Himawari-8气溶胶变分同化对PM2.5污染模拟的改进

利用地球静止轨道卫星Himawari-8 气溶胶光学厚度 (AOD) 产品能够估算空间覆盖范围广、时间分辨率高的 近地表 PM2.5 浓度。基于三维变分同化系统将AOD估算得到的 PM2.5 资料同化进入WRF-Chem大气化学模式中, 通过 控制实验与同化实验的对比与分析, 探讨了AOD估算得到的PM2.5资料同化对 PM2.5 污染模拟的改进作用。实验结果 表明： (1) AOD估算得到的 PM2.5 资料同化能够改进 PM2.5 污染模拟效果;(2) PM2.5 污染模拟改进效果存在时空差异。 此外, 与其他研究中使用AOD观测算子直接同化AOD的方法相比, 该方法的操作更加简单。     

大气气溶胶粒子粒径分布激光遥测研究进展

激光雷达具有探测距离远、灵敏度高、精度高、响应时间快、实时监测等优点,已成为大气气溶胶遥测的重要技术手段,对于改善人类生活质量、预防疾病、环境保护、气象研究、军事等领域有着极其重要的作用。对气溶胶粒子基本特性和激光遥测气溶胶粒子粒径分布反演的基本原理进行阐述。重点介绍了国内外利用激光雷达遥测气溶胶粒子最新进展,并对气溶胶粒子粒径分布激光遥测的发展趋势进行简要总结。     

高分五号卫星偏振遥感陆地上空气溶胶光学厚度

针对多角度偏振成像仪(Directional Polarimetric Camera,DPC)数据,提出了基于多角度多光谱偏振信息的气溶胶光学厚度反演方法。该方法使用Nadal-Breon半经验模型计算地表偏振反射率,以扣除地表影响;采用倍加累加法矢量辐射传输模型构建气溶胶参数查找表,通过计算最小残差,动态确定最优气溶胶模型,从而实现陆地上空气溶胶光学厚度的反演。使用DPC的L1级条带数据,反演获得了中国东部地区气溶胶光学厚度的空间分布,并与MODIS产品和AERONET地基站点数据分别进行了对比,反演结果与MODIS气溶胶产品的整体分布具有很好的一致性;同时,与AERONET地基站点观测结果具有较高的相关性,670 nm和865 nm两个波段的相关系数都在0.8以上,说明该算法模型反演陆地上空的气溶胶光学厚度准确可靠,可为DPC遥感大气气溶胶提供技术支持。     

偏振辐射传输的插值计算以及流数对计算结果的影响

根据平面平行大气中偏振辐射传输方程的求解,利用解析插值方法实现了对其空间任意一点(任意光学厚度、任意角度)偏振辐射的计算。使用了瑞利散射以及米散射对该程序进行验证,所得结果与Coulson和Stamnes的计算结果进行了比较,误差在0.7%以内。同时还分析了流数对计算结果的影响,通过比较半球8流时米散射的最大相对误差ηmax≤1.82%,平均相对误差ηaver=1.627%;并且该计算误差随着计算流数的增加越来越小,在24流时,计算结果比较稳定,误差最大值ηmax<1%,平均相对误差ηaver=0.223%。     

非视距大气散射光通信最优化链路分析与设计

提出平均散射相函数,更为准确地反映了云滴粒子的角散射强度分布特性;基于概率论和随机迁移理论,以马尔可夫数据链的形式建立多次散射随机分析模型,借助蒙特卡罗仿真得到给定通信几何构架下的非视距大气光散射链路路径损耗特性;针对大气链路中有无云存在两种实际,从大气气溶胶散射和云散射两个方面分析非视距大气光散射链路的最优化通信构架设计;通过模型仿真结果与实地实验数据的对比验证了分析的合理性。结论与波长相关,实验及仿真均采用808nm波长的激光二极管(LD)作为光源。     

基于REAL气溶胶激光雷达在站比对标定技术研究

年3月—11月,利用经过欧洲激光雷达标校中心认证的移动REAL 标准气溶胶激 光雷达,开展了迄今为止国内最大规模的激光雷达在站比对标定。本文首先介绍了一种组网 激光雷达在站比对标定方法,然后将REAL雷达与北京、上海、广州3个城市相关站点的12 部气溶胶激光雷达在532 nm波长下开展了首次在站比对标定。根据预 先设定的指标对其中按照 气象探测中心(meteorological observation center,MOC)要求完成软硬件标定的11部雷达进行了定量评估。结果表明11部雷达基本满 足指标要求,其中9部雷达P/S通道2—5 km系统偏差(system deviation,SD)均在±20%以内,超过50%的被标雷达P 通道0.5—2 km系统偏差基本满足±10%以内。 通过在站比对标定技术可以有效识别P/S通道 串扰、探测器饱和等问题,确 定了超大城市试验中被标雷达可信数据的范围,为气溶胶激光 雷达业务化定量应用提供了技术支撑。     

气溶胶辐射强迫效率研究

气溶胶光学特性对气溶胶直接辐射强迫有重要的影响。采集了北京、香河、兴隆、敦煌四个不同地区的气溶胶光学特性地基观测数据,利用SBDART辐射传输模式模拟计算获取了四个地区的气溶胶直接辐射强迫,通过对比分析这四个地区的气溶胶辐射强迫得到了气溶胶辐射强迫效率同气溶胶光学特性的相关性。该研究结果对分析气候模式和评估环境能源结构具有重要的参考意义。     

光热干涉法测量大气气溶胶粒子吸收系数研究进展

光热干涉法可在保持大气气溶胶状态不变的前提下直接测量其吸收系数,具有灵敏度高、响应速度快和测量结果不受散射光影响等优点。详细阐述了光热干涉法测量气溶胶吸收系数的基本原理。通过对几种典型光热干涉仪的剖析,包括Mach-Zehnder干涉仪、Fabry-Perot干涉仪、Jamin干涉仪和折返Jamin干涉仪,介绍了该方法不断完善的研究历程以及仍然待解决的问题。描述了在借鉴和创新基础上,正在开发的全光纤结构光热干涉试验装置。分析了光热干涉法的未来发展趋势。     

大气对生物气溶胶激光雷达性能影响的仿真分析

生物气溶胶极易在大气中传播并引发大范围疾病感染,利用生物荧光特异性的激光诱导荧光（LIF）雷达技术是实现生物气溶胶防区外侦测的有力手段。LIF激光雷达是一种宽光谱系统,受大气能见度和背景辐射的影响与窄光谱系统（如米散射激光雷达）有明显差异。为了评估LIF激光雷达在不同大气条件下的探测性能,利用Modtran5对几种典型的大气能见度和背景辐射（或工作时段）的水平路径上的宽光谱背景辐射与大气传输透过率进行了仿真,进而对不同大气条件下LIF激光雷达的探测性能进行了定量分析。仿真结果表明：在相同的大气能见度条件下,夜间的可探测距离要比白天高出2～4倍,且能见度越好,探测性能差异越大;在相同的工作时段,大气能见度良好时的可探测距离要比大气能见度较差时的高出2～5倍,且夜间探测性能差异比白天大;气溶胶生物性识别的可探测距离要比生物成分识别的可探测距离高出1～2倍,且受大气条件的影响明显。     

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。