FY-3B TOU与Aura OMI卫星臭氧总量产品的比对分析

通过FY-3B TOU与Aura OMI卫星臭氧总量产品的比对分析,检验FY-3B TOU臭氧总量产品的适用性。结果显示,两者的相对偏差(RD)在赤道、南北半球中纬度大部分地区为2%~4%,而在南北极区扩到4%~6%和8%~10%,从赤道到两极RD随纬度升高而增大;除南北极区外,其余地区RD月平均值均呈现出明显的季节变化特征,尤其南半球中纬度地区的季节特征更为显著;赤道地区RD值随卫星臭氧总量的变化波动较小,基本稳定在0.1%~2.9%,其余地区仅卫星臭氧总量在230~500DU之间时,RD才出现相对稳定的波动,可见除赤道地区外RD在不同区域对卫星臭氧总量值有一定程度的依赖性;南北极区太阳天顶角(SZA)在45°~65°期间,RD随SZA增大均呈正的下降趋势,在70°~80°之间均呈现小幅度的回升,总体来看,TOU臭氧总量RD值受SZA变化情况并不明显。

FY-3C卫星紫外臭氧总量探测仪的在轨替代定标

风云三号气象卫星C星(FY-3C)搭载的紫外臭氧总量探测仪因太阳辐照度观测值异常而无法进行常规在轨星上定标,导致臭氧总量产品无法正常生成。在研究了风云三号气象卫星B星(FY-3B)TOU辐照度观测数据的特点以及仪器衰减规律后,结合FY-3C/TOU辐照度和辐亮度实测数据,探索了基于晴空海洋像元观测值计算仪器的衰减系数法。本文选取受陆地气溶胶影响较小的热带太平洋海区,用矢量辐射传输模式模拟云量较小的像元对应的晴空辐亮度,比较观测值与模拟计算值,通过统计筛选晴空像元,估算FY-3C/TOU探测器随时间的衰减系数。在确定仪器衰减系数后对FY-3C/TOU历史数据进行处理,反演获得了全球臭氧总量并与WMO/WOUDC地基观测数据进行对比。结果表明,基于晴空辐亮度估算的仪器衰减系数进行的臭氧总量反演的均方根误差在5%以内。在星载紫外探测器星上辐射定标失败的时候,可以利用晴空海洋像元确定仪器的定标系数。

FY-3B TOU与OMI卫星臭氧总量产品的比对分析

利用Aura卫星臭氧观测仪(OMI)反演的臭氧总量产品OMTO3对FY-3B TOU(2010年11月至2016年12月)臭氧总量产品进行验证分析,通过TOU与OMTO3相对偏差(RD)在空间和时间尺度上的比较分析来评估FY-3B TOU臭氧总量产品的可靠性。研究结果显示,赤道、南北半球中纬度的大部分区域RD值分布在2%~4%之间,南北极区扩到4%~6%和8%~10%之间,在赤道到两极地不同空间上RD随纬度升高而增大。除南北极地区域外,TOU臭氧总量RD月平均值均呈现出明显的季节变化特征,尤其南半球中纬度区域的季节变化较其他区域更为显著。南半球中纬度区域,波谷值出现在6月~7月,北半球中纬度区域,波谷出现在2月~3月。赤道区域RD值随卫星臭氧总量的变化波动较小,基本稳定在0.1%~2.9%之间,其余区域仅卫星臭氧总量在230 DU~500 DU之间时,RD才出现相对稳定的波动,TOU臭氧总量RD在不同区域对卫星臭氧总量值均出现了一定程度的依赖性。南北极区域SZA在457)~657)期间,TOU臭氧总量RD随SZA增大均呈正的下降趋势,在707)~807)之间均呈现小幅度回升趋势。从总体上来看,TOU臭氧总量RD值受SZA变化情况并不明显。

基于GIS的FY3 TOU臭氧总量产品验证分析查询系统

风云三号(FY-3)是中国的第二代极轨气象卫星,其星载遥感仪器探测全球资料的能力大大提高。目前,FY-3卫星臭氧总量产品已实现业务化生成,并且在多个应用领域中取得成功。然而,对于FY-3臭氧总量产品的精度评估分析还没有一个通用型的验证软件,能够快速获取全球任意区域的FY-3臭氧总量产品的精度。利用GIS地理信息系统和数据库技术进行FY-3臭氧总量产品验证分析软件的设计,基于地基观测数据和Aura OMI卫星臭氧数据,完成FY-3卫星臭氧总量产品与地基和星基的对比分析,实现FY-3卫星臭氧总量产品检验的自动化,为今后开展类似卫星臭氧产品的验证提供便捷平台。

大气臭氧总量与吸收性气溶胶指数的关系

吸收性气溶胶指数AAI(Absorbing Aerosol Index)是基于卫星观测的紫外后向散射辐射导出的参数,与大气中对紫外线有吸收作用的气溶胶(简称吸收性气溶胶)有关,能够定性反应吸收性气溶胶的存在与空间分布特征。由于臭氧在AAI反演波段对紫外线仍然存在弱吸收作用,因此AAI可能与大气臭氧总量有关,臭氧反演的误差也可能对AAI的反演精度造成影响。为了研究臭氧总量与AAI的关系,臭氧反演的精度对AAI反演的影响,利用辐射传输模型通过敏感性实验,来模拟吸收性气溶胶指数和臭氧总量之间的关系,臭氧反演误差对吸收气溶胶指数的反演的影响。采用沙漠气溶胶,不改变气溶胶的含量,通过改变中纬度夏季的臭氧总量来计算大气模型。对臭氧总量、气溶胶含量与AAI的内在关系,臭氧总量对AAI反演精度的影响进行了模拟,模拟结果表明,气溶胶指数与臭氧总量的改变存在正相关关系,而臭氧总量的反演误差对AAI指数的反演影响不大。基于风云三号气象卫星紫外臭氧总量探测仪(FY-3/TOU)的臭氧总量和吸收性气溶胶指数数据(2012年),分析了青藏高原地区7月份臭氧总量与吸收性气溶胶指数空间分布特征的关系,与模拟结果一致。

北极臭氧年际变化特征及其与极涡的关系

利用风云三号卫星搭载的紫外臭氧总量探测仪(TOU)和国际同类卫星的臭氧总量数据对1979年—2011年北半球春季臭氧特征进行了分析,发现北极臭氧年际变化显著,它与平流层温度变化一致(相关系数为0.75)。北极臭氧损耗异常强弱年的月均和日变化特征有明显差异,春季北极臭氧损耗强年有明显的化学损耗过程(1997年和2011年),而弱年化学作用影响不明显(1999年和2010年)。损耗弱年的日变化型在不同年份特征不同,它的臭氧变化可能更多受天气过程的影响。综合分析北极涛动、极涡和平流层温度等大气环流背景场的变化,表明春季北极臭氧损耗强弱受大气环流变化影响。北极涛动指数正位相,极涡偏强偏冷,北极臭氧损耗异常偏高。北极涛动指数负位相,极涡偏弱偏暖,北极臭氧损耗异常偏低。

相对湿度对吸收性气溶胶指数的影响

为提高风云三号气象卫星(FY-3)紫外臭氧总量探测仪(TOU)观测数据得到的吸收性气溶胶指数AAI(Absorbing Aerosol Index)或AI(Aerosol Index)的可靠性,需要了解AAI指数与相对湿度之间的内在关系。本研究利用大气辐射传输模型DAK(Doubling-Adding KNMI)分别模拟了在城市气溶胶和乡村气溶胶模式下AAI同相对湿度之间的关系,并将结果同已观测到的实际结果进行对比。结果发现,在相对湿度呈高值时AAI指数出现很大的变化,但相对湿度对两种气溶胶模型的影响具有相反的效应,分析显示当大气中含有吸收性气溶胶如含碳类气溶胶(在中国北部的污染过程中很常见)时,AAI结果对RH(Relative Humidity)有很强的依赖。在应用AAI指数产品检测污染过程中需要注意气溶胶的具体类型和相对湿度的影响,必要时在高相对湿度过程中进行数据校正或剔除。