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 均值最高, 长三角次之, 珠三角最小; 2) AOD 影响因素分析表明, 生产总值指数、人口密度、温度因素与 AOD 正相关, 植被覆盖指数 (NDVI)、降水量、风速与 AOD 负相关; 3) 各地区 AOD 预测结果其平均绝对误差 (MAE) 均低于 0.12, 误差小于 BP 神经网络预测结果, R2 均大于 0.75, 说明该模型相比 BP 神经网络, 能够有效提高 AOD 预测能力。     

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。     

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。     

中国东部地区气溶胶光学特性和类型特性分析

本文基于我国东部沿海岸线分布的Beijing-RADI、Beijing-CAMS、Xuzhou-CUMT、Taihu、Hong＿Kong＿PolyU、Hong＿Kong＿Sheung六个AERONET长期观测站点的光学厚度（AOD）、Angstrom指数（AE）、单次散射反照率（SSA）、细粒子百分比（FMF）四种气溶胶的物理光学特性观测产品，结合Terra/Aqua MODIS Level2 C6 AOD产品，研究了我国东部地区气溶胶时空变化特性及类型特性。研究表明：1）北京、徐州、太湖、香港四个地区地基的AOD年均值徐州>太湖>北京>香港，依次为0.805±0.129、0.775±0.069、0.664±0.197、0.519±0.125;2）在AERONET站点处，MODIS AOD年均值检测值太湖>徐州>香港>北京，依次为0.902±0.227、0.772±0.082、0.547±0.064、0.517±0.234，与地基检测值依次相差22.2%、4.1%、5.5%、16.3%;3)AE年均值香港>太湖>徐州>北京，依次为1...     

利用CE318太阳光度计资料反演合肥气溶胶光学特性

利用2012年9月~2014年8月年合肥市西北郊的CE318型太阳光度计观测资料,分析了合肥地区气溶胶光学厚度(AOD)和Angstrom波长指数()的时间变化特征。结果表明,合肥地区AOD全年较高,2012年9月~2013年8月和2013年9月~2014年8月两个时段的年平均值分别为0.600.15和0.730.23。春季受沙尘天气影响气溶胶波长指数最小,秋季受西北高空气团影响AOD最低。研究了AOD和大气水汽含量之间的关系,结果表明AOD和大气水汽含量呈正相关关系。利用Hysplit风场轨迹模型对各个季节的风场进行了研究,合肥春季主要受西北气流(约42%)影响,夏季风场主要受偏南风场(约50%)影响,秋季受北风风场(约39%)影响较大,冬季受西北高空气团影响较大。CE318和MODIS对比结果表明,两者具有较好的一致性,相关系数在0.7以上。     

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。     

利用MODIS和MISR资料对APEC会议期间气溶胶时空分布特征的分析

利用卫星遥感的MODIS和MISR数据,对比分析了2014年亚太经合组织（APEC）会议期间（11月3日~12日）及其前后一个月的气溶胶时空分布特征。分析发现APEC会议期间的气溶胶光学厚度（aerosol optical depth, AOD）相比APEC会议前期,在京津冀地区有明显减小,MODIS（MISR）数据显示在京津冀地区AOD减小了38.7%（36.4%）,在北京地区减小更多,减小了64.6%（39.9%）。Angstrom指数在京津冀地区的廊坊、保定、衡水等大部分城市,APEC会议期间的Angstrom指数相对前期较小,说明其在APEC会议期间气溶胶粒子的有效半径相对较大。APEC会议期间的细模态气溶胶光学厚度相比APEC会议前期也有所减小,且在北京地区细模态气溶胶光学厚度的下降幅度要大于粗模态气溶胶的下降幅度。     

基于反射率统计模型填充MODIS AOD中国陆地缺值区域

针对MODIS气溶胶产品受算法局限性、厚云层造成缺值问题,提出基于反射率统计模型的普通克里金-自然邻近插值方法,利用6S辐射传输模型模拟MODIS蓝光波段表观反射率随地表反射率、气溶胶光学厚度(aerosol optical depth, AOD)的响应变化,建立反射率与AOD的统计模型。采用2017年11月的中国区域气溶胶产品MOD04_L2、反射率数据做实验,并利用时空匹配的AERONET地基站数据做交叉验证,结果表明：利用该方法填充MOD04_L2中国缺值区域精度较好,60%以上的插补结果处于期望误差界限内,不仅能有效解决低反射率地区AOD有效值缺失问题,而且不受气溶胶类型假设不当影响。     

合肥对流层风场风廓线雷达测量与分析

大气风场是研究气溶胶输送与复合过程以及时空分布变化研究的一个重要方面,也是天气分析和天气预报中的一个重要参数.采用对流层风廓线雷达,连续测量了合肥地区的对流层大气风场.统计了2009年合肥地区风场变化,得到了一些统计结果:边界层(2 km以下)风速基本小于5 m/s,风向变化复杂,不同季节风向略有不同;对流层风速多在5...     

基于星载激光雷达的AOD与海面风速关系研究

海面上空气溶胶的产生和传输在一定程度上和风有关,研究气溶胶和风速间的关系,对增加大气模式的预测精度有重要意义。文中使用CALIPSO卫星CALIOP激光雷达L2（V3.01）气溶胶层与云层数据,与准同步AQUA卫星的AMSR-E海面风速数据,采用2007年和2008年的1月、4月、7月、10月共8个月的观测数据,研究波长为532 nm的气溶胶光学厚度（AOD）与海面风速间的关系及其随季节、年份的变化。结果显示,无云条件下,全球海洋上空AOD与风速存在关系：当风速在0-12 m/s时,AOD随风速增大而增加,当风速在4-12 m/s时,AOD与风速近似线性关系,当风速>14 m/s时,AOD趋于平稳。     

基于卫星遥感的生物质燃烧排放估算研究进展

生物质燃烧是全球痕量气体和颗粒物排放的重要来源,对全球的空气质量、气候变化以及人类健康有显著的影响;生物质燃烧排放的准确估算对全球气候变化、区域空气质量评估预测研究具有重要意义。近20年来,基于卫星遥感的生物质燃烧排放估算研究得到了长足的发展,从以下四个方面对相关研究进展进行了系统介绍：1）基于燃烧面积和火辐射功率遥感产品的生物质燃烧排放估算方法;2）燃烧排放估算中关键参量（在燃火点、燃烧面积、火点辐射功率）获取方法及相关产品;3）生物质燃烧排放清单产品;4）对生物质燃烧排放估算未来研究方向进行了展望。     

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 Ross-Li 地表 BRDF 模型 和半经验 NB 模型计算地表贡献, 利用标量与偏振的多角度信息和查找表方法, 反演气溶胶光学厚度。 DPC 气溶胶光 学厚度反演结果与中国区域的 AERONET 地面站点测量结果吻合性较好, 线性拟合度较高, 相关性系数大于 0.8, 验证 了算法的可靠性, 为 DPC 有效监测气溶胶的时空分布提供技术支持。     

中国地区气溶胶光学厚度时空分布特征研究

本文基于星载激光雷达(CALIPSO)数据,反演得到气溶胶光学厚度(AOD).将中国地区划分为东北、华北等7个区域,对各区域不同季节的气溶胶光学厚度进行统计分析.结果显示,各区域气溶胶光学厚度差异较大,其大小与沙尘气溶胶和污染气溶胶的发生频率有较大的相关性;不同季节的气溶胶光学厚度差异较大,其中秋季最大,夏季最小.     

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。