2003—2022年东北地区气溶胶光学厚度变化特征

利用2003—2022年我国东北地区MODIS(moderate-resolution imaging spectroradiometer)大气气溶胶光学厚度(aerosol optical depth,AOD)数据和中国多尺度排放清单模型(multi-resolution emission inventory for China,MEIC),分析东北地区AOD的空间分布特征及年际变化趋势,讨论气象因子和人为排放对东北地区AOD变化的影响。结果表明:辽宁AOD较高,最大值为0.6,出现在辽宁中部,其次是吉林西部,AOD平均值为0.4,黑龙江AOD平均值为0.3。东北地区AOD高值区出现在春季和夏季,AOD空间分布在秋季呈减小趋势,冬季分布范围增加。不同季节AOD最高值均出现在辽宁,东北地区夏季AOD增加主要与环境湿度有关,边界层气象条件对冬季AOD具有一定影响。辽宁AOD在[0.1,0.2)和[0.2,0.3)范围内年平均发生频率最高为50%,吉林和黑龙江AOD在[0.1,0.2)范围的年平均发生频率最高为25%~30%,特别是黑龙江极端清洁状况AOD在[0.0,0.1)范围内年平均发生频率最高为15%。东北地区AOD区域平均值在2003年和2014年较高,主要受到边界层气象要素和人为排放SO_(2)、PM_(2.5)、有机碳和NO_(2)影响。东北地区夏季AOD年代际变化趋势从2012年之前的增长趋势(0.1·(10 a)^(-1))向2013以后的减少趋势(-0.3·(10 a)^(-1))转变。

柴达木盆地气溶胶光学厚度时空分布特征及气象要素影响分析

基于MODIS MCD19A2气溶胶数据集,利用线性趋势、Spearman相关性分析及?ngstr?m指数内插法,探究柴达木盆地2001-2021年大气气溶胶光学厚度的时空分布特征及气象因子影响。结果表明:在年际尺度上,柴达木盆地AOD波动上升,年增幅为3.74%,年均值为0.110±0.002;在季节尺度上,AOD季节性变化明显,其值由高到低分别为春季、夏季、秋季、冬季,其中,春夏季AOD呈波动变化,秋冬季AOD无明显变化;月尺度上,AOD呈单峰型,峰值为4月。在空间上,AOD高值区位于柴达木盆地腹部,呈现中间高四周低的分布特征,低值区位于昆仑山脉和祁连山脉等高海拔地区及植被覆盖率较高的区域。气象要素对AOD都有着一定影响,其中风速、温度、相对湿度、云量和降水都与AOD呈正相关,风速和温度对AOD的影响最大。

基于LightGBM的贵阳市气溶胶光学厚度反演

为充分挖掘国产高分四号卫星(GF-4)的环境监测能力,克服基于查找表方法反演气溶胶光学厚度(AOD)的复杂性和弥补贵阳市无气溶胶监测站点的缺陷,并提升MODISAOD产品的时空分辨率,利用贵阳市研究区的高程数据和GF-4多光谱成像仪(PMS)数据提取的地表反射率、太阳天顶角、卫星天顶角、相对方位角和归一化植被指数作为特征变量,以MODIS气溶胶产品为标签,基于LightGBM算法构建了贵阳市AOD反演模型。研究结果表明:该模型能够基于GF-4 PMS单时相遥感数据实现较高精度的AOD智能反演,极大简化了AOD反演步骤,且具有较高的建模精度(平均绝对误差E_(MA)、均方根误差E_(RMS)、决定系数R^(2)分别为0.042、0.057、0.751)和预测精度(城区:E_(MA)=0.077,E_(RMS)=0.086;非城区:E_(MA)=0.094,E_(RMS)=0.101),AOD预测值和MODIS AOD具有相似的变化趋势,皮尔逊相关系数为0.697。

高光谱辐射反演气溶胶光学厚度及质量控制技术研究

为揭示高光谱辐射反演气溶胶光学厚度并研究其质量控制技术,文章基于安徽合肥2021-06-05 T 08:00/2021-06-05 T 16:00晴天数据,采用实际缺测检查、理论范围检查、统计控制等质量控制方法开展了研究。结果表明:研究期间数据无缺测;在理论范围检查剔除的数量极少,并且剔除数据具有时间一致性;统计控制可以有效地将直接辐照度波动值剔除,使反演产品更为准确合理;质量控制后6个波段气溶胶光学厚度均呈现先上升到正午时刻达到最大值后再下降的相同趋势,并且气溶胶光学厚度随波长增大而减小。

近20年中国典型城市气溶胶光学厚度特征研究

气溶胶是影响空气质量的重要因素,是危害居民健康的关键因素之一。为探究我国近20年大气质量情况,本文利用2000-2019年间逐月MODIS气溶胶光学厚度(AOD)数据,采用线性回归分析方法对AOD时空分布特征及演化趋势进行了分析,得到了我国20年间的AOD时空分布特征和演化趋势。结果表明,在空间分布上,2000-2019年我国AOD年均值总体分布在胡焕庸线两侧差异较大。四川盆地、华北平原以及长江中下游平原较高,西南区和内蒙较低,西北部分地区出现高值。在季度特征方面,AOD季节平均分布差异明显,春季最高,夏季次之,秋冬季较低。四季AOD高低值分布情况与年平均空间分布类似。我国整体AOD变化呈先增后减趋势。东北和西北地区呈增加趋势,中东部地区呈减少趋势。近年来我国大气污染问题得到有效改善,但仍需重点监测和治理,本研究可为大气质量分析与改善提供数据参考。

2012年至2018年江苏省气溶胶光学厚度时空分布特征分析

使用2012—2018年的中分辨率成像光谱仪(Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS)二级产品数据对江苏省气溶胶光学厚度进行了分析。从年平均气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)变化趋势来看,江苏地区的AOD年均值在0.4~0.8之间波动,2012—2016年江苏北部的AOD年均值呈现上升趋势,2017—2018年江苏北部的AOD年均值有所下降,江苏南部2012年和2013年的AOD年均值最高,其余年份AOD均值较平稳。从AOD季节变化和月变化来看,江苏地区AOD平均值的季节分布情况为夏季>春季>秋季>冬季,6月AOD均值最高,2—6月AOD均值呈现上升趋势,7—10月相对较平稳,10—12月呈现下降趋势,AOD月均值最低出现在12月。从AOD影响因素来看,江苏地形对AOD分布没有明显影响,主要影响因素为污染物情况,大气污染物与江苏地区AOD分布呈现明显的正相关性。

气溶胶光学厚度与PM_(2.5)浓度的时空分布特征及其关系——以京津冀大气污染传输通道城市群为例

城市人口和产业的聚集伴随化石能源消费的迅速增长,导致空气污染物排放量不断增加,对区域气候产生了不可逆的负面影响。以多源遥感数据为基础,对京津冀大气污染传输通道城市群(“2+26”城市群)2015—2019年气溶胶光学厚度(AOD)、PM_(2.5)浓度的时空分布格局进行分析,从月份、季节、年份三个时间维度定量分析其时空变化规律,并通过计算相关性系数来分析气溶胶光学厚度对PM_(2.5)浓度的影响。主要得出研究结论如下:(1)PM_(2.5)浓度整体呈现冬季>春季>秋季>夏季的趋势,并且表现出高度空间自相关性,2015—2019年间,PM_(2.5)浓度显著下降至40μg/m^(3)以下;(2)AOD平均范围值在0—1之间,总体上呈现春夏季高,秋冬季低的分布特点,到2019年,春夏秋三季AOD浓度呈现明显降低,夏季下降趋势最为显著,AOD同样表现出高度空间自相关性;(3)AOD与PM_(2.5)浓度存在显著的正相关关系。从季节变化上看,相关性呈现出:秋季>夏季>冬季>春季的特点。年均AOD与PM_(2.5)浓度呈现中等正相关关系。因此,定量研究气溶胶光学厚度与PM_(2.5)浓度在时空变化上的相似性以及相关性,可以证明气溶胶对大气污染存在影响关系,为未来城市空气质量管理提供科学思路和依据。

乌鲁木齐市地表温度与气溶胶光学厚度特征及相关性

城市温度升高以及大气污染等都会给人类的生产生活带来巨大影响。利用多源遥感数据,采用遥感和GIS技术,对乌鲁木齐市地表温度和气溶胶光学厚度的相关关系进行了研究,结果发现:①乌鲁木齐市日间地表温度月均值7月份最大,12月份最小;夜间地表温度月均值7月份最大,12月份和1月份较小;地表温度夏季最高,冬季最低;2010年、2015年、2020年的年均温有所增高。②乌鲁木齐市气溶胶光学厚度月均值2月份和4月份较大,11月份和1月份较小,气溶胶光学厚度春季最高,夏季最低;年均值变化类似地表温度。③乌鲁木齐市地表温度与气溶胶光学厚度在月、季节与年均呈现显著正相关性。该研究对乌鲁木齐城市环境污染治理具有显示借鉴意义。

激光雷达探测整层大气昼夜气溶胶光学厚度

为丰富整层大气气溶胶光学厚度测量手段,提出了一种综合微脉冲激光雷达与地面能见度测量数据的探测方法。该方法首先利用激光雷达数据反演得到气溶胶垂直消光系数廓线,据此计算出气溶胶标高;再利用能见度和消光系数的关系得到近地面水平方向的消光系数;最后,将近地面消光系数和标高结合,从而得到整层大气气溶胶光学厚度。将该方法应用于合肥地区,成功得到该地区整层大气气溶胶光学厚度的昼夜变化趋势,验证了该方法的可适应性。

基于MODIS数据的新疆大气气溶胶光学厚度时空变化分析

利用中分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS)大气气溶胶光学厚度产品数据,采用三角剖分算法、最近邻点搜索、插值法和趋势分析法,分析新疆气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)时空变化。结果表明:(1)新疆AOD总体呈下降趋势且地域差异明显,南疆AOD明显高于北疆,高值区主要集中在塔里木盆地边缘和天山北坡经济带。(2)北疆AOD年际变化不明显。2014年最高,2005年最低,年均值在0.15~0.18。南疆则呈明显的年际变化。最高值出现在2006年,为0.42;最低值出现在2017年,为0.22。(3)新疆AOD呈明显季节变化特征。春季最大,秋季最小。(4)2003—2019年南疆环塔里木盆地北部、东南边缘和北疆沿天山北坡经济带AOD增量明显。

贵阳市MODIS气溶胶光学厚度与大气污染物的关系模型研究

为了建立贵阳市气溶胶光学厚度(AOD)与大气污染物的关系模型,利用MODIS气溶胶光学厚度产品与同期贵阳市大气污染物浓度数据(PM_(2.5)、PM_(10)、SO_(2)、NO_(2)、CO和O_(3))进行回归建模分析,通过对比回归模型的R^(2)和Sig.,选择最优拟合模型。结果表明:气溶胶光学厚度与PM_(10)、PM_(2.5)和CO的最优拟合模型均为乘幂函数,其拟合优度R^(2)分别为0.493、0.597和0.293;与NO_(2)、SO_(2)和O_(3)之间的相关性不显著。该结果为大范围定量监测大气污染物浓度提供了一定的参考。

长三角卫星气溶胶光学厚度的空间插值研究

以长三角为研究区域,从数据采样密度、实测数据和空间分布等方面探讨空间插值方法插补气溶胶光学厚度(AOD)的适用性。研究结果表明,随着采样密度降低,AOD空间插值结果与原始影像的拟合优度R 2呈幂函数递增,拐点在5%附近,自然邻域插值法表现最好;插值后卫星AOD有效数据天数比例提高到约70%,相关系数R>0.8,年均值由0.48升高到0.66,从西北往东南逐渐减低。标准差由0.27升高到0.38,从北往南逐渐降低;有效数据天数比例随降水量由南到北递减呈现相反递增趋势,水面和山地有效数据天数比例低。数据采样密度为5%时,插值结果与原始影像的空间自相关、标准差和均值的相关系数分别为0.74、0.73和0.69。

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。

MODIS气溶胶光学厚度在临安大气颗粒物监测中的应用

基于大气辐射传输理论的研究表明,AOD(气溶胶光学厚度)与地面PM(颗粒物)浓度(以ρ计)呈正相关.利用2006—2010年MODIS晴空AOD数据产品与临安区域大气本底站监测的ρ(PM10)进行相关分析发现,二者的R(相关系数)为0.431,直接相关程度较低.根据AOD和气象能见度间的关系,获得了不同季节临安地区的气溶胶平均垂直标高,利用该垂直标高和RH(相对湿度)分别订正AOD和ρ(PM10)后,二者的相关性(R为0.576)明显提高.冬季AOD和ρ(PM10)的相关性最好,R为0.765;夏、春季次之,R分别为0.643和0.608;秋季最低,为0.442.经过对5年资料的对比分析,证实了MODIS气溶胶光学厚度经垂直标高和RH订正后,可用于临安地区地面空气污染的监测.

基于6S模型从MODIS图像反演陆地上空大气气溶胶光学厚度

本文描述了一种以MODIS图像反演陆地大气气溶胶光学厚度的算法,它是基于6S大气辐射传输模型计算的查找表(LUT),并利用地面的暗目标自动反演陆地大气气溶胶光学厚度的方法。利用该算法给出了我国江西省中部地区的2001年10月19日550 nm波长的平均大气气溶胶光学厚度(0.19),这与从国家气象档案馆获得的该地区的气象能见度计算结果有较好的一致性。

30年来我国大气气溶胶光学厚度平均分布特征分析

利用北京等46个甲种日射站1961～1990年逐日太阳直接辐射日总量和日照时数等资料,反演了30年来各站逐年、逐月0.75μm大气气溶胶光学厚度（Aerosol OpticalDepth,简称AOD）平均值,分析了我国大气气溶胶光学厚度的年、季空间分布特征和年代际之间的变化。结果表明:我国大气气溶胶光学厚度的多年平均分布具有典型的地理特征,除个别大城市外,100°E以东,AOD以四川盆地为大值中心向四周减少;100°E以西,南疆盆地为另一个相对大值中心。气溶胶光学厚度的各季分布具有各自的特征。20世纪60年代,我国大气气溶胶光学厚度的平均分布特征是以四川盆地和南疆盆地为两个大值中心向四周减少;70年代,绝大多数地区AOD值增加,其中从四川盆地到长江中下游地区以及华南沿海等地,AOD增加较为明显,AOD的分布和60年代较相似;到80年代,我国大范围地区AOD继续呈增加趋势,其中长江中下游地区,AOD增加相当明显,气溶胶光学厚度的分布发生了一定的变化。

中国地区大气气溶胶光学厚度与Angstrom参数联网观测（2004-08-2004-12）

利用2004年秋冬季全国联网资料，给出中国19个典型区域大气气溶胶的光学厚度（AODλ-_500nm）、Angstrom混浊系数（β）和Angstrom波长指数（α）．结果表明，在青藏高原，海北、拉萨，AOD平均分别为0．09、0．12，β平均分别为0．05、0．13，α平均分别为1．09、0．06，东北地区，海伦、三江，AOD平均分别为0．14、0．15，β平均分别为0．04、0．06，α平均分别为2．32、1．58，北部的荒漠地区，阜康、沙坡头、鄂尔多斯，AOD平均的范围为0、17～0．32，β平均的范围为0．09～0．19，α平均的范围为0．68～1．28．森林生态地区，长白山、北京森林、西双版纳，AOD平均的范围为0．19～0．42，β平均的范围为0．12～0．19，α平均的范围为1．11～1．25．农业生态地区，沈阳、封丘、桃源、盐亭，AOD平均的范围为0．34～0．68，β平均的范围为0、18～0．38，α平均的范围为0．97～1．39东部沿海地区以及湖泊，胶州湾、上海、太湖，AOD平均的范围为0．49～0．68，β平均的范围为0.21～0．29，α平均的范围为1．24～1．37．内陆城市，北京、兰州，AOD平均分别为0．47、0．81，β平均分别为0．20、0．45，β平均分别为1．66、0．89．并对19个站点气溶胶的光学特性及其变化特征进行了分别论述。

2001年春季中国北方大气气溶胶光学厚度与沙尘天气

利用敦煌、北京等5个观测站的大气光学厚度[AOT(λ)]资料,分析了2001年春季中国北方大气气溶胶光学厚度的时空分布特征。结果表明,在观测期内各站每月都有大气气溶胶光学厚度高值[AOT(λ=0.50μm)≥1.04]出现,与我国北方历年在春季发生的沙尘天气的一般时空分布特征基本一致。本文还探讨了大气气溶胶光学厚度与水平能见度以及沙尘天气之间的关系。

上海地区大气气溶胶光学厚度的遥感监测

采用V5.2算法,以MODIS 1B数据为数据源,利用Matlab软件进行数据预处理,反演了上海地区大气气溶胶光学厚度(AOD).将AOD反演值分别与NASA的MOD04-L2气溶胶产品(10 km×10 km)以及CE-318太阳光度计实测结果进行对比.结果表明:V5.2算法与NASA气溶胶产品相比,其精度更好,分辨率更高.基于V5.2算法和利用MODIS遥感影像反演结果,分析了上海市典型天气AOD;同时,将反演值与城市空气污染指数(API)进行了对比.结果表明:AOD从一定程度上可以反映地面大气污染状况.上海2008年AOD12月最小,大气相对较清洁,6月最大,大气相对较浑浊;AOD的日际变化呈早晚高、中午略低的趋势,其中每日的09:00和18:00出现全天最高值,12:00左右也会出现小高峰.

激光雷达测量大气气溶胶光学厚度方法研究

介绍一种激光雷达常数标定和气溶胶光学厚度(AOD)测量的新方法。利用太阳辐射计,获得大气气溶胶的光学厚度,激光雷达可以获得35-40 km高度的回波信号,在这一高度区间可忽略气溶胶的存在,大气模式可以提供大气分子散射系数,根据激光雷达方程计算出激光雷达常数。反之,标定激光雷达常数后,根据激光雷达方程,以激光雷达35-40 km的大气分子后向散射回波信号来确定气溶胶的光学厚度。激光雷达测量结果与太阳辐射计的测量结果一致性较好,说明该方法是可行的。这种新方法既可以用于白天的气溶胶光学厚度测量,也可以用于夜间测量。