中国地区气溶胶光学厚度时空分布特征研究

本文基于星载激光雷达(CALIPSO)数据,反演得到气溶胶光学厚度(AOD).将中国地区划分为东北、华北等7个区域,对各区域不同季节的气溶胶光学厚度进行统计分析.结果显示,各区域气溶胶光学厚度差异较大,其大小与沙尘气溶胶和污染气溶胶的发生频率有较大的相关性;不同季节的气溶胶光学厚度差异较大,其中秋季最大,夏季最小.     

太原盆地霾日气溶胶垂直分布及气象要素分析

近年来,太原盆地气溶胶污染比较严重。为探讨太原盆地气溶胶垂直分布及气象要素的影响,本研究团队应用CALIOP气溶胶资料、地面观测站资料获得了太原盆地2018—2020年气溶胶消光系数的垂直分布;基于HYSPLIT后向轨迹和聚类分析方法,结合CALIOP气溶胶类型数据、NCEP/NCAR再分析资料、MICAPS高空和地面常规观测资料对太原盆地不同来源的气溶胶的垂直分布、类型及天气形势进行了探讨。结果表明:太原盆地霾日气溶胶消光系数的最大值为1.22 km-1,消光系数随着高度的增加而减小;晴日消光系数的最大值为0.33 km-1;新疆和内蒙古方向的气团对太原霾日的贡献最大(46%),其次为来自本地的污染气团(39%);太原盆地受西北或偏西气流的影响,同时在低层暖平流的控制下,易聚集污染沙尘型气溶胶;在静稳天气背景下,低层暖平流导致逆温层形成,地面弱气压区及弱风速区使污染物不易扩散,容易聚集污染沙尘型气溶胶和大陆污染型气溶胶;地面上,太原盆地处于高压底前部,地面风速较大,700～850 h Pa处的冷平流将高纬度的污染物输送至太原盆地,气溶胶以沙尘型气溶胶为主,气溶胶抬升高度较大。     

基于MTSAT卫星数据的云掩膜阈值算法

使用ABI Cloud Mask算法,结合多种基础的表数据,对MTSAT-1R卫星图像进行了云掩膜分类。将卫星图像中的像素成功分为了4类:"晴空""似晴空""似云""云"。实验结果表明,本掩膜计算方便,达到了进一步计算下一步数据的要求。     

基于实测数据的海杂波K分布参数估计方法研究

针对海杂波K分布模型参数难以估计的特点,提出了一种自适应遗传求解算法。该算法利用相关熵作为适应度函数,按照自适应变异原则进行优化,实现了参数的准确估计。实测数据处理结果表明,该算法性能优于矩估计法和最大似然估计法,具有很高的估计精度和适应性,从而为最优检测算法设计提供依据。     

气溶胶质量浓度空间垂直分布的反演方法

用激光雷达反演气溶胶质量浓度的空间垂直分布是环境监测领域的重点研究内容之一.利用激光雷达测量得到的地面消光系数和振荡天平获得的地面质量浓度,建立起质量浓度与消光系数之间的关联,再通过消光系数的垂直分布反演质量浓度的垂直分布.基于这一思想,采用两种模型进行了拟合和相关性分析.实验表明用这两种模型反演的质量浓度空间分布相关性好,数据量级与实际相符,具有一定的可信度.模型易于实现,计算简单,可实现在线实时检测.     

星载激光雷达对气溶胶垂直分布的对比分析

云和气溶胶偏振激光雷达(CALIPSO)卫星数据是探测大气气溶胶特征的有效工具。采用CALIPSO数据对37.1°N,113.3°E~38.6°N,117°E之间地理区域的强霾天气、沙尘天气、生物质燃烧污染天气和清洁天气的气溶胶消光系数、退偏比、色比以及温度廓线进行对比分析,结果表明:1)强霾天气主要是球形度较高的水溶性细粒子污染,集中在地表1 km以内,常伴有逆温无风或弱风现象出现;2)沙尘天气垂直分布广,可存留在高空,非球形度高,粒子尺度不均匀,风速偏大;3)生物质燃烧污染天气主要是集中在中低空的细粒子污染,黑碳成分高,消光系数大,常伴有污染性沙尘共同存在。三种污染天气廓线有很大不同,说明不同污染天气的气溶胶垂直分布的差异很大。     

CALIOP激光探测的运城地区气溶胶垂直分布特征

利用2017年1月1日至2019年12月31日山西省运城地区9个气象站点的地面逐小时资料、地面日值资料和CALIOP激光雷达资料,分别对运城地区霾日和晴日的气溶胶垂直分布特征进行分析。结果表明：运城地区霾发生时,气溶胶主要聚集在0～2 km高度的大气层中,尤其是517 m左右的大气中,气溶胶的最大消光系数为0.61 km-1;0～1 km高度内,霾日最大消光系数约为晴日最大消光系数的3倍;白天与夜间气溶胶垂直分布有明显差别,在气溶胶消光系数相同的情况下,白天气溶胶所在的高度比夜间高;霾发生时,气溶胶体积退偏比集中在0～0.2;晴日近地面体积退偏比在0～0.2的分布频率低于霾日,小粒径气溶胶数量多于大粒径气溶胶数量。     

气溶胶质量浓度垂直分布反演模型的研究

激光雷达监测气溶胶垂直分布一直是大气环境监测领域的重要内容之一。为了研究大气气溶胶质量浓度的垂直分布,对气溶胶质量浓度反演模型进行了理论分析和实验验证。在理论分析后向散射系数与质量浓度之间指数关系及气象因子对气溶胶质量浓度分布影响的基础上提出了一种指数修正模型。采用非线性最小二乘法与经验相结合的方法进行了实验验证,获得了模型参量并反演了气溶胶质量浓度的垂直分布。结果表明,修正模型与实际情况更接近,能更好地反映气象因子对气溶胶质量浓度分布的影响,该修正模型对于气溶胶的垂直分布研究具有一定的参考价值。     

星-地激光雷达联合观测合肥地区的气溶胶垂直分布

通过匹配星载CALIOP过境合肥时间,筛选Aerosol-lidar的观测数据,选取4个典型天气个例[沙尘天气、多云天气、中度污染(无云)、中度污染(有云)],对合肥地区的气溶胶进行联合观测,并对气溶胶的类型、气溶胶的变化、气溶胶污染的成因及来源进行分析。结果表明,多云天气下,星载激光雷达对底层气溶胶探测时会受到天气的影响,而地基激光雷达的探测效果较佳,可以通过定点连续观测距离的校正信号准确地反映气溶胶含量和变化特点。星-地激光雷达的联合观测可以更好地分析多种复杂天气的气溶胶变化。联合观测结果表明:轻度污染的沙尘型和受污染的浮尘型气溶胶主要集中在0.8~1.6 km高度范围内,退偏振比集中在0.18~0.20之间;多云天气的气溶胶主要为污染大陆型,集中在0.4~1.2 km高度范围内,其退偏振比在0.015~0.020之间,气溶胶含量很少且为具有球形粒子属性的细颗粒物;中度污染(无云)天气的气溶胶同时包含污染浮尘型和污染大陆型,主要集中在0.3~1.3 km高度范围内,退偏振比在0.08以下,具有明显的球形粒子属性;中度污染(有云)天气的气溶胶也同时包含污染浮尘型和污染大陆型,主要集中在0.8~1.4 km高度范围内,退偏振比在0.075~0.100范围内,为粒径较小的球形粒子。     

利用星载激光雷达研究中国海及其周边海域的云层分布

利用2007~2010年4年间的CALIPSO 5 km二级云数据对中国海及其周边海域层数不同的云的出现概率（COF）随年度、月份和区域的变化进行了统计分析,并将2007年、2008年的部分统计结果与MODIS数据的统计结果相比较。结果表明：在研究区域,不同年份的层数相同的云的出现概率差别小于3%,且不同年份的出现概率区域分布相近,在靠近赤道的海域高于80%,在20°N附近海域低于50%,这与MODIS数据的统计结果相一致;同一年不同月份的出现概率差异明显,但是4年都是在6、7月出现最大值,层数相同的云的出现概率随纬度变化而明显变化。     

基于MODIS资料的陕西水云特征研究

陕西位于西北内陆地区,是中国气候的敏感区,为准确认识其上空的水云特征,利用MODIS的MYD06二级云产品数据,对陕西水云的概率分布、云顶高度、粒子有效半径、光学厚度进行了统计分析。结果表明:(1) 水云概率分布显示出单峰结构,峰值出现在11月, 5月出现概率最低。水云在秋季出现概率最高,春季出现概率最低。 (2) 7月和9月水云云顶高度的概率分布会产生显著的变化,7月和8月的分布形态与其余各月有显著差别。水云云顶高度平均最大值出现在春季的4~5月,最小值出现在冬季的12~2月。(3)水云的粒子有效半径在10月~次年5月, 分布形态相似,6~9月分布形态与之明显不同。水云粒子尺度平均最大值出现在夏季的6~8月, 最小值出现在秋季的11月。(4) 光学厚度在0~5之间的水云在10月~次年5月,出现概率最高, 峰值出现在12~2月; 6~9月光学厚度在5~10之间的水云出现概率最高, 峰值出现在7~8月。水云光学厚度最大值出现在秋季的9~11月,最小值出现在夏季的7~8月。     

气溶胶垂直分布对大气层顶反射函数的影响

在大气-海洋系统中如果不考虑气溶胶垂直分布将给离水反射率的反演带来一定的误差,进而影响水色遥感的精度。利用辐射传输模型模拟了气溶胶垂直分布对大气层顶(TOA)反射函数的影响,结果表明:当不能正确考虑气溶胶垂直分布特性时,TOA反射函数R将会产生10%甚至30%的误差;气溶胶吸收性越强、光学厚度越大,所产生的R的相对误差(△R)也就越大;气溶胶吸收性越强,△R受相对方位角的影响也越大;当气溶胶具有强吸收性时,其分布高度越低,R越大。     

大气气溶胶细粒子谱校正方法实验研究

利用Gilibrator-2电子皂膜流量计对扫描电迁移率粒径分析仪(scanning mobility particle sizer,SMPS)的系统流量进行了校正,同时利用气溶胶发生器对SMPS测量粒径的准确度进行了检测。结果表明:校正SMPS系统流量前,其样流和鞘流的面板显示值与实际值存在偏差。用标准粒径200 nm的聚苯乙烯乳胶球发生气溶胶,得到校正面板流量前后SMPS的峰值直径分别为274.3 nm和198.7 nm,测量结果与标准粒径的偏差从36.1%降低到2.1%,校正后可以实现准确测量。对比分析了校正流量前后SMPS谱分布和数浓度的变化情况以说明校正的必要性。     

MPL探测气溶胶水平分布数据处理方法研究

微脉冲激光雷达(MPL)是探测大气气溶胶和云的有效工具.为了解气溶胶和污染物在城市近地面范围内的水平分布情况,使用自行研制的MPL开展了气溶胶和污染物水平分布的探测研究.对实测的水平数据,尝试采用分段斜率法和Fernald方法计算气溶胶和污染物消光系数的水平分布.研究表明,运用分段斜率法和Fernald法计算MPL水平数据均是可行的.     

应用暗目标法从PARASOL标量数据反演陆地气溶胶

PARASOL传感器不仅能够进行偏振观测,而且能够获得标量观测数据。针对PARASOL的传感器特征,在地面典型地物光谱数据分析的基础上,确定了暗目标的识别方法以及地气分离方法,获得了针对PARASOL标量数据的暗目标法反演陆地气溶胶的算法。利用2006年夏季的AERONET北京站的地面数据验证了本算法,结果表明,本算法获得的结果与地面观测结果有较好的相关性（R=0.86）,但在气溶胶光学厚度较小时误差较大。     

合肥、岳西、厦门和北京气溶胶谱分布特征分析

为了研究中国东部典型地区气溶胶粒子谱分布特征,建立东部典型地区的气溶胶粒子谱分布模式,1998年11月～2010年6月期间,使用光学粒子计数器对合肥、岳西、厦门和北京等地区的大气气溶胶进行了长期测量.使用对数正态分布对谱分布进行拟合,对不同地区不同月份的气溶胶谱分布进行了统计和对比分析,初步建立中国东部典型地区气溶胶谱...     

秸秆焚烧对中国东部气溶胶时空格局的影响

利用2001-2009年期间的MODIS遥感数据,结合地面能见度资料和近地面风场资料,通过个例和统计分析了我国东部地区6月份的气溶胶时空格局及其成因。结果表明： 1）MODIS监测的火点主要分布在32°N -35°N东西向带状区域内,气溶胶光学厚度（AOD）的高值区和监测到的火点高发区有着较好的空间对应关系。6月受到秸秆焚烧的影响,整个东部地区的AOD达到全年最高。此外,地形和人类活动共同决定了东部地区气溶胶的分布格局。2）安徽地区的能见度、霾日数以及AOD的逐月变化关系表明,6月份夏收季节大量焚烧秸秆,造成空气中颗粒物浓度升高,配合相应的气象条件使得整个东部地区的AOD均有所上升。这进一步加重了东部地区的空气污染,形成了严重灰霾天气,从而导致能见度下降。3）我国东部地区6月份AOD的时空变化（特别是年际变化）与近地面风场时空变化密切相关：风速大值区,污染物容易扩散,AOD相对较低;风速小值区,即气流停滞区,水平扩散条件不好,污染物浓度容易升高,AOD相对较高。     

大别山区和合肥城郊地面臭氧、气溶胶测量结果分析

安徽岳西县位于皖西南边陲的大别山区,山上自然保护区由原始森林和原始次生林构成,田地种植农作物,没有工业污染,是比较典型的山区自然条件。2009年5月22日-6月10日,我们利用EC9810臭氧分析仪、OPC-06多道光学粒子计数器、碳黑度仪等对山区的大气参数进行了测量,得到了山区的地面臭氧,气溶胶粒子昼夜变化及谱分布的分布特征,与合肥市西郊科学岛的观测结果比较表明：1)郊区的臭氧浓度明显高于山区;2）山区和合肥郊区气溶胶种类是不同;3）郊区气溶胶吸收系数明显比山区大,郊区气溶胶Angstrom指数比山区小。