青藏高原及周边区域沙尘气溶胶三维分布和传输特征

利用MERRA-2再分析资料和CALIPSO星载激光雷达产品,分析了1980—2017年青藏高原和塔克拉玛干沙漠上空沙尘气溶胶的分布和传输特征.对比了MERRA-2与AERONET及MISR的气溶胶光学厚度（AOD）产品,其相关系数分别为0.809和0.776.基于MERRA-2资料分析表明,研究区域沙尘光学厚度（DAOD）按春、夏、秋、冬季依次递减.塔克拉玛干沙漠和青藏高原地区DAOD均在5月达最高值.青藏高原北部DAOD比南部高0.06~0.10,两地区的DAOD值差异在5月最高.自2000年开始,塔克拉玛干沙漠和印度恒河平原DAOD高值区强度和影响范围显著增大,对青藏高原的沙尘输送增强,印度沙尘对青藏高原的影响显著增加.CALIPSO观测表明,青藏高原上空的沙尘主要来自塔克拉玛干沙漠,传输量春季最大,秋、冬季最小;部分来自印度恒河平原,传输主要发生在夏、秋季.塔克拉玛干沙尘通过柴达木盆地向青藏高原传输,最远可至30°N,传输高度在4~8 km.冬季青藏高原上空的沙尘主要来自柴达木盆地.塔克拉玛干沙漠和青藏高原的最大气溶胶消光系数廓线分别出现在春季和夏季.塔克拉玛干沙漠和青藏高原地区沙尘层厚度多年平均值分别为1.00和0.82 km.2007—2017年,塔克拉玛干沙尘层厚度呈下降趋势,年下降率为0.018 km.青藏高原沙尘层厚度春季最大,冬季次之,夏季最小;沙尘层厚度年变化趋势不显著.     

河南省气溶胶光学特性的时空变化特征

利用2001～2018年的Terra MODIS C6.1气溶胶产品对河南省大气气溶胶光学特性进行研究,分析气溶胶光学厚度(AOD)、气溶胶垂直柱质量浓度(AMC)和细粒子比(FMF)的时空分布特征,并针对代表性区域研究了气溶胶光学参数的时间变化特征.结果表明,河南省年均AOD和AMC及其在各个季节的空间分布均为东高西低、北高南低,与河南省特殊地势、人口分布及各地区企业数量有关,而FMF的空间分布与AOD和AMC分布相反.春季AMC值最高,而FMF值最低,表明春季主要是受到沙尘气溶胶的影响.夏季AOD和FMF值最高,而AMC值较低,主要是夏季气溶胶吸湿增长作用增强导致AOD高值出现,雨水冲刷与二次气溶胶生成量增加使夏季以细模态气溶胶为主.秋、冬季河南省AOD和AMC值相对较低,FMF值略高于春季.河南省AOD和AMC呈现逐年下降趋势;而FMF呈现上升趋势,而且2011年之后AOD、AMC和FMF的月平均峰谷差值均有所减少.     

“一带一路”沿线非洲7个典型城市的气溶胶光学特征时空分布研究

利用AERONET（Aerosol Robotic Network）的长期观测数据,分析了“一带一路”沿线非洲地区7个典型城市气溶胶的光学和微物理特性及其年际和季节变化特征,包括气溶胶光学厚度（AOD）、波长指数（AE）、单次散射反照率（SSA）、粒子谱分布、气溶胶吸收光学厚度（AAOD）、 主要气溶胶类型、辐射强迫（ARF）及其效率（ARFE）等.结果表明：非洲地区AOD和AE虽然年变化趋势不显著,但其南北区域均值差异十分明显,北部地区的平均AOD（0.47）高于南部（0.18）,而AE则正好相反,分别为0.55和1.38. AOD和AE表现出显著的季节变化特征,非洲北部和 南部的AOD均在春季最高,分别为0.58和0.27,而在秋季最低,分别为0.36和0.12;非洲北部的AE值在秋季最高（0.63）,春季最低（0.36）,南部的AE值则在春季最高（1.51）,夏季最低（1.09）.各站年平均AAOD为0.03~0.05;AAOD冬季最大（0.04~0.10）,夏季最低（0.02~0.05）.从秋季到冬季,非洲各站点SSA均有明显下降趋势,平均值从0.91下降至0.87.DAK站（Dakar）的夏、冬季分别出现SSA的最高、最低值.从气溶胶类型来看,非洲北部地区以粗模态的沙尘型气溶胶为主,南部地区以细模态的生物质燃烧型气溶胶为主.气溶胶辐射强迫计算表明,整层ARF的范围为22.26~70.82 W·m^-2,其中,ILO站（Ilorin）对大气的加热作用最大.此外,以细粒子为主的非洲南部大气底部ARFE高于以沙尘为主的北部, 平均值分别为-217.76和-161.91 W·m^-2.     

基于A-train卫星对中国北方地区气溶胶分布的研究

利用A-train(CALIPSO和MODIS-Aqua)卫星的数据资料,对比分析了中国北方地区(分为3个部分西部-W区,中部-M区和东部-E区)2007年1月~2010年10月AOD的年平均和季节平均分布特征,结果发现:MODIS-Aqua的卫星资料在我国北方地区区域基本具有适用性;MODIS和CALIPSO卫星反演的AOD年平均分布特征基本一致,AOD的高值区分布在南疆盆地(主要受沙尘气溶胶的影响)和地势较低的华北平原地区;MODIS和CALIPSO卫星反演的北方地区AOD季节平均分布的结果基本一致:W区AOD的高值区在季节上分布特征是:春季最高,夏季次之,秋季最小,冬季又慢慢增大;E区AOD的高值区的分布特征是:夏季最大,春季次之,秋冬季最小.     

上海地区霾时气溶胶类型垂直分布的季节变化

采用上海地区2007年1月~2010年11月CALIPSO星载激光雷达Level 2反演资料,对清洁海洋型、沙尘型、大陆污染型、大陆清洁型、污染沙尘型和烟尘型等类型气溶胶垂直分布进行了分析,研究了其季节变化规律.结果表明:霾发生时0~2km高度烟尘型气溶胶出现频率明显高于非霾时,而在2~8km高度,沙尘型、污染沙尘型与大陆污染型明显高于非霾时.0~2km高度春季霾大陆污染型气溶胶出现频率高于其他季节;0~2km夏季污染沙尘型气溶胶与海洋型气溶胶出现频率均高于其他季节,特别是污染沙尘型;秋季霾期间,0~2km高度范围内烟尘型出现频率明显高于2~6km高度;冬季污染沙尘型、烟尘、大陆污染型气溶胶出现频率高于其他季节.     

基于地基太阳光度计观测的长安区气溶胶光学特性变化及其与颗粒物浓度的关系

气溶胶地基观测数据和颗粒物浓度数据的同步定量评估可为了解长安区大气污染的垂直分布特征,制定合理的大气污染控制提供更有效的依据.基于CE-318太阳光度计观测数据,分析了2018年10月～2021年4月西安市长安区月均和季均气溶胶光学特性分布和变化特征,结合近地面颗粒物浓度数据,分析了不同季节、不同污染程度下气溶胶光学厚度（AOD）对颗粒物浓度的响应.结果表明：（1）观测期间长安区AOD季节变化分明：秋季（1.02）>冬季（1.00）>夏季（0.63）>春季（0.47）; AOD月度、年际差异大,2019年AOD（0.51）略高于2020年（0.48）.（2）整个观测期间长安区气溶胶主控模态存在明显的季节、月度差异,从春季到冬季气溶胶主控模态逐渐从粗模态向细模态转变;2019年气溶胶主控模态的季节变化与整个观测时段类似,2020年各季节气溶胶Angstrom波长指数（Angstrom）分布稳定,气溶胶粒子均以粗模态的形式存在;整个观测时段来看长安区气溶胶类型以混合型气溶胶为主.（3）AOD和Angstrom的关系存在明显的季节差异,春季大气污染以粗模态的气溶胶粒子为主导...     

京津冀地区气溶胶季节变化及与云量的关系

利用2000年3月—2008年2月中分辨率成像光谱仪(MODIS)的卫星资料,分析了京津冀平原地区大气气溶胶光学厚度(AOD)和气溶胶细粒子组分比率(FMF)的时空分布特征. 结果表明:通过AOD与FMF的组合特征可判别气溶胶季节变化特征.冬、春季以粗粒子为主,但冬季AOD偏小,而在春季急剧增大;夏、秋季均以细粒子为主,但夏季AOD达到最大,秋季较小. 大气环流和气流后向轨迹分析表明,冬季到达北京的气流以西北冷空气为主,西北路径的气流轨迹占冬季气流轨迹总数的67%;春季主要受偏西、西北及偏北气流影响,这3类对沙尘天气有贡献的气流轨迹占春季气流轨迹总数比例之和达到60%;夏季主要以偏南气流和局地环流占优,这2类气流轨迹分别占夏季气流轨迹总数的52%和34%;秋季气流轨迹与春季的相似,但途经沙源的气流传输速度较春季慢.京津冀平原地区夏季AOD与云量(CF)呈正相关,AOD增加,特别是细粒子增加可能导致局地云量增多.      

1995~2004年东亚沙尘气溶胶的模拟源汇分布及垂直结构

利用全球气溶胶模式GEM-AQ/EC的1995~2004年10年沙尘气溶胶模拟,探讨了东亚地区沙尘气溶胶源汇分布和垂直结构特征.结果表明,东亚大陆沙尘气溶胶源区主要集中在东亚的沙漠地区,有两大沙尘主要源区:覆盖蒙古国南部及中国内蒙中西部的沙漠地区和南疆的塔克拉玛干沙漠.东亚沙尘排放量春季最大,占全年排放总量的66.81%,四月份达15.29Mt,夏季下降,秋季小幅度回升,冬季最小;东亚沙尘排放量呈现明显的年际变化及增强的趋势.东亚沙尘沉降高值区与源区一致,源区及附近以干沉降为主,远距离传输到中国东北、长江以南及西太平洋包括日本、朝鲜半岛,湿沉降占主导地位;沙尘沉降具有季节变化,其趋势与东亚沙尘排放量的季节变化大致相同,且模拟的10年沉降量呈上升趋势.东亚沙漠地区排放的沙尘主导了东亚沙尘气溶胶的变化,最大的净沙尘汇区集中在紧邻净沙尘源区的黄土高原及华北平原西部.东亚地区春夏秋3个季节均是沙尘的净源区,而冬季强西风急流输入东亚以外的沙尘使东亚整体上为沙尘净接收区.东亚大陆大部分地区,沙尘垂直分布主要集中在对流层低层3km高度以下,在西太平洋地区包括日本、朝鲜半岛沙尘高值中心位于在对流层中层5km高度上下,在沙漠以北地区沙尘垂直廓线的高值出现在对流层中上层6~8km高度.     

基于激光雷达的北京市气溶胶光学参数季节特征

利用米散射激光雷达ALS300系统在北京城区开展了为期近1年的观测,观测时间为2009年6月~2010年5月份.先将观测数据划分为春(3~5月份)、夏(6~8月份)、秋(9~11月份)、冬(12~2月份)四个季节,再对数据进行质量控制.研究了气溶胶后向散射系数、消光系数以及气溶胶光学厚度AOT和大气边界层的日均值变化特征,以及这些要素的季节和全年特征统计值.结果表明,气溶胶消光系数和后向散射系数的日平均变化形态趋于相同,数量上消光系数是后向散射系数的约10倍.它们的季节平均值廓线形态结构也并没有呈现出明显的季节性结构特征差异,2个系数最大递减均发生在1km高度范围内.在0.15~3.0km高度范围做垂直平均,夏季的后向散射系数和消光系数有最大平均值(分别为31.2Mm^-1·sr^-1和517.0Mm^-1),说明夏季有较强对流.冬季后向散射系数和消光系数最低.对于冬、春2个季节,700m高度是2个量大小分化的高度.700m高度以上,春季的后向散射系数和消光系数均大于冬季.AOT和大气边界层高度的日均值波动特性明显,日均值最大振幅出现在春季.月平均来说,在春季,气溶胶层高度和边界层高度最高(分别为3450m和970m),冬季最低(分别为2970m和712m).春、夏季节AOT波动变化大,而在秋季和冬季变化比较平缓.春夏秋冬4个季节的平均气溶胶光学厚度分别是0.689、0.699、0.571和0.647.     

浙江省气溶胶垂直分布及区域传输分析

利用6个激光雷达站点数据从年际和季节变化尺度对浙江省2017~2018年气溶胶垂直分布特征进行研究,并结合污染物浓度数据分析了浙江省主要颗粒物类型的季节差异.结果表明,大部分站点2018年气溶胶消光系数整体小于2017年;边界层内消光系数空间上呈中部高东西低的分布形态;消光系数季节变化表现为冬季最高,秋季其次,而春夏较低;气溶胶在春、夏季集中在地面上方1~2km以内,冬季主要分布在1km以下,秋季受高空气溶胶影响,6个站点呈现出不同的垂直分布模式.进一步,选取发生在2018年4月和7月两次气溶胶跨区域传输过程,综合CALIPSO和MODIS卫星数据、以及后向轨迹、PSCF与CWT模式对污染物来源与传输机制进行探索,发现来自AOD高值区的气团显著加重本地污染.     

郑州地区大气气溶胶光学特性的地基遥感研究

根据自动跟踪扫描光度计观测资料,利用Bouguer-Lamber定律反演郑州地区2007年2~9月气溶胶光学厚度和波长指数,分析郑州地区该时段气溶胶光学特性的季节变化和日变化情况.结果表明,郑州地区2007年2~9月1020nm气溶胶光学厚度为0.49±0.09;870nm气溶胶光学厚度为0.60±0.13;670nm气溶胶光学厚度为0.76±0.20;440nm气溶胶光学厚度为1.08±0.34.季节变化以夏季最高,秋冬次之,春季最低.波长指数春季为0.37~0.69,夏季为1.18~1.26.春季有50%以上的天气,扬尘粒子为主控粒子,而夏季城市-工业气溶胶是主控粒子之一.日变化规律与近地面污染物浓度变化一致,8:30和17:00左右出现峰值,11:30出现谷值,由于气温上升,湍流剧烈,12:30左右气溶胶光学厚度有1个小高峰,但仍处于全天的低值区.     

2018年中国长江三角洲地区气溶胶的垂直分布特征

利用主动式遥感卫星云-气溶胶激光雷达和红外探测者卫星观测(CALIPSO)提供的激光雷达资料,重点分析了2017-12～2018-11中国长江三角洲地区对流层大气中532 nm气溶胶消光系数,气溶胶退偏比,气溶胶色比以及各类型气溶胶的时空变化特征.对气溶胶的光学参数随高度变化的研究表明,与对流层高空相比,一般在对流层低空中气溶胶消光能力更强,气溶胶粒子更规则,气溶胶粒径更小.对气溶胶的光学参数随季节变化的研究表明,与冬春季相比,一般夏秋季在对流层高空中气溶胶消光能力更强,在2 km以下气溶胶粒子更规则,在对流层高空中气溶胶粒径的范围更大.长江三角洲地区全年中污染沙尘气溶胶出现的频率最高,为37. 481 6%,夏秋季烟尘、污染大陆与洁净海洋气溶胶出现的频率比冬春季高,而夏秋季沙漠沙尘气溶胶出现的频率相对较低.     

北黄海圆岛海域MODIS气溶胶光学厚度产品有效性验证

利用北黄海圆岛岛基太阳光度计气溶胶光学厚度（aerosol optical depth,AOD）实测数据,在优选时空匹配窗口的基础上,对最新版本MODIS C061 AOD产品开展了有效性验证。结果表明,相对于其他尺度的采样窗口,采用30 km×30 km空间采样窗口、±0.5 h时间采样窗口可以得到更加准确的验证结果。在此时空窗口下,MODISA AOD产品（550 nm）与岛基观测数据具有非常好的一致性,相关系数达到0.98,春季、秋季和冬季AOD产品精度满足NASA的设计要求,夏季数据存在较大误差,符合NASA期望误差（[（0.04+0.1*AOD）,（-0.02-0.1*AOD）]）的比例仅为40%,气溶胶模型假定不合理是其可能的误差来源。     

Modeling study on seasonal variation in aerosol extinction properties over China

To investigate the seasonal variation of aerosol optical depth(AOD), extinction coefcient(EXT), single scattering albedo(SSA) and the decomposed impacts from sulfate(SO4 2) and black carbon(BC) over China, numerical experiments are conducted from November 2007 to December 2008 by using WRF-Chem. Comparison of model results with measurements shows that model can reproduce the spatial distribution and seasonal variation of AOD and SSA. Over south China, AOD is largest in spring(0.6–1.2) and lowest in summer(0.2–0.6). Over north, northeast and east China, AOD is highest in summer while lowest in winter. The high value of EXT under 850 hPa which is the reflection of low visibility ranges from 0.4–0.8 km 1and the high value area shifts to north during winter, spring and summer, then back to south in autumn. SSA is 0.92–0.94 in winter and 0.94–0.96 for the other three seasons because of highest BC concentration in winter over south China. Over east China, SSA is highest(0.92–0.96) in summer, and 0.88–0.92 during winter, spring and autumn as the concentration of scattering aerosol is highest while BC concentration is lowest in summer over this region. Over north China, SSA is highest(0.9–0.94) in summer and lowest(0.82–0.86) in winter due to the significant variation of aerosol concentration. The SO4 2 induced EXT increases about 5%– 55% and the impacts of BC on EXT is much smaller(2%–10%). The SO4 2-induced increase in SSA is 0.01–0.08 and the BC-induced SSA decreases 0.02–0.18.     

台湾海峡及周边海区气溶胶时空分布特征的遥感分析

首次利用连续3年(2002～2004)的MODIS气溶胶卫星遥感资料分析了台湾海峡及周边海区的气溶胶时空分布特征.研究表明,台湾海峡及周边海区气溶胶多年平均光学厚度沿岸呈带状分布且表现出随离岸距离呈指数降低的空间分布特征.各典型海区中,台湾海峡多年平均气溶胶光学厚度最高;其次为东海南部和南海北部,西北太平洋海区的气溶胶光学厚度最低.4个季节的气溶胶光学厚度时空分布特征明显不同,呈现出春季高、冬季略高于秋季、夏季低的特点.春季受我国北方沙尘天气影响,整个海区气溶胶光学厚度高于其它季节,达到0.32;沙尘气溶胶在冬季季风的作用下能够向南跨越东海,最远传输到西北太平洋海区上空,使得该海区的气溶胶光学厚度值达到0.22,明显高于其它季节,夏季则由于东南季风和多降雨天气的影响,陆源污染物向海扩散条件差,气溶胶光学厚度低,仅为0.12,气溶胶类型分布分析表明,近岸海区的气溶胶类型主要以来自陆源的污染和烟尘气溶胶为主,春、秋以及冬季在大气动力的作用下可以输送到较远的海区上空;远岸海区的气溶胶类型则可能主要以海盐气溶胶或沙尘气溶胶(春季)为主;近远海之间海区的气溶胶类型分布则主要以污染气溶胶和海盐气溶胶(或沙尘气溶胶)混合为主.     

中亚咸海干涸湖床粉尘潜在扩散的时空变异分析

基于1969~2018年再分析气象资料,运用拉格朗日混合单粒子轨道（HYSPLIT）模型,计算了以咸海为中心未来7d的逐日气团轨迹,采用核密度分析法,绘制了5个层次（0~0.5,0.5~1,1~1.5,1.5~2,2~5km·agl）的气团轨迹密度图,分析了咸海干涸湖床粉尘扩散的时空变异.结果显示,粉尘潜在扩散具有季节分异.春、冬季粉尘扩散范围与密度最大,沿东北方向扩散比例分别占61%、35%,最远可达亚洲东部地区,其次是秋季;夏季粉尘扩散以0.5km为界限表现明显的高度差异.随着高度的增加,粉尘潜在扩散的密度逐渐降低.受地形与天气系统的影响,春、夏粉尘扩散呈现向东北,西南方向扩散趋势,秋、冬呈现沿东北方向扩散趋势.有利的天气条件下,咸海干涸湖床粉尘可远距离输送：在近源区沉降,影响乌兹别克斯坦及周边国家,在山区沉降,则可能加速天山雪冰融化.     

基于CALIOP探测的京津冀地区气溶胶垂直分布特征

利用2011—2015年星载激光雷达(CALIOP)探测资料分析京津冀地区气溶胶消光系数(AEC)的垂直分布,AEC表征了气溶胶的浓度水平。结果表明:AEC的垂直分布季节变化显著,2 km以下尤为明显;整层气溶胶光学厚度(AOD)在夏季(0.7)高于其他季节,湿度对AEC产生较大的影响;而500 m以下低层的AEC体现的特征与之相反,冬季最大(0.65 km~(-1)),春夏季较小(0.25 km~(-1))。夏秋季低层AEC存在较大昼夜差异,夜间最大为0.65 km~(-1),是白天的2.5倍,低层较大的相对湿度昼夜变化成为消光系数巨大差异的主因。南北向贯穿京津冀地区垂直剖面上AEC的分布显示,在夏季夜间,气溶胶浓度水平在南部地区的低层较高,而在其他季节并没有体现出明显的南北差异。