中国3个典型城市气溶胶光学厚度地基观测及其MODIS气溶胶产品精度分析

利用中国太阳分光观测网的观测资料结合MODIS(中分辨率成像光谱仪)的气溶胶产品分析了北京、兰州、上海3个典型区域城市的气溶胶光学特性。结果表明:北京AOD(气溶胶光学厚度)年平均为0.41±0.35,春夏高,秋冬低,Angstrm波长指数α年平均为1.40±0.85表现为细模态粒子,MODIS的光学厚度为0.52±0.39与地面观测相关系数为0.91,存在系统性高估;兰州AOD年平均为0.55±0.21,夏季最低,秋冬较高,α年平均为0.95±0.20表现为粗模态粒子,MODIS光学厚度为0.43±0.21与地面观测相关系数仅为0.07,存在系统性低估;上海AOD年平均为0.55±0.21,无明显季节变化,α平均为1.03±0.25,MODIS光学厚度为0.74±0.30与地面观测相关系数为0.75,存在系统性高估。城市地理位置和复杂地表等原因造成反照率的不确定,MODIS气溶胶产品在这3个城市的反演效果仍有很大提升空间。

华北地区南部城市秋冬季黑碳来源解析——基于改进后的黑碳仪模型

为分析华北地区南部城市漯河市秋冬季黑碳(BC)浓度和来源的变化特征,使用7波段黑碳仪(AE33)于2022年9月1日~2023年2月28日在漯河市测量BC浓度,并使用改进后的钾离子动态约束黑碳仪模型进行源解析.此外,对元旦及春节期间烟花爆竹燃放对eBCEC和K^(+)的影响进行分析,以期对华北南部城市的BC污染控制提供合理的建议.结果表明,漯河市秋冬季eBCEC平均浓度为3.62μg/m^(3),冬季浓度(5.17μg/m^(3))约为秋季浓度(2.15μg/m^(3))的2.4倍.eBCEC昼夜浓度变化呈双峰型,峰值出现在8:00和21:00.使用改进后的黑碳仪模型解析出秋冬季BC主要来自化石燃料燃烧的贡献(74.69%±15.63%),其次为生物质燃烧贡献(25.31%±15.63%),控制化石燃料燃烧源对BC污染的改善更加有效.元旦、元宵节和春节等烟花爆竹燃放时段eBCEC的浓度均值分别为11.45、8.42和8.12μg/m^(3),分别为非烟花爆竹时段的2.6、1.9和1.8倍;春节、元宵节和元旦烟花爆竹燃放时段K^(+)浓度分别为26.11、16.23和5.79μg/m^(3),分别为非烟花爆竹时段的6.9、6.3和3.6倍;烟花爆竹燃放时段K^(+)浓度增幅明显高于eBCEC,会对约束模型结果造成干扰,建议使用该模型时剔除烟花爆竹燃放时段的数据.

中国部分典型地区气溶胶光学特性观测

利用DTF型太阳光度计在我国几个典型城市地区较长期观测得到的资料,分析了不同地区气溶胶光学厚度日变化和季节变化特征,得到了各地区观测期间日均值、月均值和季节值的变化。结果显示,观测期间丽江地区气溶胶光学厚度最小,大气较洁净,大气中以细粒子为主;其次是张北;喀什和合肥地区气溶胶光学厚度都较大,但喀什、张北多以粗粒子为主,合肥多以细粒子为主。各地区都在春季气溶胶光学厚度较大,冬季最小。喀什的气溶胶光学厚度值多集中在0.15到0.7之间,张北多集中在0.08到0.4之间,合肥多集中在0.2到0.75之间,丽江多集中在0.01到0.1之间。各地区气溶胶光学厚度和ngstrm波长指数频率分布基本呈高斯分布,气溶胶光学厚度峰值分布由高到低依次为合肥、喀什、张北、丽江,ngstrm波长指数由高到低依次为丽江、合肥、张北、喀什。

渤海气溶胶时空分布研究

利用2003—2008年在渤海所测的212组气溶胶数据,研究了气溶胶光学厚度(AOT)、浑浊度系数(β)和ngstrm指数α的时空分布规律,并初步探讨了气溶胶特征参数之间的关系。结果表明,在时间分布方面,渤海气溶胶光学厚度、浓度和粒径尺度在一天中的变化比较小,中午AOT较大,10点左右AOT较小。从6月份到9月份,AOT、β和α的范围和均值均呈下降趋势;3月份AOT、β和α均明显小于六、8、9月份的对应值。离岸25km之内的大部分地区,AOT随离岸距离的增大而减小;但25km以外,气溶胶变化没有规律。比较而言,气溶胶AOT和β变化比较一致。浑浊度系数(浓度因子)β比ngstrm指数(尺度因子)α对气溶胶光学厚度AOT的影响更明显,AOT和β的关系可采用一阶线性回归方程表示。

太阳光度计定标方法和西安地区气溶胶光学特征的研究

利用西安理工大学2015~2018年的太阳光度计观测资料,在传统Langley法定标的基础上,利用期望平均法和拟合平均法获得了更为稳定的仪器定标系数,分析了西安地区气溶胶光学厚度和Angström波长指数的变化特征。研究结果表明:(1)仅用Langley法对仪器进行定标带来的误差较大,引入期望平均法与拟合平均法后,得到的仪器定标值更合理,有效解决了Langley法定标值波动较大的问题;(2)西安地区气溶胶光学厚度日变化呈现5种特征:平稳型、上升型、下降型、凹型和凸型,其中平缓型出现频率最低(3.55%),凸型出现频率最高(34.25%);(3)500 nm气溶胶光学厚度季节均值为0.60±0.36,0.59±0.33,0.62±0.40,0.68±0.36,呈春夏低、秋冬高的季节变化趋势。Angström波长指数季节均值在夏季最大(1.06±0.33),春季最小(0.81±0.32)。

杭州市大气气溶胶光学特性研究

利用太阳分光光度计(CE-318)对杭州市地面的气溶胶光学特性进行观测,并对卫星反演的中分辨率成像光谱仪(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS)气溶胶产品进行验证.结果表明,MODIS气溶胶产品在杭州地区的精度较高,3个站点全部数据回归曲线的斜率和截距分别为1.02和-0.14(RSME=0.22,R2=0.71).在此基础上,利用MODIS数据分析了杭州市气溶胶光学特性的时空特征.结果发现,在长时间变化尺度上,气溶胶光学厚度(AOT)逐渐增加,而且波动较大;ngstrm指数(α值)比较平稳,没有明显的变化趋势,但是周期性较为明显.AOT和α值的季节变化特征明显,AOT的最大值和最小值分别出现在春季和冬季,分别为0.56±0.19和0.39±0.15;α值的最大值和最小值分别出现在夏季和春季,分别为1.56±0.23和1.07±0.20.在空间上,以城市/工业型气溶胶为主的杭州市区的AOT(0.76)较大,α值(1.01)较小;而植被覆盖较多、人为影响较小且以自然型气溶胶为主的地区的AOT(0.41)较小,α值(1.43)较大.整个杭州市春季的AOT普遍高于其它季节,α值相反.

基于地基遥感的杭州地区气溶胶光学特性

利用2012年杭州、桐庐、建德、淳安CE-318太阳光度计的观测资料,反演获得了气溶胶光学厚度(AOD)、?ngstr?m波长指数(AE)、单次散射反照率(SSA)和气溶胶粒子谱(ASD)等参数,分析了杭州地区气溶胶光学特性的变化规律.结果表明,2012年杭州、桐庐、建德、淳安AOD_(440nm)年均值分别为0. 94±0. 16、0. 84±0. 17、0. 82±0. 22、0. 71±0. 20,呈现出自东北向西南逐渐下降的变化趋势,是长三角地区AOD高值地区之一. AE_(440-870nm)年均值分别为1. 24±0. 12、1. 19±0. 17、1. 06±0. 04、1. 04±0. 10,表明杭州地区以半径较小的气溶胶粒子为主控模态. 3～4月AE相对偏低与来自北方的沙尘粒子远距离输送有关.除淳安外,杭州、桐庐和建德AOD有明显的日变化特征.不同地区细模态粒子峰值半径春季、秋季和冬季均在0. 15μm左右,由于气溶胶粒子的吸湿增加导致夏季细模态粒子的峰值半径在0. 25μm左右;粗模态粒子峰值半径夏季、秋季和冬季均在2. 94μm左右,高于春季(1. 7～2. 2μm). SSA_(440nm)年均值分别为0. 91±0. 01、0. 92±0. 03、0. 92±0. 02、0. 93±0. 02,说明杭州地区气溶胶粒子为中等强度吸收性气溶胶.对气溶胶类型进行分类表明,杭州以生物质燃烧/城市工业型为主,而桐庐、建德和淳安以混合型为主.

基于生态修复的矿区气溶胶时空分布特征——以迁安矿区为例

以迁安矿区为研究区,利用MODIS的气溶胶产品MCD19A2和MOD04_3K,探究2015年和2020年的气溶胶光学厚度(AOD)、?ngstr9m(AE)指数和气溶胶类型的时空变异特征。结果表明:(1)与2015年相比,除2020年冬季以外,2020年AOD值明显降低;(2)与2015年相比,2020年西北部细颗粒物占比增多,东南部粗颗粒物占比增多,矿区AE指数存在明显季节特征,春季AE指数较小,大气污染物以粗颗粒污染物为主,夏季和秋季AE指数较大,大气污染物以细颗粒物为主;(3)AE指数的季节变化也存在明显的时空分布特征,与2015年相比,冬季东部AE指数明显降低,粗颗粒占比增大,春季区域内整体AE指数升高,粗颗粒占比减少,秋季北部AE指数明显升高,粗颗粒占比减少,夏季是全年AOD值和AE指数的高峰期,其原因可能是6月和7月秸秆燃烧产生了大量的细气溶胶颗粒;(4)矿区气溶胶主要由生物质燃烧或城市-工业型气溶胶和混合型气溶胶构成,与2015相比,2020年春季主要气溶胶类型发生较大改变,沙尘型气溶胶占比明显减少;(5)2015年至2020年期间开展的矿区生态修复工程明显改变了矿区大气气溶胶光学属性和类型,在一定程度上改善了迁安矿区的大气环境。