基于AERONET和OMI数据分析中国北方典型地区气溶胶单次散射反照率的变化趋势

气溶胶单次散射反照率（SSA）表征气溶胶吸收特性,很大程度上决定了气溶胶辐射强迫的正负,对准确评估气候变化中的气溶胶辐射强迫具有重要意义。根据2004年10月至2016年12月地基AERONET（AERosol RObotic NETwork）和OMI（Ozone Monitoring Instrument）卫星数据,分析了中国北方典型地区（北京、香河、兴隆和兰州郊区）SSA的变化趋势以及两组数据的一致性。4个站AERONET和OMI 的SSA年均值分别为:北京0.89±0.04和0.90±0.04,香河0.89±0.04和0.91±0.04,兴隆0.92±0.04和0.91±0.04,兰州0.91±0.04和0.90±0.04。4个站点SSA季节变化一致,夏季高冬季低。SSA年际变化趋势分析时,因有效数据较少且为非正态分布,用月中位数代替月均值,同时需对数据进行筛选和去季节变化,结果显示北京和香河均有地基和卫星有效数据时间尺度不同的情况,而兴隆OMI和兰州AERONET满足趋势分析要求。在研究期间,4站SSA均呈上升趋势,说明近年来中国北方气溶胶的吸收性减弱,散射特性增强,尤其北京四季地基和卫星数据均呈上升趋势,但香河秋冬吸收性增强。同时,对AERONET和OMI两种反演算法得到的SSA一致性进行分析。香河结果差异较大,仅30%的数据在误差±0.03的范围内,55%在±0.05的范围内;北京分别为46%（±0.03）和68%（±0.05）,兴隆分别为50%（±0.03）和76%（±0.05）,兰州数据一致性较好,分别为51%（±0.03）和86%（±0.05）,总体来说是受人为活动影响比较明显的地区,数据一致性较差。     

基于OMI卫星数据的城市对流层NO2变化趋势研究

利用OMNO2全球产品卫星遥感资料研究科技城市北京、交通城市黄骅港、旅游城市三亚、特区城市深圳和工业城市抚顺的NO2月平均变化情况。通过Beat软件和IDL联合编程对该产品进行处理,得到各城市对流层NO2垂直柱密度的月平均值;对各城市2004年10月至2007年10月的NO2月平均变化进行线性正弦模型模拟,得到月平均变化趋势和月增长率,并评价变化趋势的精度。结果显示,各城市在冬季NO2对流层垂直柱密度较大,夏季较小,季节性循环明显。北京、黄骅港、三亚、抚顺在这段时间NO2总体呈增加趋势,从大到小依次是:抚顺、北京、黄骅港和三亚,深圳呈减少趋势。根据趋势显著性判别准则,各城市的NO2月平均变化均显著。另外相对于2004年10月,月相对增长率从大到小依次是抚顺、三亚、黄骅港、北京、深圳,其中深圳的NO2呈现负增长。     

黄河流域七大城市群污染气体时空变化特征卫星遥感监测

为探究黄河流域大气污染的时空演变特征,本文从城市群角度出发,选取HCHO、NO₂及SO₂为诊断指标,对比分析2005—2019年七大城市群OMI观测对流层HCHO、NO₂及边界层SO₂柱浓度的年、季、月变化。研究揭示,流域内：①HCHO、NO₂及SO₂柱浓度高值区均集中在山东半岛城市群、中原城市群、晋中城市群南部和关中平原城市群东部。②HCHO柱浓度在2005—2019年呈波动上升趋势,七大城市群的月变化均呈单峰结构,且夏季高、冬季低、春季和秋季相当。③NO₂柱浓度在2005—2011年呈上升趋势,仅2008年出现短暂小幅下降。2011年执行《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223—2011）后,呼包鄂榆、宁夏沿黄和晋中城市群开始大幅下降,山东半岛（2012年有小幅下降）、中原和关中平原城市群则在2013年《大气污染防治行动计划》实施后才开始大幅下降。月变化呈开口向上抛物线形态,浓度越高单峰结构越明显,且冬季高、夏季低、春季和秋季相当。④SO₂柱浓度在2007年达到顶峰,2008年开始大幅下降,2010年后呈波动下降趋势,月变化、季变化均与NO₂相似。黄河流域上游的兰西和宁夏沿黄城市群、上中游交界处的呼包鄂榆城市群空气质量较好,中游的关中平原和晋中城市群次之,中下游交界处的中原城市群和下游山东半岛城市群则较差。     

珠江三角洲地区SO2浓度卫星遥感长时间序列监测

利用卫星OMI(Ozone Monitoring Instrument)数据获得的长时间序列SO₂浓度,分析广州亚运会从申办到成功举办期间珠江三角洲地区近地面SO₂浓度的变化过程,以及亚运会举办期间珠江三角洲SO₂浓度分布状况。结果表明OMI能够反映近地表的SO₂浓度变化趋势,广州亚运会从申办到成功举办期间珠江三角洲地区近地面SO₂浓度表现出明显的季节变化,且亚运会期间该地区近地面SO₂浓度比以往年同期要低,说明珠江三角洲地区联动的空气质量保障措施明显降低了该地区近地面的SO₂浓度。     

广东省和江苏省大气甲醛时空变化对比分析

利用Aura/OMI月均甲醛对流层垂直柱浓度数据对2005年—2016年中国广东省和江苏省的大气甲醛的时空变化规律、不同排放源的前体物的潜在贡献进行了分析。甲醛在广东省主要集中在珠三角地区,在江苏省分布则相对较为均匀。2005年—2010年,随着经济发展,在两省都发现了大面积的甲醛增加趋势;相应的,在2011年—2016年,由于减排等治理措施的实施,在两省都有大面积的甲醛减少现象。广东省的甲醛主要呈现出春季、秋季高于冬季再高于夏季的特征;而江苏地区夏季甲醛浓度远高于其他季节,并与光照强度的季节性特征较为一致。此外,由于广东省甲醛分布的均一性较差,因此区域性因素(如地形等)对广东省甲醛分布可能有着较大的影响。各个排放源中,工业源、交通源对珠三角潜在贡献可能较大;自然源对梅州等林地覆盖地区可能有相对较高的影响;在江苏省,各个排放源对甲醛的贡献相对均衡,但夏季较为频繁的生物质燃烧可能对夏季高值甲醛有着相对较高的贡献。     

FY-3B TOU臭氧总量多元回归插值与验证

FY-3B TOU臭氧总量产品空间分辨率为50 km,在开展小区域或精细化的臭氧研究时,需要获得更高分辨率、更具有准确和可靠性的臭氧插值数据。常规的数据插值方法没有考虑TOU臭氧总量受短波辐射、海拔高度的影响,所得到的插值数据参考性不强。文中介绍TOU多元回归插值方法,方法采用程序设计方式,动态分析TOU与短波辐射、海拔高度之间的相关性,建立一元回归模型,并根据一元回归模型结构建立多元回归模型,再通过多元回归模型对TOU进行插值。使用OMI臭氧总量数据对插值结果开展验证,验证结果表明采用多元回归算法的插值具有较好的可行性。且该插值方法及程序设计对其他类似的数据插值、分析具有一定的借鉴和参考意义。     

Nitrogen dioxide DOAS measurements from ground and space: comparison of zenith scattered sunlight ground-based measurements and OMI data in Central Mexico

The use of satellite data in combination with ground-based measurements can provide valuable information about atmospheric chemistry and air quality. In this study, ground-based Differential Optical Absorption Spectroscopy (DOAS) measurements of nitrogen dioxide (NO₂) conducted in central Mexico are compared with the space-borne Ozone Monitoring Instrument (OMI) dataset of 2006-2011. Ground-based measurements exhibited large day-to-day variations and were on average three times higher than the space-borne derived average over the observation site. This difference is attributed to strong horizontal inhomogeneity of the lower layer of the measured NO₂ columns, sampled over a large footprint from the satellite instrument. Also, a reduced sensitivity of the satellite observation near the surface, where the largest concentrations are expected, could be responsible for this large discrepancy. From the analyzed OMI dataset, distribution maps of NO₂ above central Mexico were reconstructed, allowing to identify three main areas with increased NO₂ column densities: The dominating metropolitan area of Mexico City, the heavily industrialized region of Tula to the north and the Cuernavaca valley to the south. In this analysis, seasonal variability of NO₂ columns over central Mexico was detected, finding higher NO₂ columns during the dry and cold season, followed by the dry and warm period, and finally the lowest NO₂ columns were found during the rainy season. Pollution transport of this gas from Tula into Mexico City, as well as towards the Cuernavaca valley, is evident from this dataset.     

2005年-2014年京津冀对流层NO2柱浓度时空变化及影响因素

基于臭氧监测仪OMI对流层NO₂柱浓度产品研究了京津冀城市群2005年-2014年NO₂时空变化及影响因素:(1)10年柱浓度年均增长率为3.35%,且年度波动较大。忽略2008年国家奥运会的环境治理所引起的变化,2005年-2011年NO₂呈逐渐升高趋势;2012年-2014年呈逐渐降低趋势,以2014年下降最为显著。(2)呈西北低东南高的趋势。燕山-太行山山系以北的承德和张家口市浓度较低,山系以南主要有北京-天津-唐山与石家庄-邢台-邯郸两个污染中心。(3)京津冀北部三面环山不利于NO₂的扩散,夏季丰富的降水对NO₂具有显著湿沉降作用。(4)通过相关性分析、文献及国家政策印证等方法,发现地区产业及能源结构很大程度上决定了地区的污染来源。北京市10年来第三产业一直处于主导且稳步提高,煤炭消耗量低,但汽车保有量增加了1.5倍,主要来源为机动车尾气排放;天津市第二产业比第三产业比重略高,煤炭消耗量是北京的两倍之余,但汽车保有量仅是北京市的一半,由此可知工业排放和机动车是共同来源;河北省第二产业比重很高,燃煤量占京津冀地区的80.6%,河北省工业排放是NO₂的主要来源,但近几年随着机动车保有量的剧增,其尾气排放分担率不可小觑。     

An emission source inversion model based on satellite data and its application in air quality forecasts

This paper aims at constructing an emission source inversion model using a variational processing method and adaptive nudging scheme for the Community Multiscale Air Quality Model (CMAQ) based on satellite data to investigate the applicability of high resolution OMI (Ozone Monitoring Instrument) column concentration data for air quality forecasts over the North China. The results show a reasonable consistency and good correlation between the spatial distributions of NO2 from surface and OMI satellite measur...     

Comparison of Aerosol Single Scattering Albedo Derived from the Ozone Monitoring Instrument with Aerosol Robotic Network Observations

The single-scattering albedo (SSA), which quantifies radiative absorption capability, is an important optical property of aerosols. Ground-based methods have been extensively exploited to determine aerosol SSA but there were no satellite-based SSA measurements available until the advent of advanced remote sensing techniques, such as the Ozone Monitoring Instrument (OMI). Although the overall accuracy of OMI SSA is estimated to approach 0.1, its regional availability is unclear. Four-year SSA daily measurements from three Aerosol Robotic Network (AERONET) sites in China (Xianghe, Taihu, and Hong Kong) are chosen to determine the accuracy of OMI SSA in specific locations. The results show that on a global scale, the OMI SSA is systematically higher (with a mean relative bias of 3.5% and a RMS difference of ~0.06) and has poor correlation with the AERONET observations. In the Xianghe, Taihu, and Hong Kong sites, the correlation coefficients are 0.16, 0.47, and 0.44, respectively, suggesting that the distinct qualities of OMI SSA depend on geographic locations and/or dominant aerosol environments. The two types of SSA data yield the best agreement in Taihu and the worst in Hong Kong; the differing behavior is likely caused by varying levels of cloud contamination. The good consistency of the aerosol variation between the two SSA datasets on a seasonal scale is promising. These findings suggest that the current-version OMI SSA product can be applied to qualitatively characterize climatological variations of aerosol properties despite its limited accuracy as an instantaneous measurement.