基于CE-318观测的甘肃省气溶胶光学特性分析

对于大气气溶胶地基观测资料的定量分析是了解气溶胶光学特性和大气污染特征的基本途径,可为探讨污染治理方向提供一定的依据。近年来,利用地基观测资料分析甘肃省不同区域气溶胶光学特性的研究较少。为了解甘肃省不同下垫面的大气气溶胶光学特性,本文基于2018年4月至2020年9月CE-318型太阳光度计观测资料,通过ASTPwin软件反演获得了甘肃省四个站点的气溶胶光学厚度AOD,计算了Angstrom波长指数α,分析了甘肃省不同区域不同季节AOD和α的分布和变化特征以及气溶胶光学厚度和波长指数的关系。结果表明:(1)观测时段内,所有站点各波段AOD的变化趋于一致,且AOD值随波长增大而减小。兰州和皋兰山AOD值冬季最高,春、秋季次之,夏季最低,兰州冬、春季AOD值分别比年均值超出14.98%和4.68%,皋兰山冬季AOD值比年均值超出3.88%。敦煌和民勤AOD值均为春季最高,比各自的年均值高出24.49%和26.30%。敦煌AOD季节分布为:春季>夏季>冬季>秋季,而民勤则表现为从春到冬季逐渐减小的趋势。(2)兰州和皋兰山春夏季主控粒子为粗模态,秋冬季则为细颗粒物主导。敦煌和民勤大气气溶胶常年由粗模态粒子主控。2019年冬季,兰州市区AOD值比其城郊的皋兰山高出68.0%;敦煌和民勤2019年春季沙尘气溶胶污染较为严重,敦煌AOD值比民勤超出42.42%。(3)四个站点AOD和α的频率分布均呈单峰曲线,不同季节AOD高频次分布范围存在差异性,但都处于1.0以下。α的高频次范围分布较为复杂,兰州春季、皋兰山春夏季、敦煌四季、民勤春夏秋季,α分布区间均小于1.0,而兰州夏秋冬季、皋兰山秋冬季、民勤冬季α主要分布于1.1以上。(4)不同季节AOD和α的关系存在差异,表现为不同季节,大气出现严重或者局部污染时,气溶胶的主控粒子粒径大小不同。春季大气出现局部或者严重污染、夏季大气局部污染时,四个站点气溶胶主要是大粒径粒子,其中沙尘气溶胶的贡献较大。夏季大气处于严重污染时,皋兰山气溶胶主要是细模态粒子,兰州、敦煌、民勤气溶胶依然由粗模态主控,但是兰州小粒径粒子导致的污染比重高于其余两站,其中85%以上属于城市工业-气溶胶污染。秋季大气处于严重污染状况时,兰州和皋兰山均由细模态粒子主导,其中城市工业-气溶胶占比明显增加,而敦煌和民勤依然由粗模态粒子主导,其中沙尘气溶胶占比偏重。冬季大气严重污染时,兰州依然由细模态粒子主导,而其他三站由粗模态粒子占据主导地位,冬季大气局部污染时,敦煌和民勤粗模态粒子与细模态粒子同时出现,皋兰山以细模态粒子为主。分析可知,总体上甘肃偏北地区气溶胶污染以沙尘气溶胶为主,而偏南地区气溶胶污染表现为粗模态与细模态粒子交替出现,这为下一步结合卫星遥感资料研究甘肃不同区域的气溶胶特性及大气污染特征提供了一些参考。

用CE-318太阳光度计资料研究银川地区气溶胶光学厚度特性

根据CE-318数据,利用Bouguer定律计算了银川地区的大气气溶胶光学厚度,并分析其变化特征。结果表明,该地区大气气溶胶光学厚度具有明显的日变化和季节变化。日变化有4种类型:1)变化相对稳定;2)整体上呈上升的趋势;3)早晚小,中午大;4)早晨09—11时出现峰值,其他时间变化较小。季节变化则是冬、春季节大,秋季次之,夏季最小;春季大气中的主要成分是沙尘,冬季大气的主要成分是人类活动排放的颗粒物,夏季由于降水多,气溶胶数浓度较低,气溶胶光学厚度较小。

CE-318太阳光度计在大气环境监测中的应用

CE-318太阳光度计自动进行太阳直接辐射和天空光扫描探测,通过反演计算可获取大气气溶胶各种光学特性,在大气环境监测与研究领域发挥着重要作用。介绍了CE-318太阳光度计的仪器结构、测量工作程序和反演算法,并对2010年重庆城区大气Angstrom波长指数测量结果进行了简要分析。

基于CE-318观测的南宁市气溶胶光学特性变化特征

基于CE-318太阳光度计观测数据,对南宁市2015年大气气溶胶光学厚度、浑浊度系数、波长指数进行反演研究,分析其光学特性的年变化特征、季节变化特征。结果表明:2015年南宁市大气气溶胶光学厚度年均值为0.85,处在较高的状态;AOD最高为秋季,春冬季次之,最低为夏季;浑浊度系数年均值为0.28,说明南宁市大气污染较为严重;波长指数年均值为1.27,大于1,说明南宁市大气气溶胶主控粒子为细粒子。

CE-318太阳光度计及探空数据反演水汽含量与MODIS近红外水汽产品对比

大气水汽含量是遥感定量反演的重要参数。本文利用CE-318太阳光度计,反演了2014年6月至2016年5月南宁市的大气水汽含量,分析其季节变化特征,并将其与探空数据、MODIS近红外水汽产品数据进行相关性分析。结果表明:(1)南宁市大气水汽含量季节变化特征明显:夏季高达4~6 g/cm^2,而冬季则只有2 g/cm^2,与南宁地处亚热带地区有关。夏季该地区季风气候盛行,大气水汽含量高,冬季季风气候减弱,大气相对干燥。(2)CE-318太阳光度计反演的大气水汽含量(PW)与探空数据获取的水汽含量之间存在良好的线性相关,相关系数为0.877,平均绝对误差为0.42 g/cm^2,平均相对误差为10.96%;而MODIS近红外波段反演的水汽精度较低,平均绝对误差为0.74 g/cm^2,平均相对误差为18.74%。

黄土高原半干旱地区气溶胶光学厚度变化特征的初步分析

利用“兰州大学半干旱气候与环境观测站”2006年8月至2007年4月的CE-318全自动跟踪太阳光度计观测资料，分析了黄土高原半干旱地区气溶胶光学厚度（AOD）的变化特征。结果表明，黄土高原半干旱地区气溶胶光学厚度谱基本满足Angstrom关系；在可见光和近红外波段，随着波长的增大，气溶胶光学厚度是减小的；黄土高原半干旱地区AOD日变化类型主要有单峰型、稳定型、上升型3种。逐日变化特征显示，降水对气溶胶粒子具有明显的湿清除作用，霾的出现导致AOD明显增大；AOD日均值主要集中在0．140．4之间，日极大值在08～11时（北京时，下同）出现的频率最多，H极小值在12～13时、14～17时出现的频率最多。气象条件对AOD有明显的影响，在南风情况下AOD大，东风情况下AOD小，霾与晴天相比，AOD明显增大；对同一波段，风向差别引起的AOD的差异较晴天与霾相比引起的AOD的差异要小。

基于太阳光度计的广州亚运期间气溶胶参数分析

利用CE-318太阳光度计多波段观测资料,计算广州市区2010年11月亚运期间大气气溶胶光学厚度、散射系数及散射相函数,分析了广州亚运期间大气气溶胶光学厚度、波长指数和Angstrom混浊度系数的特征,并与近年同期历史数据进行了对比分析。结果表明,亚运期间受燃放烟花影响,测量点附近一段时间内气溶胶光学厚度明显增加,光学厚度逐日起伏变化明显;受交通负荷的变化影响,是否工作日和是否实施交通单双号限行都会影响光学厚度变化。

北方沙尘气溶胶光学厚度和粒子谱的反演

利用CE-318太阳光度计在内蒙古额济纳旗、东胜、锡林浩特三地观测的2002年6月—2003年5月间的太阳直接辐射数据,应用消光法反演大气气溶胶光学厚度[AOT(λ),Aerosol OpticalThickness]和粒子谱分布,并分析其变化特征。结果表明,该地区气溶胶光学厚度具有明显的时空变化:春季最大,冬季最小,AOT(λ=440 nm)平均最大值为0.78,最小值为0.13。3个观测点中,额济纳旗的光学厚度最大,东胜最小。光学厚度的日变化主要有4种形式:1)早晨高傍晚低;2)早晨低傍晚高;3)早晚低中午高;4)变化平缓。这主要与沙尘天气的发生、大气层结稳定度和人类活动等因素有关。气溶胶粒子谱分布基本符合Junge谱,在粒径0.3μm、0.6μm和1.0μm处出现峰值。但是在不同天气条件下粒子谱有很大差异,在沙尘暴天气中,大粒子和巨粒子数有明显的增加,粒子数浓度要比晴天背景大气大了约一个量级。春季气溶胶粒子数浓度最大,夏秋季次之,冬季最小,但相差不超过一个量级。

基于实测数据的太湖上空气溶胶单次散射反照率特征分析

基于AERONET太湖站2005年9月-2010年9月的太阳分光光度计实测数据，分析太湖上空单次散射反照率（SSA）随时间变化特征以及频率分布特征．结果表明，SSA的月均最大值、最小值分别为8月的0．95±0．03和12月的0．87±0．03．季节均值的最大值为夏季的0．94±0．03，最小值为冬季的0．88±0．04；SSA的年均值为0．90．从频率分布来看，SSA的最高频率分布区间为0．9～0．92．分析表明，太湖上空存在中度吸收型的气溶胶．

南京仙林地区气溶胶光学厚度反演与分析

2007年11月,利用CE-318太阳光度计对南京仙林地区进行了气溶胶光学特性的观测实验。详细讨论了气溶胶光学厚度反演的原理与方法,采用Langley法对CE-318进行了现场定标,利用观测数据反演了气溶胶光学厚度和Angstrom系数。分析得出了550 nm处的光学厚度平均为0.5183,浑浊度系数β平均值为0.2325,波长指数α平均值为1.3373。分析了光学厚度的日变化和逐日变化,讨论了变化的原因。对Angstrom参数的分析表明仙林地区气溶胶以中小粒子为主,这对于分析和监测南京地区大气污染、改善空气质量具有一定的积极意义。

新疆博斯腾湖地区气溶胶光学厚度特性地基遥感

为加强新疆戈壁地区沙尘监测,为区域气候变化研究和局地卫星遥感精度验证提供地基观测依据,利用CE-318太阳光度计在博斯腾湖地区2010年4～12月测得的太阳直接辐射数据,应用消光法反演了大气气溶胶光学厚度(AOD)和ngstrm波长指数α并分析其变化特征。结果表明,该地区550nm AOD平均值为0.33±0.22。当α>0.5时,550nm AOD日均值小于0.25;当α<0.5时,550nm AOD日均值大于0.3。AOD日变化在非沙尘天气时有3种类型:平稳型、上升型和下降型。沙尘天气时有3种类型:上升型、早晨傍晚高且午时有低值、早晨傍晚低且午时有高值。AOD季节变化是春季最大,冬秋次之,夏季最小。当地年均大气透明度较好,气溶胶成分单一,沙尘天气是影响当地大气浑浊度的主要原因。

太湖上空大气气溶胶光学厚度及其特征分析

基于高精度的太阳光度计(CE-318)得到太湖上空气溶胶长期观测数据,获得了太湖上空从2005年9月～2010年10月的气溶胶光学厚度(AOT)以及相应的ngstrm参数α.5 a的观测资料表明,太湖上空AOT的高值区出现在夏季的6～7月,低值区出现在秋冬季节的10月～次年1月;α的低值区和高值区分别出现在春季的3～4月和秋季的9～11月,AOT及对应的α的变化主要与该地区的天气形势有关.从频率分布来看,AOT(500 nm)只有一个峰值,最高频率值为0.4～0.6,约占总样本的26%,年均值为0.80.按照平均AOT(500 nm)计算,气溶胶造成的太阳直射辐射的透过率衰减至少为50%,致使太湖地区的大气较为混浊,形成严重的雾霾天气;ngstrm波长指数α有2个峰值,最高频率区间为1.1～1.3和1.3～1.5,分别占总样本的30%,年平均值为1.17.结果还表明AOT(500 nm)和α的日均值变化范围均较大,表明太湖上空有不同类型的气溶胶粒子共存;当α增大时,AOT(500 nm)的均值呈递减趋势.总体结果分析表明,太湖上空的AOT值随时间变化较大,属于城市-工业型气溶胶类型.

重庆市城区大气气溶胶光学厚度的在线测量及特征研究

利用CE-318型太阳光度计(CE-318)测定了重庆市城区2010年3月至2011年2月期间的太阳直接辐射量,反演了该地区大气气溶胶光学厚度(Aerosol optical depth,AOD),并对结果进行了分析.结果表明:重庆市城区上空大气AOD随波长增加而减小,Angstrom波长指数α=1.13±0.08,大气混浊指数β=0.57±0.14.受人为源排放的影响,空气较为混浊,且上空主要分布着城市-工业型气溶胶.AOD日变幅随波长增加而减小,且AOD在短波段变化比长波段变化更为明显.重庆市城区上空AOD(λ=500 nm)日变化大致分为5种类型:平缓型、上升型、下降型、凸型和凹型,其中,平缓型出现频率最低,凸型和上升型是主要变化类型.四季中AOD日变化特征在夏秋季较一致,冬春季较一致.AOD(λ=500 nm)全年主要呈现'V'字形特征,年均值为1.25±0.29,最低值出现在夏季,最高值出现在冬季;α全年变化范围在0.90~1.23,同AOD整体上呈负相关趋势,最低值出现在春季,最高值出现在夏季,且四季α值较大,表征气溶胶主控模态为细粒子,受人为源的排放影响较大.

石家庄地区大气水汽的反演模型

研究大气水汽的反演及了解其时空变化,对有效评估大气生态服务功能具有重要现实意义。基于石家庄地区CE-318观测的大气水汽数据,结合探空水汽数据和地面水汽压数据,运用传统回归分析、改进型回归分析、分段反演等方法,构建传统回归模型、基于CE-318的大气水汽改进型模型和分季节模型3种大气水汽反演模型,并经过精度对比评估选出适用于研究区的大气水汽最优反演模型。检验结果表明,基于CE-318的大气水汽改进型反演模型的各项精度检验指标均为3个模型中的最佳值,是该地区最优的大气水汽反演模型。