长江口及邻近海域的浊度日变化遥感研究

基于长江口及东海的浮标观测资料,建立针对静止海洋光学传感器(GOCI)的瑞利校正反射率数据的浊度反演模型,并对长江口及邻近海域的浊度进行遥感反演。研究结果显示:680 nm波段对浊度信号最敏感,基于多波段组合建立的模型的反演效果最佳;长江口及邻近海域的浊度分布呈现出近岸高、远岸低的特征,长江口到杭州湾的浊度一天内呈先增后减的变化趋势,杭州湾以南的日变化趋势则相反;水体浊度日变化受海洋动力的影响可通过浑浊带表征,浑浊带外的水体浊度日变化不显著;浑浊带具有显著的季节性特征,呈现出冬远夏近的趋势,与海流有关。     

激光雷达组网观测济宁市大气污染变化特征

大气气溶胶通过直接效应影响到达地表的辐射量以及间接效应影响云的生消和降水等过程，还因其含有的各种有毒物质颗粒，影响城市能见度，导致霾过程频发，而这些颗粒进入人体会对人体健康造成一定危害。利用济宁市2018年—2019年期间多台气溶胶激光雷达的垂直观测廓线数据与区域空气质量监测数据，分析了不同大气污染过程中的颗粒物时空演变特征。结果显示，济宁市夏季的细粒子污染存在一定的区域差异性，主要呈现两种日变化特征。一种是部分区域在夜间消光强，白天消光弱，主要是因为夜间受到湿度偏大与污染源排放叠加的影响；另一种是部分区域白天消光相对较强且整体无明显日变化特征，原因在于周围污染源较少且受人工湖的影响。此外，近地面气溶胶消光系数变化显示辰欣制药站与金马酒店站附近颗粒物浓度相对更高。沙尘观测结果显示，济宁市的沙尘天气多出现于4月和5月，沉降过程中颗粒物浓度可高达平时浓度的5倍。同时对比扫描观测结果显示，局地污染的轮廓无规则、范围小、突发且消光很强，而大范围污染过程则轮廓面积大且其消光逐渐增大。     

基于船载测量亚微米海洋气溶胶粒径分布特征分析

基于南海北部海域开展的走航观测,测量了颗粒直径为14～680 nm的气溶胶数浓度,分析了气溶胶数浓度时空分布、粒径分布特征。以核模态、Aitken核模态和积聚模态为基础,统计了气溶胶粒径谱谱型并对其分布模式进行了对数正态拟合。同时,讨论了航程中遭遇的一次冷锋过程对气溶胶数浓度、粒径和组分分布的影响。结果表明：沿海海域气溶胶总数浓度超过6800 cm^-3,远海海域气溶胶总数浓度约为1700 cm^-3;海洋气溶胶中位数粒径谱符合对数正态分布,近海气溶胶多为双峰型,峰值数浓度在200 cm^-3左右,而远海气溶胶多为单峰型,峰值数浓度在60～100 cm^-3之间;冷锋过程前的气溶胶样品属于海源气溶胶,呈现海洋本底气溶胶特征,而冷锋过程后的气溶胶样品为受台湾岛污染影响的陆源气溶胶。     

上甸子区域大气本底站NO2柱浓度光谱反演及其变化特征

为了探究京津冀本底浓度地区NO₂这一重要空气污染物的变化特征,采用多轴差分吸收光谱技术（MAX-DOAS）在上甸子区域大气本底站开展了太阳散射光谱观测以及NO₂柱浓度反演研究。在NO₂的405～430nm特征谱段进行了定量光谱解析,并通过几何近似法计算了2009年7～9月NO₂对流层垂直柱浓度（VCD_trop）。观测期间NO₂ VCD_trop平均值和最大值分别为5.43×1015和7.15×1016 molec·cm-2。NO₂ VCD_trop日均值浓度水平较低,但总体上有上升趋势。NO₂ VCD_trop变化过程与风速风向关系密切：西南风时风速越小NO₂ VCD_trop越低,东北风对NO₂ VCD_trop有扩散稀释作用。NO₂ VCD_trop日变化形态总体上呈现为中午时段低、早晚较高的特征,并且傍晚峰值比早间峰值略高。上甸子站NO₂ VCD_trop浓度水平和日变化幅度相比北京城区同期观测结果明显偏小。NO₂ VCD_trop变化特征与河北香河和固城等污染相对较轻站点观测到的变化特征相一致。总之,MAX-DOAS能够有效监测区域本底大气的NO₂ VCD_trop,其变化特征与工业和交通排放、大气光化学过程、大气传输等复杂因素有关,还需积累更多数据和深入研究。     

车载被动DOAS的污染气体柱浓度分布重构方法

大气污染的综合防治需要从不同尺度的区域出发,充分研究区域的环境特点,需要对空气质量有作用的多种因素进行全面系统的分析,获取大气污染物浓度时空分布是了解区域污染特征的重要途径。获取高空间分辨的大气污染物柱浓度分布情况是掌握区域污染程度的重要前提。由大气扩散模型,排放源周边的大气污染物的柱浓度服从高斯分布。将车载被动差分光学吸收光谱（DOAS）获取的对流层污染气体垂直柱浓度空间分布信息结合序贯高斯模拟方法重构了高空间分辨率的区域污染物柱浓度分布及其误差分布。分别选取工业园区（钢铁企业）、城市区域（北京市怀柔城区、北京市通州城区）等典型区块进行走航观测,获取观测路径上的NO₂和HCHO柱浓度,结合地理信息网格化车载观测数据,利用序贯高斯模拟获取了观测区域的NO₂和HCHO柱浓度分布以及污染物柱浓度误差分布,重点分析了该方法在排放特征不同的区域柱浓度分布模拟重构的可行性及重构结果的不确定性。某钢铁企业、怀柔城区、通州城区内污染源依次减少,气态污染物分布的结构复杂性依次降低。由半方差分析结果,某钢铁企业由于NO₂排放源多,污染物柱浓度空间依赖性略弱,城市区域污染物柱浓度表现出强烈的空间相关性,并且整体呈现出了区域污染源越复杂,空间相关性的范围越小的特点。基于立体监测数据获取了观测区域百米空间分辨的污染物垂直柱浓度分布及误差分布,在不依赖下垫面数据、源清单数据或人口分布数据的基础上基于实测数据低成本地获取了重点工业区或城市区域气态污染物的分布细节,同已有的卫星遥感等方法获取污染气体垂直柱浓度分布相比,空间分辨率提高了2～3个数量级,同时通过柱浓度误差分布定量评估了模拟重构的准确性。针对不同排放特征的重点区域大气污染状况,提供了新的准确性可评价的实测手段,该方法对了解区域污染状况、污染控制对策及控制效果的评估具有重要作用。     

中国东部海域叶绿素时空变化经验正交分析及探讨

利用经验正交函数(EOF)分析了中国东部海域SeaWiFS叶绿素a(1998—2007年)时空变化主要模态,对前3个模态进行了功率谱分析。气候平均结果表明,叶绿素a空间总体分布特征为近海高、外海低,季节变化为春季3—4月最高,夏季6—7月最低。EOF前3个模态所占的贡献率分别为84.89%,3.38%,1.06%。第一模态权重占绝对优势,空间分布与气候平均场基本一致,时间序列表明1998年和2000年为叶绿素a浓度典型低值年,2007年为叶绿素a浓度典型高值年,线性拟合表明总体叶绿素a浓度呈缓慢增加趋势。第二模态主要体现为季节变化,功率谱显著周期为12个月,空间上呈长江口、杭州湾及浙江沿岸海域为正,离岸海域为负的反位相分布特征。第三模态功率谱显著周期为12个月和6个月,以122.9°E,32.2°N为中心的区域呈负相位,黄海和浙江外海区域呈正相位分布,这可能受沿岸流、长江径流转向路径和台湾暖流变化所影响。     

华北平原污染气体区域分布的车载DOAS遥测研究

利用车载差分光学吸收光谱技术(DOAS)于2013年6月至7月对华北平原进行走航观测,研究了不同风场下SO_2和NO_2的柱浓度空间分布特征及其对北京地区的影响。研究发现,在石家庄、保定和济南附近同时观测到SO_2和NO_2高值,表明三地附近存在工业排放源,其中6月11日石家庄附近观测到SO_2和NO_2高值区域均值分别为1.29×10~(17)molecule·cm~(-2)和3.59×10~(16)molecule·cm~(-2),为低值区域均值的3.8倍和3.6倍。在西南稳定风场下,石家庄—保定—北京方向为一条污染物输送通道,Hysplit风场轨迹模型结果也验证了该输送通道的存在。车载DOAS观测的NO_2柱浓度和臭氧检测仪(OMI)检测结果的对比显示,两者具有较好的一致性;同时卫星观测也验证了偏南风场下污染物输送通道的存在。实验结果表明车载DOAS技术在污染物排放源监测、空气污染物地区分布快速获取以及卫星数据校验方面都具有重要作用。     

河口近底细颗粒悬沙运动的声散射观测

介绍声散射器在河口近底细颗粒悬沙运动研究中的应用，并利用在长江口、杭州湾测得的粘性悬沙浓度垂向分布资料，来说明声学技术能成功地观测到河口高时空分辨率的悬沙浓度垂向分布。     

南海夏季沿岸内波与定点声起伏特征分析

利用2020年6月海南岛沿岸试验数据,分析内波及声能量起伏特征。试验海域以全日潮内波为主,并伴随有高频内波活动。内波活动引起360 Hz单频信号20 km定点声起伏峰峰值超过30 dB, 320～400 Hz线性调频信号起伏峰峰值超过15 dB。利用测量数据结合数值仿真,讨论了内波引起单频信号和线性调频信号呈现不同起伏特征的原因。结果表明:试验海域内波活动导致单频声场模态间干涉条纹出现移动,进而导致接收位置处特定频率的声能量出现大幅度的快速起伏;由于带宽内的平均作用,宽带信号的能量起伏远小于单频信号的能量起伏。当内波传播速度变化时,各内波成分在声传播路径上出现的时间和位置发生了变化,使得声场出现剧烈起伏的时间也随之变化。     

地基高分辨率傅里叶变换红外光谱反演环境大气中的CH4浓度变化

CH₄在大气中的浓度较低(～1.8 ppmv)且混合较为均匀, 不同区域浓度差较小, 其在大气中微量变化的精确观测对反演技术提出了很高要求. 基于高分辨率(0.02 cm^-1)傅里叶变换直射太阳光谱, 研究一种高精度、大尺度的CH₄浓度反演方法, 高灵敏地观测CH₄在大气强背景下的浓度变化. 先利用先验参数实现测量光谱的准确建模, 再采用非线性最小二乘光谱拟合和非线性逐次迭代相结合的方法反演CH₄的垂直柱浓度(vertical column density, VCD), 并以7885 cm^-1 O₂ 吸收窗口为参考, 反演CH₄的柱平均干空气混合比浓度(column-averaged dry air mixing ratios) XCH₄. CH₄ VCD和XCH₄拟合误差均小于1%, 且绝大多数XCH₄反演值均位于Total Carbon Column Observing Network (TCCON)规定的<0.5%区间内. 基于典型的日观测值, 研究了CH₄浓度的日变化规律, CH₄ VCD随时间变化而减少, XCH₄的日变化量小于0.02 ppmv.