基于多源资料的徐州地区气溶胶时空变化特征

综合利用AERONET、MODIS、CALIPSO、MERRA-2气溶胶反演产品和CHAP PM_(2.5)产品,对徐州地区2014—2020年的气溶胶光学特性水平和垂直分布、气溶胶组分和PM_(2.5)质量浓度的时空变化进行了综合分析。分析AERONET数据发现,徐州地区气溶胶光学厚度(AOD,550nm)夏季最高,其次为春季和秋季,冬季最低,而波长指数(AE)则相反;季节平均AOD和AE分别为0.53~0.71和1.11~1.33;2014—2018年平均AOD为0.70~0.47,呈显著下降趋势。粒子谱呈双峰分布,且季节差异显著,其中春夏季主导粒子分别为粗、细粒子,秋冬季的粗、细粒子浓度相当。粒子有效半径在春季最大、夏季最小。冬季单次散射反照率(SSA,440~1020 nm)最小,气溶胶吸收光学厚度(AAOD,440 nm)最大,而夏季相反。气溶胶直接辐射强迫(ARF)与AOD呈显著正相关,大气层底部ARF对AOD的变化更敏感,且其辐射强迫效率(ARFE)与SSA有较强负相关。分析CALIPSO气溶胶廓线发现,冬春季气溶胶消光系数随高度减小的趋势更显著;受边界层高度影响,夏季气溶胶消光系数随高度减小的趋势显著减缓。近地面气溶胶消光系数有逐年减小趋势,其中冬春季的下降更显著。分析MODIS AOD空间分布发现,AOD总体呈市区高、周边地区低的分布特征。徐州全域AOD年均值呈下降趋势,其中市区下降最快,年下降率约为-0.12。从CHAP PM_(2.5)空间分布来看,徐州西北部PM_(2.5)最高,所有区域均呈下降趋势,其中冬季下降幅度最大,年下降率为-6μg/m^(3)。从MERRA-2再分析资料来看,颗粒物柱质量浓度中沙尘占比最大,其次为硫酸盐。颗粒物柱质量浓度总体呈逐年下降趋势,年下降率为-0.29 mg/m^(2),其中沙尘气溶胶下降最大。

“一带一路”沿线非洲7个典型城市的气溶胶光学特征时空分布研究

利用AERONET(Aerosol Robotic Network)的长期观测数据,分析了“一带一路”沿线非洲地区7个典型城市气溶胶的光学和微物理特性及其年际和季节变化特征,包括气溶胶光学厚度(AOD)、波长指数(AE)、单次散射反照率(SSA)、粒子谱分布、气溶胶吸收光学厚度(AAOD)、主要气溶胶类型、辐射强迫(ARF)及其效率(ARFE)等.结果表明:非洲地区AOD和AE虽然年变化趋势不显著,但其南北区域均值差异十分明显,北部地区的平均AOD(0.47)高于南部(0.18),而AE则正好相反,分别为0.55和1.38.AOD和AE表现出显著的季节变化特征,非洲北部和南部的AOD均在春季最高,分别为0.58和0.27,而在秋季最低,分别为0.36和0.12;非洲北部的AE值在秋季最高(0.63),春季最低(0.36),南部的AE值则在春季最高(1.51),夏季最低(1.09).各站年平均AAOD为0.03~0.05;AAOD冬季最大(0.04~0.10),夏季最低(0.02~0.05).从秋季到冬季,非洲各站点SSA均有明显下降趋势,平均值从0.91下降至0.87.DAK站(Dakar)的夏、冬季分别出现SSA的最高、最低值.从气溶胶类型来看,非洲北部地区以粗模态的沙尘型气溶胶为主,南部地区以细模态的生物质燃烧型气溶胶为主.气溶胶辐射强迫计算表明,整层ARF的范围为22.26~70.82 W·m^(-2),其中,ILO站(Ilorin)对大气的加热作用最大.此外,以细粒子为主的非洲南部大气底部ARFE高于以沙尘为主的北部,平均值分别为-217.76和-161.91 W·m^(-2).

塔克拉玛干沙漠和青藏高原地区沙尘气溶胶光学特性及其加热率的时空分布特征

沙尘不同的垂直分布对大气的加热作用不同,通过卫星观测结合数值模拟,可以更清楚地了解沙尘辐射加热作用,有利于理解沙尘对该地区大气热结构的影响机制.因此,本研究利用CALIPSO气溶胶产品和SBDART模式,分析了2007—2020年塔克拉玛干沙漠和青藏高原沙尘气溶胶及其短波加热率的时空分布特征.结果表明,塔克拉玛干沙漠和青藏高原的年平均沙尘气溶胶光学厚度(DAOD,532 nm)分别为0.300~0.350和0.086~0.108,平均值分别为0.328和0.097.塔克拉玛干沙漠季节平均DAOD的最大、最小值分别出现在春季和冬季,而青藏高原的最大、最小值分别出现在夏季和秋季.塔克拉玛干沙漠和青藏高原的沙尘消光系数(σ_(D))最大值分别出现在春季和夏季.2007—2020年,两地的σ_(D)在春季均呈增加趋势,而在秋季则呈减小趋势.春季和夏季的短波沙尘加热率(SW DHR)均大于其它两个季节,其中春季最大,塔克拉玛干沙漠上空冬季最弱,青藏高原上空秋季最弱.春夏季,青藏高原北坡存在较强沙尘加热层,其顶部高于5 km,其强度及高值区从春季到冬季逐渐减小.从年变化来看,春季短波加热率呈加强趋势,秋季呈减弱趋势.柴达木盆地是青藏高原上空沙尘加热率(DHR)最高的区域,对高原沙尘输送和辐射加热有重要作用.