黄土高原半干旱地区气溶胶特性

利用2006年8月～2007年7月兰州大学半干旱气候与环境观测站CE-318数据产品,对气溶胶光学厚度,大气可降水量及Angstrom波长指数的日变化及季节变化特征进行了分析.同时分析了常规温压湿资料、PW及Angstrom波长指数与气溶胶光学厚度的关系.对CE-318反演得到的PW与微波辐射计由神经网络算法得到的水汽总量进行了相关性分析,认为二者对水汽总量测量能力相当.     

半干旱区激光雷达反演参数κ值研究

于2006年12月14日-2007年4月31日在兰州大学半干旱气候与环境观测站,架设了CE318光度计和CE-370-2型激光雷达,选取半干旱区晴天无云条件下同期观测的激光雷达和太阳光度计数据,分析了激光雷达采用不同k值反演的气溶胶消光系数随高度的变化及垂直分布趋势.结合两种仪器反演的光学厚度值的差异性,对K1ett法求解雷达方程时k的取值进行了深入研究.结果表明,半干旱地区对激光雷达观测所获取数据采用Klett算法反演气溶胶消光系数时,参数k的确定在计算中极为关键,对结果的影响不可忽视;在半干旱区k取值0.78~0.80较为合理,取值0.78更为精确.     

合肥地区气溶胶光学厚度的时间变化特征

利用太阳辐射计CE318对合肥地区大气气溶胶进行长期系统的观测,对2002年至2007年间的观测数据进行反演分析,得出了气溶胶光学厚度随时间变化的统计特征.结果表明合肥地区气溶胶光学厚度日变化有5种类型;气溶胶光学厚度随月份有波浪式变化,月平均值在4月份和8月份分别达到最大值0.727和最小值0.192;四季中春秋季节的气溶胶光学厚度大于夏冬季节,春季最大0.636,夏季最小0.262;2004年至2007年冬季气溶胶光学厚度有逐年增大的趋势.     

利用6S模型的自定义气溶胶类型反演北京地区气溶胶光学厚度

选用合理的气溶胶类型能够极大提高气溶胶光学厚度的反演精度,对此本文提出一种基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)与地基太阳光度计数据相结合,以确定气溶胶各组分体积百分比的方法,利用该方法得到了北京地区自定义的气溶胶类型。进一步测试了自定义型和两种标准气溶胶类型(大陆型、城市型)下的表观反射率对气溶胶光学厚度的敏感性,结果显示不同的气溶胶类型使红、蓝和中红外波段表观反射率对于气溶胶光学厚度的敏感性有显著差异。使用暗像元法反演北京地区晴空条件下不同气溶胶类型的气溶胶光学厚度,并与AERONET地面观测数据对比进行精度验证。自定义气溶胶类型的反演结果精度最高,且相较于两种标准气溶胶类型的相对误差要低10%以上。城市型气溶胶类型对于光学厚度的反演存在明显高估,不适用于北京地区,这与其煤烟性粒子所占比重较大有关。     

基于两天MODIS数据的气溶胶光学厚度反演

气溶胶光学厚度(AOD)的反演对研究大气污染和人类活动的环境影响具有重要意义.利用连续两天的Terra/MODIS影像,依据0.47、0.55、0.66、0.86μm 4个通道的表观反射率与AOD在大气辐射传输中的关系,构造闭合的非线性方程组,通过求解方程组反演得到两天的AOD值,并与MODIS业务化的AOD数据及AERONET地基太阳光度计观测值进行对比.发现该算法的反演结果与地基观测值的相对误差在30%以内,同时也对反演的气溶胶波长指数及浊度系数等和地基观测情况进行了对比与讨论,证实反演结果与地基观测具有较好的一致性.这种基于两天MODIS数据的气溶胶反演是利用多幅卫星影像来反演气溶胶光学厚度的一次有效尝试,反演得到AOD值对环境污染监测有效补充.     

甘肃半干旱区城乡气溶胶光学特性的观测与分析

利用CE318型太阳光度计(532nm波段)在2004年5月-2007年5月的城乡观测资料,反演分析了半干旱地区城乡气溶胶的光学特征.得到了气溶胶光学厚度(AOD)的年季变化,并对不同季节气溶胶的光学厚度以及波长指数的变化规律进行了讨论.结合兰州市郊区资料,对城郊大气气溶胶光学特征进行了对比及原因分析.认为较城市而言,半干旱区乡村大气总体上较城市更为洁净.城市气溶胶受到冬季采暖期等人为因素的影响,出现了AOD冬季大、夏季小的特点.气溶胶主要以工业粉尘和沙尘气溶胶为主,夜间逆温层对AOD的日变化影响较大.乡村春季沙尘天气较多,气溶胶浓度变化受季节的影响,春季AOD最大.气溶胶主控粒子多为沙尘粒子.     

基于BRDF订正的兰州地区春季气溶胶光学厚度反演实验

利用6S模式反演并分析兰州地区春季气溶胶光学厚度(AOD)分布情况,探讨了双向反射分布(BRDF)对气溶胶光学厚度反演结果的影响.结果表明:兰州地区2010年春季气溶胶光学厚度高值中心位于西工业区和城关区,最大值分别为0.46和0.31.不考虑BRDF时水面上空气溶胶光学厚度反演结果存在明显误差,经Walthall BRDF订正后,水面上空误差明显减小,说明经过Walthall BRDF订正后的6S模式适用于水面上空的气溶胶光学厚度反演.兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)站点(35.57°N,104.08°E)反演值和实测值比较表明,在无云晴天条件下,选用Walthall BRDF模式可以提高AOD反演精度.     

基于地基遥感的降水过程对城市型气溶胶差异性影响分析

降水过程对气溶胶粒子的影响非常复杂.为了研究降水对城市大气中气溶胶粒子的差异性影响,该文选择2016年6～7月武汉市一次持续性强降水过程进行分析.结合OPAC模型及GADS数据集,利用最小二乘线性回归算法,基于CE-318太阳光度计及黑碳仪观测数据对大气中三种城市气溶胶粒子(不溶性气溶胶粒子INSO、水溶性气溶胶粒子WASO、黑碳气溶胶SOOT)的粒子数密度进行反演,并使用光学特性误差及黑碳仪观测结果对反演结果进行验证,显示了较高的反演精度.通过对比降水前后不同气溶胶粒子数量的变化,发现降水对INSO、WASO、SOOT三种气溶胶的影响效果及时长存在明显差异.降水对WASO、INSO、SOOT均有明显的抑制作用,但影响时长存在明显差异.降水对SOOT的消减作用仅能持续数小时.WASO在降水后逐渐回升,其抑制作用仅能持续一周即回复到降水前,降水对INSO消减作用的持续时间最长,可达数周之久.     

东中国海域上空modis与seawifs两颗卫星反演气溶胶的比较

通过与地基气溶胶观测数据的对比,确认了MODIS,Sea WiFS气溶胶光学厚度产品用于研究中国海域气溶胶分布和变化特征的有效性.在此基础上,交叉比较了MODIS和Sea WiFS的气溶胶三级产品,发现他们在空间变化趋势上是一致的,在中国海域的气溶胶光学厚度都是随着离岸越远,气溶胶的光学厚度越来越小,在北纬30°-35°有高值区,在靠近大陆的沿岸地带也是气溶胶的光学厚度的高值区.Sea WiFS反演的气溶胶光学厚度整体比MODIS反演的气溶胶光学厚度偏高,两者的年平均气溶胶光学厚度有明显的区别.     

北京地区夏季气溶胶光学厚度反演

基于6S模型对比分析了3种大气气溶胶模式在北京地区夏季气溶胶光学厚度反演中的适用性.首先下载Terra-MODIS L1B夏季空间分辨率为1,km的数据,基于城市型、大陆型、海洋型3种标准大气气溶胶模式生成了3套查找表,利用暗像元法,反演得到了北京地区夏季大气气溶胶光学厚度.然后利用AERONET提供的实测陆地气溶胶光学厚度对反演结果进行精度验证.结果表明:海洋型和大陆型气溶胶模式反演的气溶胶光学厚度与地基数据相关性较高,相关系数分别为0.806,6和0.766,4;而城市型气溶胶模式反演的气溶胶光学厚度与地基数据存在明显差异,相关系数仅为0.482,5;将晴天和雾霾天气反演结果与地基数据进行对比,可以看出在天气晴朗时北京地区采用海洋型气溶胶模式反演气溶胶光学厚度更为准确.     

南京市MODIS气溶胶光学厚度与PM10质量浓度的相关性分析

利用NASA MODIS气溶胶光学厚度(AOD)产品与南京市区API转换得到的PM10质量浓度进行了相关性分析;发现二者的直接相关程度较低。对气溶胶光学厚度进行垂直和湿度影响订正后,二者的相关系数显著提高。结合风速和气压等气象因子分季节进行多元回归分析,相关系数进一步提高。分析结果表明卫星遥感气溶胶光学厚度可以作为监测PM10污染分布的有效手段。     

Spatial and temporal distribution of MODIS and MISR aerosol optical depth over northern China and comparison with AERONET

Aerosol optical depths (AODs) from MODIS and MISR onboard the Terra satellite are assessed by comparison with measurements from four AERONET sites located in northern China for the period 2006-2009. The results show that MISR performs better than MODIS at the SACOL and Beijing sites. For the Xianghe and Xinglong sites, MODIS AOD retrievals are better than those of MISR. Overall, the relative error of the Angstrom exponent from MISR compared with AERONET is about 14%, but the MODIS error can reach 30%. Thus, it may be better to use the MISR Angstrom exponent to derive wavelength-dependent AOD values when calculating the aerosol radiative forcing in a radiative transfer model. Seasonal analysis of AOD over most of China shows two main areas with high aerosol loading: the Taklimakan Desert region and the southern part of North China and northern part of East China. The locations of these two areas of high aerosol loading do not change with season, but the AOD values have significant seasonal variation. The largest AOD value in the Taklimakan appears in spring when the Angstrom exponents are the lowest, which means the particle radii are relatively large. Over North and East China, the highest aerosol loading appears in summer. The aerosol particles are smallest in summer over both high-AOD areas.     

Analysis of variation trends and causes of aerosol optical depth in Shaanxi Province using MODIS data

The temporal and spatial variations and causes of aerosol optical depth （AOD） in Shaanxi Province were investigated based on the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer （MODIS） derived aerosol data for the period of March 2000-February 2012. The results showed that the distribution of aerosol was largely affected by topography and local economic activities. Heavy aero- sol loading and increasing tendency in AOD was observed in Guanzhong, Hanzhong and Ankang basin, while a reverse tendency was revealed in most other regions. The spatial distribution of aerosol Angstrom wavelength exponent was predominantly related to vegetation coverage in Shaanxi. Airborne dust from ground is an important source of coarse mode aerosols. Vegetation im- provement indicated by an increase in normalized difference vegetation index （NDVI） and a reduction in dust weather led to a gradual decrease in coarse mode AOD to the north of Qinling Mountains in Shaanxi, while anthropogenic activities led to an in- crease in fine mode AOD in other areas except those covered by forests. The main aerosol type gradually shifted to the urban industrial type in Shaanxi.     

卫星遥感监测全球大气气溶胶光学厚度变化

 全球大气气溶胶类型和含量变化与气候变化和大气环境污染密切相关,是气象学、环境学和医学研究关注的热点问题。为认识全球气溶胶分布基本特征,发现和跟踪全球气溶胶显著变化地区,本文利用美国NASA 发布的C6 版MODIS气溶胶光学厚度产品分析全球大气气溶胶光学厚度时空年变化特征及其影响因素;分析气溶胶光学厚度分布与中国霾区的关系,提出霾区治理的气溶胶光学厚度年平均值参考标准。分析2003-2014 年卫星监测的气溶胶光学厚度(AOD)空间分布特征显示,全球气溶胶光学厚度稳定高值区位于亚洲东部及其邻近太平洋海区、印度半岛及其邻近印度洋海区、非洲北部和中部及其邻近大西洋海区;重点变化关注区为俄罗斯西伯利亚东部增量区和南美洲亚马逊平原热带雨林减量区。气溶胶光学厚度高值地区的形成与沙尘暴、火山喷发、生物质燃烧、工业排放等自然源,以及工业污染物排放、交通运输、秸秆焚烧等人类活动造成的人为源气溶胶排放直接相关,并受气象因素和山脉等地形阻挡因素影响,这些因素的稳定性与季节变化最终形成全球气溶胶的时空分布特征。中国东部气溶胶光学厚度年平均值大于0.5 的区域为主要霾天气区,其中华北南部、黄淮、江淮、江汉地区和四川盆地为全球气溶胶光学厚度极端高值区,年平均极端高值达到0.8~1.0,为霾天气常态化发生区;通过全球气溶胶光学厚度量值分析认为,气溶胶光学厚度年平均值0.5 可作为中国大气环境最大承载量,中国东部地区高于此值的区域为主要大气污染控制区,大范围工业生产污染物减排可带来整体环境改善,通过工业结构调整有望降低的气溶胶污染中位比率为33%,平均比率为26.5%。     

MODIS气溶胶光学厚度产品在地面PM_(10)监测方面的应用研究

利用MODIS(中分辨率成像光谱仪)两年的气溶胶光学厚度(AOD)产品与北京地区API转化得到的PM10质量浓度、北京大学站点直接监测的PM10质量浓度以及香港元朗站点监测的PM10质量浓度做相关性分析,发现二者的直接相关程度较低。将AOD除以气溶胶季节标高,得到地面消光系数,与地面PM10质量浓度相关性提高。对地面消光系数进行相对湿度订正,得到计算的质量浓度,与地面实际观测的PM10质量浓度相关性进一步提高。经过两年时间资料的对比分析,证实气溶胶遥感光学厚度经过垂直和湿度影响订正后,可以应用于地面PM10监测。     

中国不同地区闪电活动和气溶胶的相关性研究

基于10年(2002~2011)卫星观测资料,研究气溶胶浓度(以气溶胶光学厚度AOD代替),地面温度,相对湿度,海拔高度以及其他数据对中国两个不同地区夏季闪电活动的响应。结果表明,不同地区闪电活动主要影响因素不同。对于气溶胶浓度低的地区(AOD_(ave)=0.14),地面温度(偏相关系数为0.745)、海拔高度(偏相关系数为-0.613)可能是影响该区域闪电活动的主要因素;对于气溶胶浓度高的地区(AOD_(ave)=0.60),地面温度(偏相关系数为0.87)、气溶胶浓度(偏相关系数为-0.823)、相对湿度(偏相关系数为0.818)可能是影响该区域闪电活动的主要因素。另外气溶胶浓度低和高的两个地区气溶胶对闪电活动的影响是相反的。对于气溶胶浓度低的地区,闪电密度与AOD,冰粒子光学厚度(IOT)呈明显正相关(R=0.81,0.82),气溶胶可能主要通过微物理过程增加云滴数量,随之冰粒子含量增多,增强雷暴云活动,促进闪电活动的发生;对于气溶胶浓度高的地区,闪电密度与AOD呈明显负相关(R=-0.78),地面气温与AOD呈负相关(R=-0.29),而IOT与闪电密度无相关性(R=0.09),表明气溶胶可能通过辐射效应,使到达地球表面的太阳辐射降低,地面温度降低,雷暴云强度减弱,使冰粒子含量减少,导致闪电活动减弱。     

Validation of MODIS aerosol products by CSHNET over China

The Chinese Sun Hazemeter Network (CSHNET) provides the necessary ground-based observation to validate and assess the applicability of MODIS aerosol optical depth (AOD) products over different ecological and geographic regions in China for the first time. The validation results show that the comprehensive utilization ratio and applicability of MODIS products varied very much over different regions and seasons from August 2004 to July 2005. On the Tibetan Plateau, the comprehensive utili- zation ratio of MODIS data was low: MODIS products only accounted for 16% of the ground-based observation; on average, 31% to 45% of MODIS products fell within the retrieval errors issued by NASA. A similar result was found in northern desert areas with the ratio of MODIS to observation ranging from 15% to 55%, with 7% to 39% of MODIS products within errors. In the remote northeast corner of China, low ratios of MODIS to observation were also found ranging from 14% to 46%, with 49% to 69% of MODIS within errors. The forested sites exhibited moderate ratios of MODIS to observation ranging from 46% to 65%, with 30% to 59% of MODIS within errors. This was similar to numbers observed at sites along eastern seashore of China and inland urban sites with the ratio of MODIS to observation between 63% to 75%, with 25% to 67% of MODIS within errors for sites along eastern seashore of China and 43% to 78%, with 35% to 75% of MODIS within errors for inland urban sites. The ratio of MODIS to observation over agricultural areas ranged from 61% to 89%; 59%-88% of MODIS fell within the retrieval errors. At homogeneous and well vegetated areas, the comprehensive utilization ratio of MODIS products was over 80% and above 70% of MODIS products fell within the retrieval errors in growing season.     

一种基于激光雷达和卫星资料估算地面颗粒物浓度的方法

从2013年5月至11月中筛选激光雷达和MODIS大气光学厚度(AOD)资料,提出一种基于激光雷达反演大气气溶胶消光系数廓线,结合MODIS大气光学厚度资料,估算地面颗粒物质量浓度的方法;将该方法与AOD/大气边界层高度(ABLH)方法进行对比,最后将估算的颗粒物浓度与实测值进行比较。研究表明,该方法估算地面颗粒物浓度效果好于AOD/ABLH方法,与实测PM_(2.5)和PM_(10)浓度相关系数分别达到0.8和0.62。两种方法估算得到的地面颗粒物浓度与实测值比较,新方法估算的结果准确性更好。     

基于卫星气溶胶光学厚度反演地面能见度算法的研究

为了获得大范围的能见度空间分布信息, 提出一种把MODIS卫星气溶胶光学厚度陆面产品转化为地面能见度分布的反演算法。该算法以 CALIPSO卫星的气溶胶标高为更新观测值, 以GEOS-Chem模拟的气溶胶标高场为背景场, 通过最优插值的资料同化方法, 将两者整合成误差更小的气溶胶标高分析场, 然后通过气溶胶标高分析场, 把MODIS卫星气溶胶光学厚度转化为地面能见度。与中国地区地面气象多年观测资料的对比结果表明, 反演能见度与观测能见度之间, 点对点的月相关系数可达0.5以上, 两者多年的逐月变化趋势与地域分布形势较为一致。     

利用激光雷达和卫星遥感获得城市地面大气悬浮颗粒物浓度分布

使用香港元朗地区2008年MODIS卫星遥感的气溶胶光学厚度(AOD)产品、激光雷达气溶胶消光系数垂直分布、地面相对湿度和地面气溶胶浓度观测资料等数据, 通过激光雷达数据建立地面消光系数和激光雷达AOD与气溶胶标高的关系, 利用这一关系和卫星AOD进行地面消光系数的反演估计, 并进行湿度订正; 通过建立地面气溶胶浓度和地面消光系数的关系, 进行卫星AOD产品和激光雷达气溶胶探测反演地面大气颗粒物质量浓度的研究及应用。结果表明, 卫星估计的地面消光系数与小时平均的颗粒物质量浓度观测值的相关系数为0.57~0.86 (PM2.5)和0.59~0.78 (PM10), 估计的质量浓度与小时平均的观测值对比的均方根偏差分别为11.64~25.34 g/m³ (PM2.5)和24.64~91.64 g/m³ (PM10), 表明可以通过卫星遥感进行大气悬浮颗粒物污染的监测应用。其中1 km分辨率的AOD产品, 因其更高的空间分辨率, 更适合反映具有复杂地形的城市地区大气悬浮颗粒物污染。