基于OMI数据的中国中部平原地区NO2对流层柱浓度2007～2014年时空变化特征分析

利用OMI（Ozone Monitoring Instrument）NO₂ 2级数据产品通过采用面积权重得到OMI NO₂对流层柱浓度网格化分布,研究了中部地区3个代表性区域（工业集中区域,黄河流域,以及农业区域）2007²014年NO₂柱浓度时空分布特征.结果表明,NO₂对流层柱浓度年均值在2009年最小,2013年最大,2014年相对2013年降低大于25%.同时分析了典型时间段（中国农历新年2月以及秸秆焚烧6月）内3个区域NO₂柱浓度变化特征,2月期间3个区域柱浓度都有不同程度的下降,6月农业区NO₂柱浓度上升约80%.NO₂柱浓度相对变化率进一步反映了3个区域NO₂柱浓度近8年内的变化特征,2008年年中至2009年年中工业区域以及沿河流域NO₂柱浓度相对往年同期都有高于15%的下降而农业区没有体现,但2014年以后3个区域NO₂柱浓度都出现明显下降,下降比例都在20%以上.     

基于OMI数据2005～2012年中国区域SO2时空变化特征研究（英文）

利用OMI传感器获取了2005²012年中国区域内的SO₂柱浓度变化数据,并基于MODIS传感器获取了中国区域内的下垫面土地利用类型数据.应用空间分析的方法,分别分析了中国区域内的SO₂柱浓度与时间的空间关联特征,以及与土地利用类型的空间关联特征.通过研究发现,从空间和时间区域来说,乌鲁木齐、京津冀、长江三角洲、四川盆地和珠江三角洲为SO₂高浓度区;北方地区SO₂浓度冬高夏低且峰值呈现逐年上升的趋势,南方地区则呈现SO₂浓度夏高冬低的特点.从土地利用来说,城市和耕地上空的SO₂浓度较高,森林、草地和裸地上空的浓度较低.研究结果表明,人类活动在行星边界层SO₂分布和浓度变化中起关键作用.     

基于OMI卫星数据结合车载DOAS技术修正的NOx排放通量估算

与搭载在EOS AURA卫星上的OMI（Ozone Monitoring Instrument）探测器相比,由车载被动差分吸收光谱（differential optical absorption spectroscopy,DOAS）技术获得的NO2柱浓度数据空间分辨率更高,因而能够更准确的反映出NO2时空分布情况,利用OMI NO2 Level2数据产品重构2013年6月石家庄及周边区域的NO2柱浓度分布,结合风场数据分析NO2柱浓度沿风场方向的空间分布,同时,使用车载被动DOAS系统对西南通道即石家庄-保定-北京路段进行走航观测,获取车载DOAS NO2柱浓度分布数据,使用指数修正高斯（exponentially-modified Gaussian,EMG）拟合方式,分别拟合OMI NO2 数据和经过地基DOAS数据修正后的OMI NO2 数据得到NOx排放通量分别为195.8 mol/s、160.6 mol/s。经过地基DOAS数据修正的NOx排放量小于卫星估算值,可能是由于卫星的空间分辨率较低导致的。     

基于MAX-DOAS观测的淮北冬季NO2变化特征

基于2018年12月8日~12月31日淮北地区多轴差分吸收光谱技术(MAX-DOAS)获得的太阳散射光谱观测数据,反演了该地区NO2对流层柱浓度, 并分析了冬季不同天气下NO$_2$浓度日变化特征。观测结果表明NO2浓度高值出现在12月18日~12月27日期间,日均值最大值6.83×10¹⁶ molecules/cm²出现在12月27日,约为日均值最低值的2.9倍。结合风场轨迹模型研究了不同大气条件下的风场,发现在NO2浓度较低时段主要为 偏北风场, NO2浓度高值时段偏南风场增加,表明城区产生的污染向观测区域进行了输送。将MAX-DOAS结果与OMI卫星结果进行了 对比,发现两者具有较好的一致性(R²=0.88)。     

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。     

基于MAX-DOAS 的淮北地区NO2柱浓度观测研究

基于多轴差分吸收光谱技术 (MAX-DOAS) 反演 NO2 柱浓度的方法, 构建了相应的地基 MAX-DOAS 系统, 开 展了 NO2 柱浓度变化特征的观测。反演中选取天顶方向的光谱作为参考光谱, 通过非线性最小二乘法反演出 NO2 斜柱浓度 (SCD), 结合不同观测方向的斜柱浓度得到 NO2 差分斜柱浓度 (dSCD), 再利用几何近似法得到大气质量 因子 (AMF), 最终获取 NO2 垂直柱浓度 (VCD)。于 2019 年 6 月至 2020 年 5 月在淮北地区开展了为期一年的外场 实验, 研究结果表明淮北地区 NO2 VCD的月均值在观测期间内呈现倒“U”型变化, 在 12 月份达到最高值 2.13×1016 molecules·cm−2, 在 8 月份达到最低值 5.23×1015 molecules·cm−2。将 MAX-DOAS 观测结果的日均值与 OMI 卫星 (云 系数分别为 0 < FeC ≤ 0.1 和 0 < FeC ≤ 0.3) 测量结果进行对比, 发现两者具有较好的相关性 (R2 = 0.88, R2 = 0.90), 表明 MAX-DOAS 不仅可以准确反演出 NO2 垂直柱浓度, 还可以验证卫星数据。     

基于EMI 观测的珠三角地区对流层NO2 柱浓度时空变化特征分析

珠三角城市群作为我国最具发展活力的都市经济圈之一, 近年来经济发展势头迅猛, 但与此同时, 珠三角地区 大气污染问题也引起了广泛关注。在众多大气污染监测手段中, 卫星遥感方法具有观测范围广、观测种类多、可长 期连续观测、成本低等优点。 EMI (Environmental trace gases monitoring instrument) 是我国首台星载大气监测光谱仪, 于 2018 年 5 月 9 日搭载于高分五号 (GF-5) 卫星发射运行, 已广泛应用于中国和全球众多区域的大气污染物空间分布 与时间变化监测, 对于我国卫星高光谱遥感反演算法的研发和大气污染防治具有重要意义。本文基于 EMI 遥感数据 和中国科大的卫星遥感产品, 分析了珠三角地区 2019 年 1–8 月期间对流层 NO2 柱浓度时空变化特征。结果表明: (1) 在 2019 年 1–8 月期间, 珠三角地区对流层 NO2 柱浓度整体呈现“内凹型”特征, 表现为 1–6 月呈下降趋势, 7–8 月呈上 升趋势; (2) 珠三角地区的主要 NO2 污染重心集中在佛山市中部, 以及珠江入海口沿海海岸, 在 1–8 月期间, NO2 污染 源重心不断由佛山市中部向深圳及香港特区方向移动; (3) 珠三角地区对流层 NO2 柱浓度分布与城市的经济状况、产 业结构、常住人口数量及机动车保有量具有一定的相关关系, 其中, 城市的整体经济状况与第二产业占比对于其对流 层 NO2 柱浓度影响较大, 因此各地在大气污染防治中需注意当地经济状况的发展及产业结构的持续优化。     

APEC期间京津冀地区污染物变化特征分析

利用中国环境监测总站发布的2013年11月1日~2014年12月12日污染物实时浓度数据,分析了京津冀地区污染物变化特征。结果显示：PM2.5、PM10、SO2、NO2和CO浓度年平均值分别为95.3, 163.9, 54.7, 48.9 μg/m3, 1.5 mg/m3;五种污染物浓度都表现出冬季高夏季低的季节变化特征,但不同污染物在不同的月份又有其特殊的变化特征。APEC期间京津冀地区PM2.5、PM10、SO2、NO2和CO平均浓度分别为66.1, 123.7, 33.2,、48.5 μg/m3, 1.2 mg/m3。APEC期间京津冀地区PM2.5浓度是APEC前后一个月的60.1%、59.4%;APEC期间气态污染物CO、SO2、NO2浓度与APEC前一个月相当,但APEC后急剧增加。减排措施使京津冀地区PM2.5浓度削减40%左右,PM10削减35%左右,NO2削减10%左右,CO削减15%左右。     

奥运期间北京对流层NO2柱浓度地基多轴差分吸收光谱仪观测与OMI的对比

利用地基多轴差分吸收光谱仪(multi axis differential optical absorption spectroscopy,MAX-DOAS)在2008年北京奥运期间对奥运场馆附近上空对流层NO2进行监测,并与OMI的测量结果进行对比.结果显示;地基MAX-DOAS的NO2结果比OMI结果高,最高达到了2.4倍;二者在无云条件下得到了比较好的相关性(R=0.64),但在阴雨天气条件下,云的存在使得MAX-DOAS结果与OMI卫星数据产生了很大差别,其相关系数仅为0.19,但与LP-DOAS却有很好的一致性,相关系数为0.92.     

基于多轴差分吸收光谱技术的对流层HCHO柱浓度测量研究

HCHO是城市大气污染物中的重要组分.采用多轴差分吸收光谱仪(MAX-DOAS)于2008年夏季对北京上空对流层HCHO斜柱浓度进行了测量,研究了HCHO差分吸收光谱处理算法,考虑了温度和I0效应对气体吸收截面的影响,并对大气Ring效应进行了校正.采用几何近似的方法计算了对流层大气质量因子,并将HCHO斜柱浓度转换成垂直柱浓度,得到了实验期间对流层HCHO的垂直柱浓度时间序列,并且HCHO垂直柱浓度早晚比较低,约在中午最高. MAX-DOAS HCHO垂直柱浓度与GOME-2卫星和SCIAMACHY卫星结果具有较好的相关性.     

Algorithm for NO/sub 2/ vertical column retrieval from the ozone monitoring instrument

We describe the operational algorithm for the retrieval of stratospheric, tropospheric, and total column densities of nitrogen dioxide (NO/sub 2/) from earthshine radiances measured by the Ozone Monitoring Instrument (OMI), aboard the EOS-Aura satellite. The algorithm uses the DOAS method for the retrieval of slant column NO/sub 2/ densities. Air mass factors (AMFs) calculated from a stratospheric NO/sub 2/ profile are used to make initial estimates of the vertical column density. Using data collected over a 24-h period, a smooth estimate of the global stratospheric field is constructed. Where the initial vertical column densities exceed the estimated stratospheric field, we infer the presence of tropospheric NO/sub 2/, and recalculate the vertical column density (VCD) using an AMF calculated from an assumed tropospheric NO/sub 2/ profile. The parameters that control the operational algorithm were selected with the aid of a set of data assembled from stratospheric and tropospheric chemical transport models. We apply the optimized algorithm to OMI data and present global maps of NO/sub 2/ VCDs for the first time.     

北京冬季大气SO2、NO2与O3的监测与分析

利用差分光学吸收光谱(DOAS)技术于2006年2月对北京市丰台区的常规污染气体SO2、NO2及O3进行了连续监测,并对各污染物的日变化特征和污染源进行了分析和探讨.结果表明,丰台区NO2主要与汽车尾气的排放有关,以早晨和傍晚的上下班时段最重,凌晨和午后最轻;SO2浓度的日变化状况是气象条件日变化和污染源排放量日变化综合影响的结果,分别在早晨和夜间达到最大值,日变化曲线呈现"N"字型双峰结构;由O3和NO2的相关性分析可知,NO2对大气中O3的含量有着一定的贡献,大气中可能还存在其它重要的O3前体污染物.     

Characterisation of tropospheric turbulent layers from radiosondedata

Thin cloudy turbulent layers, responsible for tropospheric scintillation on earth-space paths, are proved to be efficiently detected and characterised from radiosonde ascents. Based on one complete year of radiosonde data, statistical distributions of turbulent layer height, thickness and intensity are analysed, as is their seasonal variability     

基于长光程DOAS 技术的航道区域船舶空气污染物排放监测研究

利用长程差分光学吸收光谱技术对黄浦江下游典型航道区域船舶排放的空气污染物进行高时间分辨率监测。 研究表明 SO2 浓度受船舶尾气烟羽影响显著, 浓度瞬时可增高 2∼4 倍不等, 峰值超过 10×10−9 (体积混合比); 而由于 来源情况更为复杂, NO2 浓度的变化较为平缓, 且由于受到周围机动车排放影响, 日变化呈现出明显的双峰特征。受 船流量影响, SO2 浓度在日间相对较高。人为活动影响分析表明, NO2 浓度在春节假期相较于前后时段下降 30%以上, 而在新冠疫情重大突发公共卫生事件一级响应启动后下降达 50%。值得注意的是, 由于船舶活动规律的差异性, SO2 浓度的假期效应以及对疫情响应措施的反应并不明显, 但 SO2 浓度的典型排放高值呈现逐年下降的趋势。     

Prediction of tropospheric scintillation on satellite links fromradiosonde data

On the basis of radiosonde data, a new method is proposed for predicting tropospheric scintillation effects on slant paths. It stems from a rigorous statistical development and consists of two steps. First, statistical features of tropospheric turbulence responsible for scintillation are extracted from the analysis of a large amount of radiosonde ascents. Second, long-term scintillation statistics are inferred from these turbulence characteristics, using the theory of propagation through a turbulent medium. The method is applied to a complete year of radiosonde data measured in Belgium and the predicted scintillation results are compared with measurements carried out on the same year near to the meteorological station. An agreement better than with any other usual prediction method is found. The method yields very accurate predictions of scintillation annual statistics and also adequately represents the seasonal and monthly variability of scintillation. Unlike the current prediction models, the proposed radiosonde-based method does not rest on empirical relationships derived from particular propagation experiments and could, therefore, be applied more widely     

基于MAX-DOAS的大气对流层SO2垂直柱浓度遥测

基于多轴差分吸收光谱技术（MAX-DOAS）获得了对流层SO2垂直柱浓度。采用不同参考谱和不同波段来获得SO2差分斜柱浓度,通过对比发现,当圈天顶光谱作为参考谱的反演误差最小,且全天相对稳定波动小,误差小于5%。通过六个波段的对比选取了最优反演波段为307.5~315 nm。结合地面气象数据对2015年10月14日~18日的污染过程进行了研究,数据分析表明风速和风向是影响监测点SO2浓度的两个重要因素,城市和电厂产生的SO2会在东风和南风的影响下向监测点输送。通过研究表明,MAX-DOAS能够准确反演大气对流层SO2垂直柱浓度信息,对于探究城市大气对流层SO2垂直柱浓度、卫星校验、模型校验以及污染输送的研究具有重要意义。     

基于卫星遥感的中国地区XCO2 和XCH4 时空分布研究

人为活动排放的以CO2 和CH4 为主的大量温室气体是造成全球增温的主要因素。由于地面观测站点稀少, 卫星遥感为监测CO2 和CH4 的时空分布及变化趋势提供了新的技术手段。本文验证了GOSAT、OCO-2 卫星的大气 CO2 和CH4 柱浓度遥感产品XCO2 和XCH4 的精度, 并分析了我国XCO2 和XCH4 的时空分布和变化趋势, 主要结论 如下: (1) 在所用XCO2 遥感产品中, OCO-2 ACOS 与地面观测的相关性最高(达0.93); 而XCH4 产品中GOSAT OCPR 的相关性最高(达0.78)。(2) 在研究的时间跨度内, XCO2 浓度呈逐年上升趋势, 如我国OCO-2 XCO2 年均浓度由2014 年的396.92 × 10−6 增长到2021 年的414.72 × 10−6; CO2 浓度高值主要分布在城市和工业集中的中国东部地区, 西北 地区塔克拉玛干沙漠的高值与气溶胶散射影响有关; 同时, 受人为源和自然源的季节变化影响, XCO2 具有冬春高、夏 秋低的时间特征。(3) XCH4 浓度同样呈逐年上升趋势, 但与XCO2 不同, XCH4 浓度高值主要分布在天然气和煤炭开 采集中的四川东部、重庆西部、陕西与山西的中部地区, 以及工业集中的华北地区, 季浓度呈现夏秋高、春冬低的特 征。(4) 2020 年XCO2 高值区发生偏移; 相对于2020 年, 2021 年CO2 增速有所回升, 但增幅相对于2019 年之前仍有 所减小。