沙尘天气对安徽寿县大气气溶胶光学特性的影响

在美国能源部实施的国际大气辐射测量计划(ARM)移动观测站(AMF)2008年在安徽寿县的观测资料基础上,研究了沙尘天气对该观测站大气气溶胶光学特性的影响。研究发现,沙尘天气过程中,大气边界层内的气溶胶消光系数平均值达到0.1 km-1左右。当近地层污染严重时,消光系数最大值达到了1.1 km-1,ngstrm波长指数在最低值达到0.21,单次散射反照率(ω0)在沙尘天气过程中的平均值为0.79,最大值为0.888。     

南宁地区一次典型灰霾过程气溶胶光学特性的地基观测

基于太阳辐射光度计和微脉冲激光雷达,对南宁地区2014年10月发生的1次典型灰霾天气进行了连续观测.气溶胶光学厚度(AOD)在灰霾污染事件期间(1.23±0.19,440nm波段)显著上升,是消散期(0.57±0.14)及发生发展期(0.98±0.25)的2.2倍和1.3倍.灰霾期间同步上升的ngstrm指数表明细颗粒物的消光贡献上升.灰霾天气期间气溶胶粒径谱均呈现双峰分布,严重灰霾期间的细模态体积浓度峰值(0.23μm3/μm2)高于发生发展阶段(0.15μm3/μm2)和消散阶段(0.08μm3/μm2),表明灰霾气溶胶中细颗粒物占主导.激光雷达反演得到灰霾发生发展期、严重期、消散期的日平均边界层高度分别为430±105,375±97m和710±240m,对应近地消光系数分别为0.14,0.27km-1和0.05km-1.严重灰霾期间的最大消光系数出现在凌晨(0.36km-1),对应较差的污染物扩散(气象)条件以及近地面颗粒物的累积.     

气溶胶光学厚度及?ngstr?m指数遥感反演的不确定性对紫外线指数计算的影响

以地面站观测为参照,分析香港地区2005—2013年间MISR气溶胶光学厚度产品和?ngstr?m指数的不确定性,通过辐射传输方程模拟该不确定性对香港地区夏季和冬季地方时06:00—18:00之间紫外线指数造成的影响。结果表明,气溶胶光学厚度的不确定性在夏季和冬季对紫外线指数造成的偏差最大分别为0.55和0.36,?ngstr?m指数不确定性在夏季和冬季对紫外线指数造成的偏差最大分别为0.13和0.11。对比世界卫生组织划分的紫外线危害等级,不论是气溶胶光学厚度还是?ngstr?m指数的不确定性,所引起的紫外线风险等级的最大偏差为一级,夏、冬季基本上都不会影响对民众发布的紫外线风险分级。因此,可认为使用MISR气溶胶光学厚度产品以及?ngstr?m指数计算紫外线指数是可靠的。     

气溶胶光学厚度及(A)ngstr(o)m指数遥感反演的不确定性对紫外线指数计算的影响

以地面站观测为参照,分析香港地区2005-2013年间MISR气溶胶光学厚度产品和(A)ngstr(o)m指数的不确定性,通过辐射传输方程模拟该不确定性对香港地区夏季和冬季地方时06:00-18:00之间紫外线指数造成的影响.结果表明,气溶胶光学厚度的不确定性在夏季和冬季对紫外线指数造成的偏差最大分别为0.55和0.36,(A)ngstr(o)m指数不确定性在夏季和冬季对紫外线指数造成的偏差最大分别为0.13和0.11.对比世界卫生组织划分的紫外线危害等级,不论是气溶胶光学厚度还是(A)ngstr(o)m指数的不确定性,所引起的紫外线风险等级的最大偏差为一级,夏、冬季基本上都不会影响对民众发布的紫外线风险分级.因此,可认为使用MISR气溶胶光学厚度产品以及(A)ngstr(o)m指数计算紫外线指数是可靠的.     

南宁地区气溶胶光学特性的季节特征

运用CE318太阳光度计对南宁地区气溶胶光学特性的季节变化特征进行了观测.反演得到气溶胶光学厚度(AOD500nm)季节分布:冬季(0.98)春季(0.77)秋季(0.75)夏季(0.47);ngstrm波长指数从大到小依次为冬季(1.33)夏季(1.30)秋季(1.15)春季(0.95);气溶胶粗模态上的体积数浓度:春季冬季秋季夏季,对应细模态的体积数浓度由大到小依次为:冬季秋季夏季春季;单次散射反照比(以440nm为例)在夏季(0.98)最高,散射光学厚度在冬季有极大值.由微脉冲激光雷达得到平均垂直消光系数大小依次为:冬季(0.15)秋季(0.14)春季(0.13)夏季(0.08).根据地基观测结果分析了南宁地区气溶胶的季节类型,存在冬季(12、1、2月)的霾/混合气溶胶、春季(3~5月)的沙尘气溶胶、初夏(6月)的生物质气溶胶、夏季的背景气溶胶,以及秋季城市/工业气溶胶;进一步对比分析了地基、卫星(MODIS)遥感反演的AOD参数(137个样本),75%样本在误差范围内,MODIS总体上呈现污染天低估的特征(20%);干净天则多为高估结果,最高的误差频率出现在0~0.1区间.     

基于PASS-3的南京北郊气溶胶光学特性观测研究

利用三波长黑碳光声光度计(PASS-3)对南京北郊气溶胶的光学特性进行观测研究.先对PASS-3测量的气溶胶的散射和吸收系数进行校准,再用传统测量气溶胶光学特性的TSI 3563积分浊度仪和AE-31黑碳仪对PASS-3的可靠性做了验证,最后利用PASS-3对南京北郊春季气溶胶开展了为期17d的外场观测.结果表明,PASS-3与TSI3563积分浊度仪对气溶胶散射系数的测量结果和AE-31黑碳仪对吸收系数的测量结果的相关性较高.观测结果表明,南京北郊春季气溶胶散射系数的平均值略高于国内其他观测点的相应值,而吸收系数平均值则低于相应站点,二者的日变化都呈双峰特征;532nm处单散射反照率(ω532)在7:00和19:00出现极小值,其平均值为(0.89±0.04);气溶胶ngstrm散射指数上午出现极小值,下午开始增大,而ngstrm吸收指数则没有明显的日变化特征,二者观测期间平均值分别为(1.50±0.31)和(1.29±0.59).分析表明,风速、相对湿度等气象因素以及观测点周边污染源的分布特点是造成南京北郊春季气溶胶光学特性变化的主要因素.     

南宁市地基遥感气溶胶光学厚度与?ngstr?m指数研究

利用CE318地基观测的光学特性数据,反演南宁市气溶胶光学厚度、?ngstr?m波长指数α、浑浊度系数β,对光学特性的月、季节、日变化以及典型天气作了分析,并利用图解法研究南宁市气溶胶分类,加深对该地区气溶胶认识的同时也为南宁市气溶胶研究提供参考。结果表明:(1) AOD最高值和最低值分别出现在3月份、8月份,年平均值为(0. 53±0. 09),春季的AOD最高,夏季最低。AOD日变化曲线较平稳,且值较大的一天与PM2. 5、PM10走势一致。AOD高值区(AOD0. 7)与海盐型气溶胶及细模态气溶胶吸湿增长有关。(2)α最大和最小值分别出现在4月和6月份,年平均值是(1. 34±0. 08),春季的α最高,秋季最低,气溶胶粒子中细粒子占主导作用,南宁市属城市—工业型气溶胶。(3)β最高值和最低值分别出现在11月份、8月份,年均值是(0. 22±0. 02),曲线变化走势和AOD一致,β值在0. 2左右,说明空气有污染但还是比较清洁的。     

兰州大气气溶胶的太阳光度计观测分析

利用2006年春冬两季在兰州及其市郊皋兰山的CE318型太阳光度计观测资料,分析了市区内与山上的气溶胶光学厚度(AOD)。通过研究发现,兰州气溶胶光学厚度的主要影响因子为大气稳定度;而气溶胶波长指数的主要影响因子为地面水平风速。市区AOD日变化呈现峰型和平稳型,山上为峰型和谷型。市区的AOD平均值显著大于山上;市区与山上的AOD平均日变化都为冬季大于春季。市区上空的大部分气溶胶集中在600m以下的高度层中,春季这一气层的气溶胶对总AOD的贡献率为71.4%,冬季为74.6%。山上气溶胶粒子半径冬季小于春季;市区上空春季气溶胶粒子以沙尘为主;冬季气溶胶粒子以烟尘排放为主。     

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.     

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.     

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。     

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。     

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.     

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.     

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。     

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。     

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资料遥感黄土高原半干旱地区气溶胶光学厚度

借助6S辐射传输模式,模拟了MODIS红、蓝、中红外通道的表观反射率在不同气溶胶类型下对地表反射率和气溶胶光学厚度的敏感性试验.利用Kaufman扩展的暗像元方法反演了黄土高原半干旱地区晴空天气条件下的2.5 km高分辨率气溶胶光学厚度,选取的10天反演结果有6天的相对误差较小,在16%以下,绝对误差小于0.05的有7天.反演的10天资料中,兰州大学半干旱气候与环境观测站与之对应的CE-318观测资料的光学厚度平均值为0.2226,反演的平均值为0.2170,反演结果较合理.将反演结果与CE-318观测资料和NASA发布的气溶胶产品进行了对比,显示反演结果与NASA发布结果的空间发布存在一致性.