中国北方地区冬季雨雪年度变化与大气气溶胶分布特征研究

近年来,随着大气观测技术的快速发展,为冬季大雪年际变化研究提供了一些新的观测事实,增加了新的认识。认为大气环流对降雪的年际变化的影响只是重要方面之一。新的观测事实启示研究者,冬雪的年际变化和差异还可能与其他影响气候变化有更为复杂的因素——大气气溶胶特征有关。基于1980-2008年中国气象台站降水量资料和1980-2005年北方地区大气气溶胶光学厚度（AOD）资料,研究中国北方地区大范围多雨雪以及少雨雪年度变化与大气气溶胶分布特征的关系。结果表明：1980-2008年,中国北方地区典型的多雨雪年为1980、1984、1989、1993、1998、2003年和2006年;少雨雪年为1982-1983、1985-1988、1997、2001年和2005年。根据1980-2005年华北逐年冬半年雨雪总量与北方地区同期AOD相关分析,揭示中国北方地区雨雪年度变化与气溶胶光学厚度（AOD_550m）的年度变化存在正相关,相关系数达到0．001的显著性水平。同期资料AOD。。。分析表明,中国北方地区冬季多雨雪与少雨年大气气溶胶光学厚度差异显著,多雨雪年大气气溶胶光学厚度显著偏厚,中国华北北部、东北南部地区AOD正距平的平均值达到1×10。-5×10^-3,冬季北方地区少雨雪年与此差异显著,AOD为显著负距平,其平均值为-5×10^-3。     

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。     

基于VIIRS数据的中国东部气溶胶光学厚度反演算法改进

VⅡRS（Visible Infrared Imaging Radiometer Suite）作为MODIS（The MODerate resolution Imaging Spectroradiometer）的后继传感器,可在全球范围内实现对气溶胶的连续时空监测.卫星反演的气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth,AOD）是研究地球能量收支平衡、气候效应和空气质量的重要大气参数.但在中国重污染天气情况下,现有的VⅡRS陆地气溶胶产品存在一定不足.因此,本研究改进云识别方法,优化像元筛选,约束气溶胶类型选择,实现重污染情况下AOD的反演.基于地基AERONET（AErosol RObotic NETwork）的验证结果表明,相比NOAA（National Oceanic and Atmospheric Administration）产品,改进后的反演结果克服了反演值偏低的问题,且表现出更好的相关性,RMSE从0.236下降到0.219.为验证在重污染条件下改进算法的适用性和准确性,本文对比了两种污染条件下的反演结果（0.6 < AOD_AERONET < 1和AOD_AERONET > 1）.统计结果表明,在较重污染天气条件下（AOD_AERONET>1）,相比NOAA的AOD产品,本文结果的反演率从32.3%提升为68.8%,回归分析的斜率提高为0.80,相关系数达到0.76,均方根误差为0.307,在增加反演量的同时保证了反演的精度.

     

2006年中国地区大气气溶胶浓度分布特征的模拟研究

结合2006年最新的气溶胶排放源资料,以NCEP/NCAR再分析资料为气象场,驱动大气化学传输模式MATCH（Model of Atmospheric Transport and Chemistry）,模拟了2006年中国地区硫酸盐、黑碳和沙尘气溶胶的质量浓度分布及其季节变化。模拟的气溶胶光学厚度（AOD）结果与CSHNET观测网数据比较分析后发现,基于21个观测站的61组月平均数据与相应模拟结果的相关系数为0.63。模拟结果表明：2006年中国地区硫酸盐气溶胶高值区主要分布在中国的四川盆地、华北及长江流域等工业较发达地区,而且具有明显的季节变化,四川盆地及长江以南地区,硫酸盐气溶胶1月份浓度高于7月份,长江以北的大部分地区,7月份浓度高于1月份;黑碳气溶胶主要分布在黄河、长江中下游地区及华南等地区,1月份浓度高于7月份;沙尘气溶胶主要分布在内蒙古中部沙漠地区,4月份浓度最高,7月份次之,其他月份较少。     

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。     

湖北省PM2.5质量浓度遥感估算与时空分布特征

针对地面站点稀疏不足以提供高空间覆盖、高空间分辨率的面域PM_2.5数据支撑区域细颗粒物污染防治的问题,以湖北地区2015-2017年的MODIS卫星遥感气溶胶光学厚度（AOD）产品数据为主预测量,结合温度、湿度、风速、压强等气象参数和植被指数数据等辅助预测量,建立了AOD-PM_2.5关系逐日变化的线性混合效应（LME）模型,用于估算湖北地区的PM_2.5浓度水平.利用十折交叉验证方法进行了模型精度评估.结果表明：1）2015-2017年的交叉验证R²分别达到0.89、0.85和0.88,利用MODIS AOD数据反演近地面PM_2.5质量浓度的线性混合效应模型能很好地用于区域细颗粒物遥感监测;2）省内PM_2.5质量浓度空间差异显著,鄂东、鄂南和鄂北高,鄂西北和鄂东南低;3）全省PM_2.5估算时空数据年均值呈下降态势,分别为65.6±39.8、57.1±34.1和48.1±28.3 μg/m³,各市除随州、咸宁2016、2017年年均值持平外,都呈下降趋势.     

MicrotopsⅡ型太阳光度计的使用、计算及定标

通过研究文献和在使用仪器过程中积累的一些经验,介绍MicrotopsⅡ型5通道手持式太阳光度计的特征、仪器使用前的参数设置、使用中应该注意的问题以及大气气溶胶光学厚度(AOD)的计算原理和仪器定标方法,以便为仪器的使用者提供借鉴。对广州热带海洋气象研究所2004年9月19日在国家南岭森林公园的一次对比试验观测数据进行分析,结果显示,两台仪器大气气溶胶光学厚度值非常接近,500 nm通道的AOD值相差小于0.01,说明两台仪器的厂家定标常数仍然适用。     

Validation of MODIS C6 AOD Products Retrieved by the Dark Target Method in the Beijing–Tianjin–Hebei Urban Agglomeration,China

The quality of the MODIS C6 3-km and 10-km aerosol optical depth(AOD) products retrieved by the Dark Target(DT)method is discussed using ground-based observations in the Beijing–Tianjin–Hebei region from 1 August 2007 to 31 July2008. Good consistency exists between the 3-km and 10-km products and ground-based observations. The retrieval accuracy of the two products both show distinctive seasonality. The percentage falling within the expected error(EE) is largest in the winter, moderate in the spring and autumn, and smallest in the summer. A worse overestimation appears in the spring and summer(27%–66%). However, the 3-km and 10-km products over different surfaces still exhibit obvious deviations. The 10-km product performs better in the large cities, while the 3-km product has advantages in the suburbs. In urban areas, the percentage falling within EE of the 3-km AOD product(18%–59%) is lower than that for the 10-km AOD product(31%–69%). However, in suburban areas, the percentage falling within EE of the 3-km AOD product(61%–84%) is higher than for the 10 km AOD product(54%–83%).The percentages falling within EE differ considerably when the AOD is greater than1.5(73% and 63% for the 3-km and 10-km products, respectively). On the whole, the 3-km(10-km) AOD product performs better in suburban(urban) areas.     

光学遥感影像表观辐亮度地形效应纠正物理模型

针对已有地形纠正方法的不足, 在山区辐射传输模型简化的基础上, 提出了水平地面上接收到的漫射辐射与垂直于太阳方向表面接收的直射辐射比例因子的概念, 建立了仅需要太阳角度信息和大气模式作为输入参数, 主要针对地形效应本身进行纠正的简单纠正模型, 可以将复杂地形区光学遥感影像表观辐亮度纠正为无地形影响的水平地表辐亮度, 并以TM影像为例进行了实验验证。     

高分多模卫星大气校正总体设计与在轨验证

高分多模卫星搭载中国首台民用大气同步校正仪,可以对同平台的高分辨率相机观测区域进行时间同步、视场覆盖的大气参数测量,实现对高分辨率图像的大气校正。文章论述了高分多模卫星大气同步校正的总体设计思路,并给出了时空同步、多谱段、多偏振通道探测体制的设计方案和地面验证结果。高分多模卫星入轨以后,对大气同步校正仪的大气参数反演效果和高分辨率图像的校正效果进行了分析,结果表明利用大气同步校正仪测量数据对大气气溶胶光学厚度（AOD）和大气水汽含量（CWV）的反演结果可信,对高分辨率图像有较好的大气校正效果。