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。

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。

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。

国外森林火险天气预测预报方法探析

林火是国际减灾战略的一项重要工作,也是生物多样性、全球气候变化和全球可持续发展的重要组成部分,森林火灾是对森林健康影响最大的自然因素之一.阐述了当前林业发达国家美国、加拿大、欧洲等国的森林火险天气预报预测模型,分析他们的特点,为我国林火预报预测模型的建立提供借鉴.

西藏拉萨ngstrm-Prescott系数选取研究

介绍了总辐射气候学的计算公式及几种计算方法，分析比较了青藏高原采用晴天（可能）总辐射、天文总辐射和理想大气总辐射为起始数据的太阳总辐射的计算方法和结果。根据西藏高原区拉萨气象站1971—1980年10年实测月总辐射Q、月平均日照时数n和月平均日照百分率s资料，重点比较了拉萨Angstrom-Prescott系数a、b选取方法及结果。结果表明，拉萨全年a=0．27、b=0．55，冬半年（10～次年3月）a=0．28、b=0．55；夏半年（4～9月）a=0.35、b=0．41。

基于光学厚度光谱特征改进北京地区气溶胶积聚模态比例估计

积聚模态比例(AMF)是细模态气溶胶光学厚度占总光学厚度的比例,是估算直接辐射强迫和评估细颗粒物污染的重要参数。利用2011年北京地区AERONET网站提供的气溶胶光学厚度(AOD)和粒子体积谱分布等微观参数,计算极值修正后的细模态Angstrom指数(αf)并进行气溶胶光学厚度光谱退卷积计算,改进AMF估算精度。AMF估算误差主要是由于αf的误差估计偏小造成的。通过统计模拟的αf极大值与极小值范围获取约束条件,建立极值修正方法。通过敏感性试验可知,极值修正可将αf约束在合理范围内,且αf和AMF对气溶胶归一化体积谱分布敏感,不同谱分布可使αf从0.662变化到2.849,AMF从0.08变化到0.84。经过极值修正后,AMF的平均误差从0.072减小到0.044,减小了38.89%,尤其在冬夏两季,误差减小明显。AMF精度的提高可直接提高细模态及人为气溶胶光学厚度的估算精度,对人为气溶胶的直接辐射强迫估算、气候变化评估和环境质量评价有着重要意义。

徐州市郊大气气溶胶光学特性时序动态变化分析

为获取徐州市郊大气气溶胶污染特征规律,利用地基遥感手段对2013年7月~2014年5月间徐州市郊气溶胶特性参数进行分析,结果揭示:(1)受冬季燃煤供暖和夏季秸秆焚烧等因素影响,气溶胶光学厚度季节特征显著,且月际、日内波动性显著;(2)气溶胶粒子多含水分,干粒子极少,主要为混合型和人为污染型;(3)5月气溶胶以粗粒子为主控粒子,其余月份均以细粒子为主,且气溶胶粒子类型多样,成分复杂;(4)春季粗模态的气溶胶粒子多于细模态粒子,夏季则相反,秋冬季节粗细模态粒子分布相当;另外,观测期间内徐州市郊基本未受到沙尘天气的干扰,积聚模态下的细粒子对徐州市郊气溶胶高污染的贡献更大.

测污激光雷达探测气溶胶消光特性和?ngstr?m指数

为了研究测污激光雷达对水平能见度和垂直气溶胶消光系数变化趋势的探测,采用污染气体探测激光雷达,以斜率法和Fernald方法,反演了301. 5nm和446. 6nm在水平及垂直方向的消光系数,以及波长的?ngstr?m指数。结果表明,水平方向上,301. 5nm和446. 6nm的消光系数和能见度随时间变化均保持一致性;垂直方向上,301. 5nm和446. 6nm气溶胶消光系数随时空变化趋势相同,?ngstr?m指数随着时间的推移有所变化,但空间变化趋势相同。该结果对分析差分吸收激光雷达修正气溶胶的影响是有所帮助的。

北京沙尘天气期间气溶胶光学特性分析

利用全球地基气溶胶观测网(AERONET)资料,分析了北京地区2001—2013年沙尘天气期间气溶胶的光学特性。结果表明,北京沙尘天气期间受沙尘粒子的影响,气溶胶光学厚度值(AOD)较大,且随波长增大而减小,在波长440 nm处平均值约为1.2;气溶胶Angstrom波长指数97.62%都聚集在0.7以下,说明北京沙尘天气期间粒子较大;沙尘天气期间单次散射反照率随波长增加而增加,平均值约为0.93;复折射指数实部在波长675 nm处最大,平均约为1.55,虚部在440 nm处最大,平均值达到0.006;总的不对称因子平均值约为0.72;北京地区沙尘天气期间气溶胶粒子谱型呈双峰分布,且以粗模态粒子为主,其峰值随光学厚度的增大而增大,粗模态粒子的峰值半径平均约为2.6μm。这些参数对于深入研究沙尘气溶胶的辐射效应和气候效应都是必不可少的。

中国典型地区气溶胶激光雷达比反演与分析

为了解决大部分微脉冲激光雷达无法独立获取激光雷达比的问题,利用榆林、北京、寿县和太湖4个地区气溶胶监测网(AERONET)站点观测的气溶胶粒子谱分布和复折射指数产品,通过米氏散射方法计算得到气溶胶激光雷达比。根据得到的长时间序列气溶胶激光雷达比分析了不同地区激光雷达比的季节变化和年变化特征,并结合Angstrom波长指数对不同地区气溶胶类型进行了简单分析。得到了以下结论:不同地区同季节以及同地区不同季节激光雷达比相差较大;观测期间榆林地区年平均激光雷达比最小,多年平均值为(36.3±15)sr;北京、太湖和寿县地区的雷达比年均值较大;北京地区激光雷达比年均值的最低值出现在2008年,其他地区的年均值变化不大;激光雷达比与Angstrom波长指数能够区分各地区气溶胶主要类型且均出现由北到南递增的趋势。

紫外双波长激光雷达系统研制与信噪比分析

利用Nd∶YAG激光器产生的10 Hz中心波长为355 nm和266 nm的激光束作为光源,研制了用于对流层大气气溶胶探测的紫外双波长激光雷达,实现了气溶胶Mie散射信号在紫外波段的精细分离和提取。利用266 nm信号探测气溶胶光学特性时不受太阳背景光的影响。对双波长Mie散射信号日间和夜间探测信噪比的数值仿真结果和实际探测信噪比作对比分析,得出日间探测时355 nm信号的信噪比较低,夜间探测时266 nm信号的信噪比较低,这与数值仿真结果一致。通过分析实际探测信噪比为10时的数据,得到该系统日间探测时266 nm信号的探测高度可达2 km,夜间探测时355 nm信号的探测高度可达5 km。利用该激光雷达对西安地区的晴天和雾霾天气进行初步探测,研究分析了晴天和雾霾天气的气溶胶光学特性、臭氧浓度和消光系数。分析了臭氧浓度对反演消光系数和Angstrom指数的影响。结果表明,臭氧浓度越大,消光系数的反演误差越大。雾霾天气气溶胶的消光系数大于晴天气溶胶的消光系数。

基于散射比值的粒子特性提取

前向小角度的散射辐射分布与散射介质的粒子大小和光学厚度有关。基于一种新型变视场光度计,测量不同天气条件下的前向小角度散射比值、大气光学厚度τ和气溶胶粒子的Angstrom指数α,并与DISORT方法模拟结果进行对比分析。研究结果表明:散射比值随光学厚度的增大而增大;但当光学厚度τ<1时,散射比值取决于粒子有效尺度,粒子尺度越大,散射比值越小。卷云冰晶尺度较大时(De>10μm),其散射比值小于气溶胶粒子和水云,这为区别薄卷云与气溶胶提供了一种新方法。给出一种提取卷云光学厚度的简单方法,证明了卷云的消光系数在短波段与波长无关。以上研究为地基探测大气特性提供了一定参考价值。

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。