.同时,在数值上,AOT550与Fs在4个季节中都存在着相当好的负相关关系,说明气溶胶减少了进入大气顶的短波辐射,总体来说是"冷室作用";然后,利用Fu-Liou辐射传输模式计算获得修正因子,将卫星获得的Fs转化为日平均短波直接辐射强迫(Fd),得到中国海域的气溶胶日平均短波直接辐射强迫的分布;最后,利用SPRINTARS气溶胶模式的模拟结果,与上述卫星获得的日平均短波直接辐射强迫进行了比较,两者具有非常好的一致性.     

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.     

中国遥感卫星辐射校正场气溶胶光学特性观测研究

1999年6月28日~7月19日在敦煌场, 7月25日~7月31日在青海湖水面场进行了一次大规模综合野外测量试验, 其中采用3台先进的法国CIMEL太阳辐射计对两个场地大气光学特性进行了系统全面测量, 获得大量晴空天气条件下的大气光学数据。利用Langley法处理气溶胶通道数据得到气溶胶光学厚度及其光谱变化。测量结果显示550 nm波长平均气溶胶光学厚度分别为0.12、0.18, 由气溶胶光学厚度的波长变化得到气溶胶Junge参数分别为2.6、3.0, 并与几种典型气溶胶类型比较。结果表明两地在晴空天气里, 气溶胶含量较小, 符合遥感卫星传感器辐射定标的大气条件。     

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。     

郑州地区气溶胶光学厚度反演与分析

利用CE-318太阳光度计,采用Bouguer-Lamber定律,反演郑州地区2008年气溶胶光学厚度,分析该地区气溶胶光学厚度的日变化和月变化特征,并进一步分析天气条件对气溶胶光学厚度的影响。结果表明:2008年郑州地区气溶胶光学厚度与2007年持平,波长指数有所增大。气溶胶光学厚度存在明显的季节变化,春夏高,秋冬低,最低值出现在12月,郑州地区气溶胶光学厚度主要受工业烟尘影响。工作日和非工作日气溶胶光学厚度日变化趋势存在差异,交通负荷的变化可能对气溶胶光学厚度的日变化影响较大。轻雾和霾均能引起气溶胶光学厚度的显著增大,并且轻雾对气溶胶光学厚度的影响大于霾。沙尘过程中,气溶胶光学厚度急剧增大,而后逐渐下降,并逐渐恢复到正常水平,波长指数会减小。     

华北及临近海域夏季不同降雨量下气溶胶光学厚度与云滴有效半径的关系

利用2008—2012年MODIS和TRMM卫星遥感数据产品逐日资料,分析华北地区及临近海域气溶胶光学厚度的月变化,以及夏季不同降雨量下气溶胶光学厚度与云滴有效半径的关系。结果表明:华北地区及邻近海域气溶胶光学厚度呈明显的季节性变化,陆地上夏季最大、冬季最小,海洋上春季最大、秋季最小;海洋上的气溶胶光学厚度小于陆地。陆地上,夏季气溶胶光学厚度与水云云滴有效半径呈显著正相关,在海洋上二者呈显著负相关,且相关性随降雨量的增加均增大。陆地上,夏季气溶胶光学厚度与冰云云滴有效粒子半径在小雨下呈显著负相关,在中雨和大雨下呈正相关;海洋上,气溶胶光学厚度和冰云有效粒子半径呈显著负相关,且相关性随降雨量的增加而减小。     

基于MODIS资料内蒙古气溶胶光学厚度反演分析

文章利用国家卫星气象中心引进的以暗像元特性为基础的气溶胶光学厚度反演软件,对内蒙古地区2009年12月至2010年12月的EOS/MODIS气象卫星资料进行反演,计算0.55μm气溶胶光学厚度,并提取119个气象台站气溶胶光学厚度值按盟市进行月平均、年平均值统计分析,寻找气溶胶光学厚度的空间分布特征和时间变化规律。结果表明:(1)内蒙古地区气溶胶光学厚度存在非常明显的空间分布特征,最高值区主要集中在中部和西部地区,东部的大部地区基本没有最高值出现。(2)内蒙古地区气溶胶光学厚度存在明显的时间变化规律。从1月份逐渐增加,到6月和7月份达到全年最大值,再逐渐降低趋势;春季和夏季最大,而秋季和冬季最小,夏季>春季>秋季>冬季。     

不同类型气溶胶对长三角地区地闪活动影响

利用2015—2021年4—9月中国气象局全国地闪定位网的地闪观测资料与MERRA2气溶胶光学厚度再分析资料,分析长江三角洲及其周边地区（27.5°~35°N,115°~122.5°E）地闪活动与不同种类气溶胶的关系。结果表明：不同种类气溶胶与地闪活动的关系不同,有地闪日的硫酸盐气溶胶光学厚度更高,无地闪日的沙尘气溶胶光学厚度更高,地闪多发生在硫酸盐气溶胶光学厚度较高且沙尘气溶胶光学厚度较低的环境中。当硫酸盐气溶胶光学厚度低于阈值时,在一定相对湿度条件下地闪密度与硫酸盐气溶胶光学厚度为正相关关系,当硫酸盐气溶胶光学厚度高于阈值时,地闪密度有减小的趋势或趋势不明显,且不同月份的阈值不同。因此,气溶胶的云微物理作用与辐射效应的叠加使得气溶胶与地闪活动的关系更为复杂,而沙尘气溶胶与地闪密度在4—6月呈负相关关系,7—9月相关不显著。     

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.     

2008年北京奥运会期间大气气溶胶物理特征分析

应用MODIS卫星的气溶胶产品资料和地面的光学粒子计数器的资料,对比分析了北京地区2006、2007、2008年7～9月的气溶胶光学厚度、细粒子光学厚度、Angstrom指数、气溶胶粒子数浓度谱及体积谱,发现2008年北京奥运会期间(7月20日～9月20日)的气溶胶光学厚度比2006、2007年同期明显降低,气溶胶细模态光学厚度占总光学厚度的比上升,Angstrom指数上升,气溶胶细粒子数浓度没有明显相对变化,而粗粒子数浓度则减少约50%.利用大气标高,将MODIS反演的气溶胶柱的质量浓度转化为地面气溶胶质量浓度.用粒子计数器得到的体积谱,在假定气溶胶粒子密度的情况下,计算出其质量浓度.将这两种方法得到的气溶胶质量浓度与国家环境保护部公布的空气质量指数换算得到的可吸入颗粒物(PM10)质量浓度进行比较.结果表明:北京奥运期间空气质量总体达到了国家二级空气质量标准;与2006、2007年同期相比,2008年气溶胶PM10质量浓度明显下降,而这主要是由气溶胶粗粒子的减少引起的.     

西北太平洋海域风浪、涌浪、混合浪波浪能资源特征

用ECMWF的ERA-40海浪再分析资料,应用波浪能流密度计算方法,对西北太平洋海域的风浪能、涌浪能、混合浪能展开研究。结果表明:(1)波浪能流密度呈现出显著季节性差异。混合浪能流密度表现为冬高夏低;春、夏、秋季的涌浪能流密度明显大于风浪能流密度,冬季相反;(2)混合浪能流密度的大值区主要分布于阿留申群岛附近海域,高值中心可达60 kW/m以上;近海的大值区主要分布于琉球群岛—巴士海峡—传统的南海大风区一带,年平均值在4 kW/m以上,南海北部可达12 kW/m以上;(3)黄渤海的涌浪和混合浪能流密度峰值出现在8—9月,波谷出现在6月。风浪能流密度峰值出现在11月—次年3月,波谷出现在6—8月,均呈现双峰型月变化特征。东海、南海北部、南海中南部海域能流密度的月变化特征相似,都为双峰型,12月—次年4月的能流密度整体较高,波峰出现在12月,波谷出现在5—7月;(4)2 kW/m以上混合浪能流密度出现的频率较高,近海低于大洋;(5)0.5 m以上有效波高出现的频率都非常高,中国近海稍低于大洋;(6)涌浪能流密度的稳定性明显好于风浪能流密度;大洋的能流密度稳定性明显强于近岸。1月份能流密度的稳定性最好,4月和7月次之,10月的稳定性最差。     

中国东部地区冬季AOD分布特征及与冬季风环流的可能联系

利用2000年3月—2017年3月Terra卫星反演的MODIS气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)资料、NCEP的fnl全球业务分析数据、CMAP降水资料、CERES SYN1deg Ed 4月平均资料以及NCEP/NCAR再分析资料等,依据中国东部冬季区域平均AOD距平具有显著的年际变化特征,将历年冬季AOD划分为5个不同的污染等级,并探讨了不同污染等级的局地成因及其与冬季风环流的联系。结果表明,中国东部冬季AOD区域平均值与气候要素场有很好的相关关系,即AOD异常偏高(低)时,入射到地面的太阳短波辐射通量减小(增加),地面气温降低(增加),地气系统冷却(加热),地面降水呈现华北与江淮内陆少、江淮东南多(华北与江淮西南部多、江淮地区东部少)的分布特征。中国东部AOD值异常偏高与风速异常偏小有关,且这种负相关关系在华北表现最明显:即AOD异常偏高(低)时,华北地面风速偏小(大),江淮地面风速偏大(小)。个例分析表明,纬向风速异常偏小、东风异常及阿留申低压偏弱是2013年AOD异常偏高的主要原因。     

大同地区典型沙尘天气过程近地层气象要素演变特征的对比分析

利用2009年3月-2010年3月大同国家基准气候站20m气象梯度塔的风向、风速、气温、相对湿度的观测资料及PM10质量浓度数据、气溶胶散射系数数据,分析大同地区典型沙尘天气过程近地层气象要素演变特征。结果表明,风速在沙尘暴、扬沙的发生、发展过程中均较大,浮尘较小。气温在沙尘暴期间受冷空气的影响迅速减小,而在扬沙和浮尘天气条件下温度的变化主要取决于长短波辐射的强弱和沙尘气溶胶的辐射强迫。相对湿度在沙尘暴期间基本上呈递增态势,结束后比发生前相对湿度增大,在扬沙和浮尘天气条件下,相对湿度与温度完全呈现出反相关关系,且相对湿度均较小。PM10质量浓度在沙尘暴、扬沙、浮尘天气条件下依次递减。沙尘暴期间气溶胶散射系数明显增大。     

南海近海面风场变化特征及其与ENSO的相关性研究

利用1979—2017年共39 a欧洲中期天气预报中心（ECMWF）海表面10 m风场资料,采用经验正交函数方法（EOF）、小波时频特征分析等方法分析了南海近海面风场变化特征及其对ENSO的响应。结果表明：南海近海面风场第一模态海表面平均风速呈减小趋势, 呈现年代际变化,且与ENSO相关,但相关性在1990年后趋于减小;第二模态中南海北部和南部平均风速呈减小趋势,中部增大;第三模态中南海中部海表面平均风速趋于减小,北部和南部增大,第二和第三模态均表现为年际变化,且均与ENSO显著相关,近年来ENSO与第三模态的相关性逐渐增强。春季南海表面平均风速从南到北逐渐增加;夏季在越南沿岸部分海域仍有一个风速极大值中心,从该海域向四周逐渐减小,整片海域风向均是西南风;秋季由南向北依次增加;冬季南海整片海域风速都较大,越南沿岸和我国东沙群岛海域存在两个极大值中心。     

佛山市前汛期旱涝及其环流异常特征

基于佛山市降水量和NCEP/NCAR再分析资料,采用二维风场差异的显著性检验方法等,分析了佛山市前汛期降水异常特征及旱、涝年水平风场和垂直经圈环流的差异。结果表明,佛山市前汛期降水量存在多时间尺度振荡,降水量的气候变化趋势不明显。旱、涝年热带低纬度的南海中北部及西太平洋地区的850 hPa风场存在显著差异,影响前汛期旱涝的关键区是副高的西北侧和南侧。分析还表明,旱、涝年经圈环流差异显著,北半球风场显著区位于南海区域和华南地区,层次集中在大气低层和中层。     

Daily and monthly averaged aerosol optical properties and diurnal variability deduced from AERONET sun-photometric measurements at Thala site (Tunisia)

Summary Spectral aerosol optical thickness have been measured at Thala site (central West of Tunisia) from March to October 2001. The measurement site is located in a continental and non industrialized region, approximately 150 km from the North coast of the Mediterranean Sea and nearby the Algerian border. Thala site could be then influenced by the dust content of the continental air masses carried by western and southern winds. A second pollution source is constituted by industrial and/or maritime particles carried by northern and eastern winds. AOT measurements acquired through the ground-based AERONET are analyzed. The diurnal cycle over Thala and two other areas within the network showed various trends and a prevailing pattern of the optical thickness increase by 10–40% during the day. Daily AOT and monthly averaged aerosol optical thickness, ?ngstr?m coefficient and precipitable water vapor are computed and compared with those of other sites. Measured meteorological parameters represent a valuable supplement to the data sets with the sunphotometer measurements. The analysis of the results shows that there is a high correlation between aerosol optical properties (AOT and ?ngstr?m coefficient) and the local weather conditions, essentially wind speed and direction and air specific humidity.     

基于TUV模式的银川光化辐射通量特征及其影响因子

利用TUV模式计算分析了银川光化辐射通量变化特征,探讨了云、气溶胶、臭氧柱浓度、NO₂柱浓度等因子对银川光化辐射通量的影响。结果表明：2019年7—9月银川月平均光化辐射通量分别为6.5E+16光子数·cm^-2·s^-1、5.6E+16光子数·cm^-2·s^-1和4.7E+16光子数·cm^-2·s^-1,日最大值出现在13:00;波长小于325 nm时,光化辐射通量随波长增加缓慢上升,波长在325—480 nm之间时,光化辐射通量迅速升高,波长大于480 nm时,光化辐射通量随波长增加变化较小,此特征在中午前后较早晚表现更明显;云光学厚度和气溶胶光学厚度对光化辐射通量的衰减作用具有明显的“U”型日变化特征,比较而言,气溶胶光学厚度对光化辐射通量衰减作用的“U”型波形更为宽广;光化辐射通量衰减率对较低的云光学厚度的变化更敏感;光化辐射通量随气溶胶光学厚度增加而减小的变率要比随云光学厚度增加而减小的变率小;光化辐射通量对单次散射反照比大于0.6...     

近年来华东地区大气气溶胶的时空特征

利用2000年2月—2008年12月的AERONET（AErosol RObotic NETwork）地基观测数据对MODIS/TERRA Collection 005气溶胶光学厚度（aerosol optical thickness;AOT）在华东区域的适用性进行了验证,并利用验证后的MODIS气溶胶产品对华东区域气溶胶光学厚度和尺度分布特征进行了分析。结果表明,（1）通过验证比较,MODIS的AOT在华东区域与AERONET站陆基观测到的AOT具有非常好的一致性,满足美国NASA的设计要求。（2）华东区域的气溶胶光学厚度存在明显的时空分布特征。时间上,在春季和夏季达到最大,而在秋季和冬季最小,表现出明显的季节变化规律。空间上,气溶胶光学厚度受地形影响明显。其高值区主要分布在平原地区,而低值区主要在海拔较高的山区。（3）该区域的气溶胶尺度分布也存在显著的变化特征。在冬、春由于沙尘输送的影响,整个华东区域气溶胶粒子的尺度都比较大,主要以自然生成的沙尘粒子为主。而在夏、秋季由于夏季风和降水的影响,气溶胶粒子的尺度都比较小,以工业排放的人为气溶胶粒子为主。     

2001-2016年西南地区气溶胶光学厚度特征分析

本文利用NASA发布的MODIS气溶胶光学厚度产品,对西南地区2001～2016年气溶胶光度厚度空间分布和时间演变特征进行了分析,研究发现:(1)西南地区年均气溶胶光学厚度空间分布特征整体表现为东部高于西部,海拔低的地区气溶胶光学厚度高于海拔高的地区。高值中心位于四川盆地南部,低值区位于川西高原和云南北部地区。(2)西南地区季节气溶胶光学厚度空间分布特征与年均相似。(3)就西南各地区而言,重庆气溶胶光学厚度最大,其次是四川盆地和贵州地区,再次是云南地区,川西高原地区气溶胶光学厚度最小。(4)2001～2016年,西南地区年均气溶胶光学厚度呈显著减少趋势。夏季和秋季气溶胶光学厚度年际变化浮动较大,也具有显著的减少趋势。      

中国海域MODIS气溶胶光学厚度检验分析

利用MODIS的Collection 005版本（MODIS—C005）数据的气溶胶光学厚度（AOT）产品,与我国海域多个AERONET观测站点太阳光度计测量得到的AOT结果进行了对比分析,对MODIS_C005数据的气溶胶产品在我国海域进行了验证,并对验证方法进行了探讨。结果表明,MODIS—C005的AOT在我国海域与AERONET站陆基观测到的AOT具有非常好的一致性,相关系数达到0．9以上。通过尝试不同的验证方法,发现验证数据的空间采样窗口大小的选择对于验证效果具有较大的影响,在中国海域可以使用30km×30km的空间采样窗口。通过MODIS—C005的AOT与AERONET站观测值在中国各个海区的比较,证明MODIS—C005的AOT在550nm满足美国NASA的设计要求,误差控制在±0．05±0．057τ,适用于我国海域,可以用于中国海域的气象和海洋等科学研究。