从光谱或宽带太阳总辐射反演气溶胶一次散射反照率研究

提出一个应用光谱或宽带太阳总辐射反演气溶胶折射率虚部和一次散射反照率（SSA）的新方法,它在原理上是基于漫辐射分量对SSA的敏感性．通过数值模拟分析了辐射误差,气溶胶光学厚度（AOD）和谱分布误差,水汽含量误差和平面大气假设所引起的SSA反演误差．如模拟结果所示,对于文中建议的AOD下限,如果辐射资料误差分别在±2％和±5％以内,SSA误差在±0．029和±0．07以内;如果AOD误差在±10％以内,SSA误差在±0．041以内．实际AOD越大,SSA反演精度越高．文中还把从北京气象台站总辐射资料反演的SSA与AERONET北京站的SSA产品进行比较．对4个AERONET波长,应用本方法的SSA平均值对AERONET结果的最大偏差为0．032;均方根偏差都在0．052以内．两者有较好的吻合．     

利用风云2C静止卫星可见光资料反演气溶胶光学厚度

探讨利用中国风云2C静止卫星可见光资料反演气溶胶光学厚度(AOD)的数值方法。通过计算一个月中每日同一时刻平均地表反射率来降低地表反射率估计的随机性, 讨论了该方法中对清洁天AOD值的不同假设对结果的影响。将2008年5月由风云2C可见光资料反演得到的AOD产品分别与东亚6个AERONET站点的AOD产品和MODIS的AOD产品进行了比较, 分析了风云2C卫星的AOD产品算法的误差来源和降低误差影响以及改善产品质量的方案。结果对比表明, 在东亚地区利用风云2C可见光资料反演的AOD产 品可以展示气溶胶的分布样式, 但是目前的算法高估了中国西南部地区和低纬度一些地区的AOD值而低估了中国东部地区的AOD值。     

基于WRF-Chem的AOD预报在一次沙尘天气中的研究

气溶胶光学厚度(AOD)是表征大气气溶胶光学特征的最基本量;它可以用来推算大气气溶胶含量,是确定大气气溶胶辐射气候效应及大气污染程度的关键因子。利用WRF-Chem数值模式对我国北方2010年3月19~23日的一次沙尘天气过程进行了模拟分析,主要分析了模式对于AOD的预报能力。结果表明:模式对于气溶胶光学特性具有较好的模拟能力,模拟结果中AOD、PM2.5、PM10的时空分布具有很好的一致性。通过与MODIS AOD卫星资料和地基AERONET观测网站点实测数据进行对比分析,发现AOD模拟结果与卫星产品和站点实测数据较吻合,模式24 h预报能够较好地体现AOD随时间的变化特征。     

利用AERONET数据分析北京城乡气溶胶光学特性

选取气溶胶自动观测网(AERONET)北京站和香河站2006-2017年第3版的数据,对比气溶胶光学厚度(AOD)、波长指数AE、可降水量、单次散射反照率、气溶胶散射光学厚度、气溶胶吸收光学厚度、激光雷达比LR、退偏比DR和球形分数SF的季节变化与日变化.香河站的AOD、AE和可降水量均大于北京站,两站在气溶胶吸收特性...     

兰州地区MODIS气溶胶光学厚度和空气污染指数相关性研究

利用2009年1 12月兰州地区的MODIS气溶胶光学厚度产品与全球自动观测网(AERONET)SACOL站(104.08 E,35.57 N)数据进行对比分析,相关系数达到0.82,线性拟合的斜率为1.13,截距为0.07,表明MODIS AOD能反映兰州地区气溶胶分布的信息.利用MODIS AOD产品与兰州市空气污染指数做相关分析,二者的相关程度较低.在进行湿度影响因子、气溶胶标高订正后,二者相关性有了较为显著的提高,说明MODIS AOD产品可应用于监测兰州地区大气污染情况.     

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.     

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。     

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。     

基于地基观测订正的MODIS AOD反演四川盆地PM_(2.5)时空分布特征

依据AOD与PM_(2.5)质量浓度的关系,利用TERRA卫星的MODIS AOD资料、中国区域气溶胶特性综合联网观测与研究计划和中国地区太阳分光观测网的地基数据,研究了四川盆地MODIS AOD精度及2017年研究区域17个市县级站点PM_(2.5)质量浓度的反演问题.结果表明,重庆、盐亭、贡嘎山站点地基观测AOD与MODIS AOD的线性相关系数分别为0.64、0.86、0.87,满足美国国家航空航天局精度要求,且与PM_(2.5)质量浓度呈较高的线性相关,由此构建了四川盆地订正后的AOD与PM_(2.5)质量浓度的拟合方程,反演了2017年四川盆地分辨率达到县级城市的PM_(2.5)质量浓度空间分布,年均质量浓度为38.7μg/m3,呈现盆地中部高、四周低的空间分布格局,与仅用地市级分辨率的实际PM_(2.5)质量浓度监测数据研究得到的四川盆地2017年平均PM_(2.5)质量浓度50.8μg/m3相比,发现仅用地市级站点的实际PM_(2.5)质量浓度监测数据反映四川盆地区域污染状况会造成明显高估现象.     

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.     

利用MODIS遥感大气气溶胶及气溶胶产品的应用

介绍了利用EOS卫星上MODIS传感器遥感大气气溶胶光学厚度(AOD)的技术,总结了作者利用MODIS资料进行的研究工作,包括利用太阳光度计的地面观测进行MODIS 10 km分辨率Level 2气溶胶产品的校验、利用该产品分析我国陆地上空气溶胶光学厚度分布特征、1 km高分辨率气溶胶光学厚度反演、气溶胶光学厚度产品应用于大气污染的分析等.证实MODIS遥感手段获取气溶胶分布,不仅为全球和区域气候变化研究提供了基础数据,而且也为区域环境大气污染的研究提供了新工具.     

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CALIPSO卫星数据的中国典型区域气溶胶特性

为评估气溶胶的直接和间接辐射强迫,利用CALIPSO卫星2级产品,分析了中国气溶胶光学厚度(AOD)的季节空间分布、季节光学属性及其垂直分布特征,结合AERONET观测数据,对气溶胶的季节光学属性进行了验证.结果表明,塔克拉玛干沙漠和青藏高原的退偏振比(PDR)和色比(CR)值最大,东北平原、四川盆地、华北平原和长江三角洲的PDR和CR值最小,黄土高原的PDR和CR值居中,珠江三角洲的PDR值与污染地区一样大,CR值较高.春季沙尘被传输至对流层中部及以上,夏季强烈的垂直对流活动使大量气溶胶被从边界层内带至自由对流层;秋冬季稳定的气象条件使大量气溶胶滞留在边界层内,冬季地面1.5 km内AOD与总AOD的比值及消光递减率均达到了最大值48.25%和0.13 km~(-2),污染严重的地区在边界层内的消光递减率比污染程度轻的地区大.     

华北地区气溶胶的季节垂直分布特征及其光学特性

利用CALIPSO卫星2级产品,分析了华北地区不同污染条件下气溶胶光学厚度(AOD)的时空分布特征,气溶胶的季节成分比例及其光学属性和垂直分布特征.结合AERONET观测数据,对气溶胶的季节光学属性进行了验证.结果表明,华北地区AOD高值区分布于海拔较低的平原地带,低值区主要位于海拔较高的山地丘陵;夏季AOD最大,春季最小;能见度大时AOD小,能见度小时AOD大.华北地区气溶胶以人类活动产生的气溶胶为主,但在春季、秋季、冬季受来自北方的沙尘影响显著;春季退偏振比和色比值最大,夏季最小.春季沙尘被长距离传输至对流层中部及以上区域,夏季强烈的大气垂直对流活动使得大量气溶胶从边界层内被带至自由对流层,秋冬季稳定的气象条件使大量的气溶胶滞留在边界层内.     

基于GF-4数据的杭州城区大气AOD监测研究

以杭州市8区为研究区,利用高分四号卫星数据,基于暗目标算法和地表反射率数据库相结合的算法,分别对2016年9月2日、2016年9月3日、2016年12月31日和2017年7月26日4个时相的气溶胶光学厚度进行反演,在此基础上分析杭州市AOD的分布特征,并结合M ODIS标准陆地气溶胶产品和地基观测数据进行精度验证,同时...     

兰州市大气气溶胶的太阳光度计观测分析

利用春冬两季分别架设在兰州市与兰州市郊皋兰山的CE318型太阳光度计资料分析山谷内与山顶的气溶胶光学厚度(AOD)差别,研究兰州市特殊地形影响下的AOD变化情况、以及气溶胶粒子的主要类型.市区AOD日变化可分为市区峰型和平稳型,山上为峰型和谷型.AOD平均日变化在市区与山上是冬季大于春季,市区大于山上.市区上空的大部分气溶胶集中在600 m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48%,冬季为60%,冬季大于春季.山上气溶胶平均粒径冬季小于春季,冬季气溶胶粒子以细粒子为主,春季气溶胶粒子以粗粒子为主.     

东亚典型站点混合型气溶胶光学特性和辐射效应对比

根据东亚地区沙尘传输路径上人为污染程度的不同,选取AERONET典型站点SACOL、Beijing和Gwangju_GIST站的观测数据,结合SBDART辐射传输模式,对比分析了东亚地区混合型气溶胶的光学特性、辐射效应以及不同程度大气污染对气溶胶混合的影响.结果表明,与沙尘气溶胶和人为气溶胶相比,东亚混合型气溶胶吸收能力最强,特别在可见光波段,导致地表冷却和大气加热效应加强,大气层顶冷却效应减弱. Beijing站比SACOL、Gwangju_GIST站混合型气溶胶浓度更高,吸收能力更强,地表冷却和大气加热效率更强,大气层顶冷却效率更弱.粗模态沙尘气溶胶与细模态人为气溶胶对于混合型气溶胶的生成和辐射吸收能力的增强都有着极为重要的作用.混合型气溶胶在东亚区域重污染(雾霾)过程中有重要作用.     

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.     

张掖地区春季大气气溶胶的光学特性

利用2008年4-6月份张掖气候观象台CE-318的观测资料,结合同期PM₁₀质量浓度和地面常规气象资料,分析了气溶胶光学厚度AOD,Angstrom指数和PM₁₀质量浓度的时间变化特征,讨论了AOD与气象要素的关系以及AOD与PM₁₀质量浓度的相关性.结果表明,观测期间AOD与浑浊度系数β的日均值变化趋势较为一致,与波长指数α呈较弱的负相关.AOD大致存在四种日变化形式:1)平缓稳定;2)早晚低,中午较高;3)早晨低,傍晚高;4)早晨高,傍晚低.观测点受西北（偏北）风控制时,AOD易出现较高值,相对湿度的变化对AOD大小影响不明显.日平均情况下AOD和PM₁₀质量浓度的相关系数R²为0.735 9,大于小时平均情况下的0.4035.     

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11.64~25.34μg/m3(PM2.5)和24.64~91.64μg/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。