基于偏振数据反演北京地区气溶胶光学厚度及其时空特征的研究

利用POLDER偏振资料反演了北京市2005～2010年的气溶胶光学厚度,并利用AERONET北京站点提供的观测资料证明了结果的可靠性,通过对反演结果的统计和对比分析研究了气溶胶光学厚度的时间及空间变化特征.结果表明,在空间上,气溶胶光学厚度表现为东南部较高,西北部相对较低,呈现出由东南向西北降低的趋势.在时间上,研究时段内气溶胶光学厚度随着时间的推移呈降低趋势;不同月份的气溶胶光学厚度也有较明显的差异,在7月达到全年中的峰值,为0.65,11月达到最低值0.2;不同季节的气溶胶光学厚度表现为春夏季节大于秋冬季节,夏季最大,秋季最小.     

中国区域MODIS三个版本气溶胶产品的对比研究

准确获取气溶胶光学厚度对于气候变化研究和大气环境监测具有重要意义,卫星反演气溶胶光学厚度的产品较多,开展不同气溶胶光学厚度产品间的对比研究,可为用户选择适合的气溶胶光学厚度产品提供重要依据。应用地基气溶胶观测网AERONET提供的气溶胶光学厚度数据,分析了MODIS气溶胶产品对中国区域四种典型下垫面的适用性。通过对比发现：在中国区域,城郊、森林、湖泊下垫面气溶胶光学厚度反演算法中第六版本最优,城市下垫面气溶胶光学厚度反演算法中第五版本最好。研究结论可为中国区域的MODIS气溶胶产品选择提供参考。     

青海德令哈大气气溶胶光学特征及可降水量分析

大气中气溶胶光学厚度和可降水量情况为天文选址提供必不可少的评价依据,为天文观测提供重要参考。利用DTF型太阳辐射计对青海德令哈进行观测,获得2013年9月至2015年1月晴天无云条件下的观测结果,进而得到该地区观测期间气溶胶光学厚度、Ångström指数和大气可降水量的日变化与季节变化特征。该地区的气溶胶光学厚度和可降水量日变化类型较多,可分为六种,有一定的季节性特征。不同季节中,秋季气溶胶光学厚度最小,其他季节相当,而可降水量在夏季最大,明显高于其他季节。Ångström指数春季最小,夏季和秋季次之,冬季最大。总体来说青海德令哈的气溶胶光学厚度和可降水量都较小,大气较干净稳定,适合天文观测。     

典型类型气溶胶散射特性的计算分析

利用云和气溶胶粒子光学特性软件包,对陆地型、海洋型和极地型三种、九类典型气溶胶粒子的散射光学特性进行了数值分析,对比分析了每种类型不同成分对气溶胶粒子体系散射特性的影响,建立了气溶胶散射光学厚度与激光波长、相对湿度的定标关系。对不同类型的气溶胶,气溶胶散射光学厚度随波长的幂指数衰减规律适用范围不同;成分的差异对气溶胶散射光学厚度随波长和相对湿度的变化规律影响较大。根据建立的气溶胶散射光学厚度与波长、相对湿度的定标规律,可为研究非均匀气溶胶粒子体系等效光学特性和激光工程应用提供参考和依据。     

德令哈和合肥地区气溶胶光学厚度季节变化特征分析

利用POM02太阳光度计测得的数据反演得到气溶胶光学厚度和波长指数,选择晴好天气下德令哈和合肥地区的大气气溶胶光学厚度和波长指数数据进行统计分析。得到两地气溶胶光学厚度与波长的季节变化关系,并对气溶胶光学厚度的月变化特征进行分析,得到了两地波长指数、浑浊度系数、气溶胶光学厚度等参数的变化特征,这对研究两地气溶胶光学特性有一定的参考意义。     

中国东部典型城市群AOD时空演变及预测

为精准预测我国东部典型城市群的气溶胶光学厚度(AOD),基于2010-2019年MODIS数据,分析了京津冀、长三角、珠三角区域之间以及区域内部的AOD时空差异特征,构建了小波变换与BP神经网络相结合的AOD预测模型,并对典型城市群AOD进行了预测.研究结果表明:1)各城市群气溶胶浓度峰值均出现在夏季,京津冀地区AOD...     

基于DPC的中国部分区域陆地气溶胶光学厚度反演

大气气溶胶是气候变化与遥感定量化等的重要影响因素,研究气溶胶光学特性具有重要意义.基于高分五号卫星搭载的大气气溶胶多角度偏振探测仪(Directional polarimetric camera,DPC)过境中国区域的数据,开展了气溶胶光学厚度的反演研究.基于矢量辐射传输模型6SV计算构建气溶胶光学特性查找表,采用Ro...     

气溶胶粒子特性和垂直分布对辐射的影响

数值模拟了在给定条件下气溶胶粒子群平均有效半径和折射率虚部不同时大气层顶的反射强度和到达地面的透射强度,以及不同气溶胶垂直分布对各高度层的反射、透射强度和辐照度的影响。结果表明,当大气气溶胶光学厚度相同时,气溶胶垂直分布对15 km以下的反射和透射辐射影响较大;气溶胶粒子群平均有效半径和折射率虚部越小,大气层顶的反射强度和到达地面的透射强度越大。因此,对于准确地计算大气辐射不仅需要考虑气溶胶总光学厚度,还需考虑气溶胶粒子群的平均有效半径、复折射率和气溶胶垂直分布;计算中若只使用气溶胶模型中的经验值会带来较大误差。     

太阳光度计校正系数对气溶胶光学厚度测量误差的影响

分析了太阳光度计测量大气气溶胶光学厚度时,由于校正系数的不确定性而产生的误差.利用推导的误差分析公式,模拟了校正系数在不同相对误差的情况下导致的气溶胶光学厚度的绝对误差;模拟结果显示,校正系数的相对误差小于+2%时可以满足气溶胶光学厚度的测量精度.     

内陆和沿海地区大气气溶胶标高的测量分析

在大气气溶胶粒子浓度随高度指数下降的假定下,气溶胶标高反映了大气边界层气溶胶的特征厚度。为了得到气溶胶标高随时空、季节和地域变化情况,根据整层大气光学厚度和近地面水平能见度的测量结果,分析了内地和沿海地区气溶胶标高的实际变化,初步得到了气溶胶标高随时间、地域及季节改变的规律。     

秸秆焚烧对中国东部气溶胶时空格局的影响

利用2001-2009年期间的MODIS遥感数据,结合地面能见度资料和近地面风场资料,通过个例和统计分析了我国东部地区6月份的气溶胶时空格局及其成因。结果表明： 1）MODIS监测的火点主要分布在32°N -35°N东西向带状区域内,气溶胶光学厚度（AOD）的高值区和监测到的火点高发区有着较好的空间对应关系。6月受到秸秆焚烧的影响,整个东部地区的AOD达到全年最高。此外,地形和人类活动共同决定了东部地区气溶胶的分布格局。2）安徽地区的能见度、霾日数以及AOD的逐月变化关系表明,6月份夏收季节大量焚烧秸秆,造成空气中颗粒物浓度升高,配合相应的气象条件使得整个东部地区的AOD均有所上升。这进一步加重了东部地区的空气污染,形成了严重灰霾天气,从而导致能见度下降。3）我国东部地区6月份AOD的时空变化（特别是年际变化）与近地面风场时空变化密切相关：风速大值区,污染物容易扩散,AOD相对较低;风速小值区,即气流停滞区,水平扩散条件不好,污染物浓度容易升高,AOD相对较高。     

2004–2018 年间中国区域气溶胶时空变化特征研究

基于 2004–2018 年 MODIS 长期观测的气溶胶日产品 MOD04 L2, 利用线性倾向估计法和 AOD-AE 气溶胶类 型划分法, 得到中国区域长时间序列的气溶胶光学特性与气溶胶类型的时空变化规律。研究表明, 在此期间: (1) 550 nm 处气溶胶光学厚度 (AOD) 高值分布在海拔较低、人口密集、工业发达的大城市群, 低值分布在人烟稀少、植被覆 盖度高的山区和草原; Ångstrom ¨ 波长指数 (AE) 高值分布在四川盆地边缘、贵州等地区, 低值分布在西北沙漠地区。 (2) 中国 73% 的地区 AOD 呈减小趋势, “胡焕庸线”东部的 AE 整体也呈减小趋势, 且 AOD 与 AE 均在 2014–2018 年期 间明显减小。 (3) 在季节变化趋势方面, AE 与 AOD 基本相反, 城市工业型气溶胶与 AOD 相同, 而清洁大陆型气溶胶 与 AOD 相反。 (4) 清洁大陆型气溶胶占比在 2014 年之后逐年递增, 说明中国空气质量逐渐改善。     

基于MODIS数据的西北地区气溶胶光学厚度和Angström波长指数的研究

利用MODIS C6产品分析2006～2015年西北地区气溶胶光学厚度(aerosol optical depth, AOD)与Angström波长指数的时空分布特征及相互关系。结果表明：塔克拉玛干沙漠和陕西关中地区为气溶胶光学厚度高值区,青海和甘肃南部为AOD低值区,西北地区东部为Angström波长指数高值区,北疆地区Angström波长指数空间分布差异较大;西北地区年均AOD为0.208±0.011,年均Angström波长指数为1.185±0.025,2010～2015年AOD呈下降趋势,2008～2015年Angström波长指数呈上升趋势。AOD与Angström波长指数存在相反的季节变化关系,AOD春季最大,秋季最小,Angström波长指数与之相反。AOD月均最大值出现在4月,为0.35±0.038,10月份最小,为0.13±0.009,Angström波长指数12月份最大,为1.34±0.035,4月份最小,为0.97±0.054; AOD与Angström波长指数呈负相关,春季的相关性最大,为-0.77,冬季的相关性最小,为-0.28。对不同季节气溶胶光学厚度与Angstrom波长指数的相关性进行分析,结果说明西北地区全年粗、细粒径气溶胶粒子都占有一定比例,主要以小粒径的烟雾粒子为主,沙尘气溶胶粒子也占有一定比例,人为气溶胶排放从春季到冬季不断上升。     

基于聚类分析的气溶胶光学厚度时间变化特征研究

利用2008年3月$\sim$2018年2月中分辨率成像光谱仪(Moderate resolution imaging spectroradiometer, MODIS) MOD08M3遥感 反演气溶胶光学厚度(Aerosol optical depth, AOD)产品数据,结合K-means聚类分析方法,对中国中部和东部的气溶胶光学厚度 时间序列进行分析。结果表明: 1)从像元尺度分析气溶胶光学厚度的时间序列变化特征,避免了规律混杂问题,得到了准确的变化 规律和波动尺度。2)在年际间变化尺度上得到4个分区结果, AOD长期变化情况受人口分布的因素影响较大。3)在季节间变化尺度 上得到9种变化类型区,分别是:华北平原区、长江中下游区、高原山脉区、云贵区、兰州-银川-阿拉善盟区、四川盆地区、关中 陕南区、两广-湖南南部-江西南部区、东南沿海区,同时由一些变化分区的地理位置得到了该区AOD季节性波动的主导影响因素。 这些结果有助于研究AOD时间序列的准确变化和东部地区的气候环境。     

基于MAX-DOAS的对流层NO2和气溶胶光学厚度遥测反演

随着全球工业化速度加快和人口的增多,大气环境问题日益突出,NO2和气溶胶在大气化学中扮演着重要的角色。地基多轴差分吸收光谱技术（MAX-DOAS）基于被动DOAS原理,近年来已成功应用于大气痕量气体柱浓度和气溶胶光学厚度（AOD）测量方面。本文基于被动DOAS算法对合肥秸秆燃烧期间NO2柱浓度以及气溶胶光学厚度进行了观测,并把对流层柱浓度和臭氧监测仪(Ozone Monitoring Instrument, OMI)结果进行对比;测量的气溶胶光学厚度和太阳光度计（CE318）进行了对比。结果表明,MAX-DOAS测量结果要高于卫星值,11月6日MAX-DOAS测量NO2柱浓度日均值为OMI的1.9倍;二者在无云条件下一致性较好;MAX-DOAS反演AOD和太阳光度计结果相关性在0.9以上。     

星载激光雷达观测东中国海气溶胶时空分布的统计特征

基于2006年6月至2016年12月期间CALIPSO星载激光雷达卫星观测资料,分析了东中国海的渤海、黄海和东海海域的气溶胶时空分布特征。结果表明:（1）三个海域的主要气溶胶构成都是清洁海洋型、沙尘型和污染大陆型三种类型气溶胶,三者百分比之和均达到目标海域气溶胶成分的90%,而具体占比最大、起主导作用的气溶胶类型在不同海域并不相同;（2）三个海域随着高度升高气溶胶整体均为指数衰减趋势,其中4 km高度以下各气溶胶类型变化显著,4 km以上区域均只剩下沙尘型、污染沙尘型和煤烟型的气溶胶存在;（3）几乎所有气溶胶类型都会随着月份和季节上的更替变化而变化,春季各海域都是沙尘型气溶胶占比最大,夏季清洁海洋型气溶胶影响最明显,秋季和冬季期间东海地区以清洁海洋型气溶胶为主,而渤海和黄海均是沙尘型气溶胶为主。     

2021 年春季沙尘传输对徐州地区气溶胶演变影响分析

沙尘气溶胶对局地大气环境具有显著影响, 本工作基于 2021 年 3 月中国东部卫星和地基遥感观测资料, 以沙 尘传输过程中上下游的两个城市北京和徐州为主要研究区, 分析了两地气溶胶环境的阶段性变化特征和驱动因子。 结果表明: (1) 连续两次大型沙尘暴均来源于蒙古地区, 并受冷空气驱动影响中国东部地区, 第一次沙尘在江苏腹地进 入黄海, 第二次沙尘在江苏省附近受西南暖风影响发生沙尘回流现象造成持续污染。 (2) 沙尘以粗颗粒物为主, 使得近 地面层 PM10 浓度急剧提升至背景值的 20 倍、 PM2:5 提高至 3 倍。处于下游的徐州地区比上游的北京地区两次 PM10 峰值均低 500 µg·m−3, 且时间延后 12 小时。 (3) 沙尘过境前徐州背景气溶胶以散射性细颗粒物为主, 气溶胶光学厚度 (AOD) 小于 0.5, 单次散射反照率 (SSA) 约等于 0.99。到达徐州地区的沙尘漂浮在 2∼ 4 km 高空层并随重力作用与地 面层气溶胶混合, 使得 AOD 瞬间提升至 1.5 以上, 24 小时后开始逐步由沙尘主导过渡到本地污染物粒子主导 (气溶胶 退偏比从大于 0.25 降至 0.1 以下)。本次沙尘中部分颗粒物成分对 440 nm 光谱吸收性较强, 与沙尘来源有关。     

利用太阳光度计进行北京地区气溶胶光学性质研究

利用2011年到2014年北京太阳光度计数据对北京地区的气溶胶光学特性进行了研究。北京地区气溶胶光学厚度（AOD）全年较高,四年440nm波长的AOD年均值分别是0.67±0.70,0.69±0.71,0.73±0.66,0.75±0.66。AOD月均值表现出一定的季节变化,最大值和最小值一般出现在春季和秋季。通过气溶胶类型分类可知,除了春季受沙尘大颗粒气溶胶影响外,北京地区高气溶胶主要是由城市细粒子气溶胶引起,且四季小粒子增长现象明显,其中夏秋季主要为吸湿性增长,其他季节主要为静稳天气下的增长。通过对比沙尘和霾天气下气溶胶性质进行对比,结果表明:霾天气下AOD一般高于沙尘天气。Hysplit风场后向轨迹模型结果表明,沙尘天气下气团为穿过蒙古草原和沙漠的西北风场。在灰霾天气下风场风速较小且主要以东南和西南风场为主,高气溶胶状态为本地积累和外来输送共同作用产生。     

基于CALIOP和MODIS数据的气溶胶时空分布特征对比分析

利用两个AERONET站点（Hangzhou_ZFU、SACOL）的Level 2 气溶胶光学厚度（aerosol optical depth, AOD）数据对比验证CALIOP Level 2 AOD数据。结果表明：Hangzhou_ZFU、SACOL站的相关系数为0.87、0.85,回归方程的斜率为0.76、0.92,这表明CALIOP AOD与AERONET AOD显著相关,在这两个站点及附近区域具有适应性。基于2008~2015年无云条件下的CALIOP Level 3月气溶胶产品和同期的MODIS Terra/Aqua Level 3月气溶胶产品,对比分析中国东南和西北区域气溶胶光学厚度（aerosol optical depth, AOD）时空分布特征。分析表明：中国东南区域AOD季节与空间变化明显,AOD高值主要分布在长三角、珠三角等地,且夏季最高、春季次之,秋冬季相当。MODIS AOD月均值保持在在0.25~0.8之间,且与CALIOP 夜间AOD值接近,但与CALIOP白天AOD值差异较大,最大相差值可达0.45。中国西北区域两种卫星获取的AOD值空间分布非常相似,其高值区都位于塔里木盆地、准格尔盆地和柴达木盆地;AOD值春季最高,夏季减少、冬季次之、秋季最低;MODIS AOD值波动显著且普遍高于CALIOP AOD值。