夏季东亚地区AOD与地面太阳辐射变化的联系及季风环流异常:季节趋势影响

利用2000—2013年MODIS-Terra卫星产品提供的气溶胶光学厚度(aerosol optical depth,AOD)资料及NCEP/NCAR再分析资料集,使用奇异值分解(singular value decomposition,SVD)方法,分析了夏季东亚地区AOD与到达地面太阳辐射(downward solar radiation flux,DSRF)相联系的主要模态,并分析了其与夏季风变化的关系。夏季多年平均的AOD分布显示,在东亚地区存在两个AOD大值区(0.9),分别位于山东、河南、河北交界处附近以及苏中部分地区。而在福建、台湾及其附近洋面上,夏季AOD的值小于0.4。地面太阳辐射总体上呈现出由南往北递增的分布。比较发现,AOD与地面太阳辐射的气候分布较为相似。在保留季节趋势的情况下,运用SVD方法对两者进行分解,结果表明东亚地区AOD与地面太阳辐射表现出较好的正相关关系。由于相对于年际变化而言,季节趋势是更为主要的部分,因而这种同相关系可归因于季风活动的季节性进程。利用SVD1左场时间系数进行相关分析发现:6月(2013年除外),当中国东部气溶胶AOD大而地面太阳辐射亦大时,在中国东南部以及日本岛南部地区,由于气流辐合增强和存在较强的上升运动,降水偏多,而由于副高位置偏南,使得中国中东部偏北地区水汽供应偏弱,降水偏少。由于地面净太阳辐射增强,华北部分地区异常增暖。8月,大陆上空AOD为负(时间系数为负),地面太阳辐射减少,北方降水增多而南方降水减少,华北地区有一小范围的异常降温。上述结果表明北方气溶胶明显偏少时,云量增加,降水将增多,且辐射明显减弱;说明夏季风的季节进程对气溶胶、到达地面的太阳辐射变化等具有重要影响。     

大气气溶胶光学厚度信息在林火检测中的应用研究

由于现有MODIS火点检测算法对不同区域和不同季节的适应能力有限,因此需要关注复杂地表条件下对森林火灾伴生烟羽的识别问题,以提高明火点和低温焖烧火点的检测精度。本文基于烟羽扩散对大气气溶胶分布产生的影响,通过提取火灾区域的大气气溶胶光学厚度信息来描述区域内潜在火点的烟羽扩散特征,作为判识火点的辅助手段。利用MODIS资料,借助暗像元法通过6S模式反演了多个火点及周围区域的气溶胶光学厚度(AOD),并对明火点和低温火点在不同扩散范围和不同方位角条件下AOD的累积效应对烟羽的敏感性进行实验。结果表明,利用暗像元法反演出的AOD能明显地表征火灾伴生烟羽的分布特征,指示烟羽扩散方向及大致扩散范围。当以火点为中心,取32位方位角,扩散半径为10 km时,下风向与上风向的AOD累积效应差异最为显著,其累积值之比均10,对烟羽检测最为敏感。由此建立烟羽识别条件,为判识火点提供辅助依据,有效规避了MODIS火点检测算法对离散火点,特别是低温火点的漏判。     

混凝土联锁排应用于海底管线冲刷防护试验研究

海底管道冲刷防护是海管研究的热点之一,混凝土联锁排具有整体性好、易于机械化施工等优点在保滩护底工程中得到广泛应用。在易受意外荷载作用的近海冲刷区域,将"混凝土联锁排+土工布"防护型式引入海底管道冲刷防护中,针对裸露或悬空海底管线,探讨混凝土联锁块的防护机理,开展室内水槽试验,选取不同水深工况对比冲刷防护效果并验证了土工布的反滤防护作用,经过分析对比表明"混凝土连锁排+土工布"防护型式适用于海底管线的防护。     

煤炭地质勘查阶段煤炭储量的计算

煤炭储量的计算重在确定原始参数。通过理论与实例简单介绍块段煤层的面积、厚度和视密度的确定方法与过程,以及几种常用储量计算方法的适用条件,为实际煤田地质勘查各阶段储量计算提供理论和参考依据。     

京津冀地区污染过程的气溶胶遥感反演

针对地面监测站覆盖范围有限且成本高的不足,该文采用遥感卫星与地面站点数据相结合的方式,利用简化的气溶胶反演算法反演京津冀地区2013年秋、冬季节两次污染过程的气溶胶光学厚度,分辨率为500m。以气溶胶自动观测网在北京站点的监测数据作为简化的气溶胶反演算法的输入参数,分析气溶胶光学厚度与气溶胶自动观测网对应地面站点的相关性;将所反演气溶胶光学厚度与京津冀地区空气质量监测站点的细颗粒物浓度24h均值进行相关性分析,发现除近海城市外,相关性均较高。结果表明,简化的气溶胶反演算法适用于区域污染过程中的气溶胶光学厚度反演,反演精度高,对空气质量具有较好的监测能力。     

地球静止卫星和网格化站点支持下的PM2.5精细制图

许多城市建立的相对稠密的网格化监测站点,为精细化监管城市空气质量奠定了基础。本文选用徐州市网格化监测数据、地球静止卫星Himawari-8/AHI及COMS/GOCI的表观反射率和气溶胶光学厚度数据、气象和其他辅助数据,开展了徐州地区0.005°空间分辨率网格的PM_2.5浓度精细化制图研究。本文使用了极端梯度提升（XGBoost）、随机森林（RF）及时空加权回归（GTWR）等3种方法,并选用多种特征参数组合进行对比分析。综合分析模型精度和过拟合程度,结果表明XGBoost模型表现最好,其R²为0.90,RMSE为11.65 μg/m³。进一步将本文结果与国控站点、清华大学的TAP数据集和马里兰大学的CHAP数据集的对比分析,结果表明基于网格化站点的PM_2.5制图结果能更好地反映城市内部不同区域的PM_2.5浓度分布差异性,弥补因国控站点稀疏带来的缺陷,更好地服务于城市空气质量精准管控。     

基于GEOROC大数据分析地壳厚度地球化学指标

前人研究认为,火山岩中部分地球化学指标与岩浆弧地壳厚度之间存在一定的相关性,并通过统计主量元素K2O、Ca O和Na2O指标及微量元素Ce/Y、Sm/Yb、Dy/Yb、Sr/Y、La/Yb指标与地壳厚度之间关系,约束地质史上某些区域的地壳厚度发展和变化。本文基于GEOROC数据库,以Si O2含量57%和火山岩年龄23Ma为界,将全球火山岩数据分成年轻-壳源( 57%,23Ma)、年轻-幔源(57%,23Ma)、古老-壳源( 57%, 23Ma)和古老-幔源(57%, 23Ma)四个数据集,并通过核函数估计方法获得了各个地球化学指标与地壳厚度的归一化联合概率密度分布图。本文统计结果表明,年轻-幔源火山岩中的K2O含量分布与壳源火山岩呈现指数正相关关系、Ca O含量分布于地壳厚度呈现线性负相关关系,年轻-壳源火山岩中Ce/Y、La/Yb和Sm/Yb与现今地壳厚度有指数正相关关系。由以上5种地化指标建立的回归方程确定系数R2均大于0. 7,可以认为相关关系显著。本文认为幔源岩浆在穿透地壳到达地表过程中,地壳厚度控制了富K壳源物质进入地幔熔体和富Ca矿物结晶分异过程,导致了火山岩中K2O和Ca O含量的相关变化;而下地壳部分熔融形成的壳源岩浆,不同深度压力控制了残留相矿物比例,导致Ce/Y、La/Yb和Sm/Yb体现出与地壳厚度的相关性。本文建立的回归函数是基于大量数据概率密度分布的统计分析得出的,由于离群数据普遍存在,回溯历史地壳厚度变化需要大量数据统计支撑,否则难以获得可靠的结果。     

浙江省空气质量与大气自净能力的特征分析

利用最新的高时空分辨率ERA-Interim探空和地面资料,计算分析了1979—2015年浙江省大气输送和自净能力的时空分布变化特征,结合环保局空气质量监测数据探讨了浙江省空气质量与大气自净能力的关系,结果表明:大气自净能力在春、夏季表现出沿海地区小,内陆地区大的分布;到了秋、冬季,沿海地区大气自净能力增大,内陆地区则减小;研究时段内全省平均大气自净能力有增大趋势。表征低层输送能力的10 m风速在秋、冬季最大,夏季最小,随时间略有减小,这是浙江省空气污染加剧的可能原因之一;10 m风速的分布基本呈从东部沿海地区往西部山区逐渐减小的变化趋势,秋、冬季风速略大,以偏北风为主。浙江省大部分地区冬季大气自净能力最差,盛行的偏北风又容易将北方污染物带下来,因此冬季是浙江省最易发生空气污染的时段。当风速较小,风向转为偏西北风时,污染物从北方输入并且积累,最易出现较严重的污染天气。中度及以上的空气污染主要发生在杭嘉湖、宁波、绍兴、金华这些经济发达的地区,沿海地区的舟山、温州、台州由于大气输送条件好发生站次很少。丽水和衢州山区海拔高,加之本地工业经济发展较弱,空气污染发生的频次较少。     

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。     

Retrieval of aerosol optical properties over the Beijing area using POLDER/PARASOL satellite polarization measurements

Aerosol optical properties over Beijing and Xianghe under several typical weather conditions (clear sky, light haze, heavy pollution and dust storm) are derived from POLDER (POLarization and Directionality of the Earths Reflectances)/PARASOL (Polarization and Anisotropy of Reflectances for Atmospheric Sciences coupled with Observations from a Lidar) multi-directional, multi-spectral polarized signals using a more reliable retrieval algorithm as proposed in this paper. The results are compared with those of the operational retrieval algorithm of POLDER/PARASOL group and the ground-based AERONET (AErosol RObotic NETwork)/PHOTONS (PHOtometrie pour le Traitement Operational de Normalisation Satellitaire) measurements. It is shown that the aerosol optical parameters derived from the improved algorithm agree well with AERONET/PHOTONS measurement. The retrieval accuracies of aerosol optical thickness (AOT) and effective radius are 0.06 and 0.05 mu m respectively, which are close to or better than the required accuracies (0.04 for AOT and 0.1 mu m for effective radius) for estimating aerosol direct forcing.