基于MODIS_C061的长三角地区AOD与Angström指数时空变化分析

以长三角为研究区,利用AERONET地基观测的气溶胶光学厚度(AOD)数据,验证了基于MODIS_C061深蓝算法(DB)的AOD产品适用于长三角地区.并利用2000～2018年MOD04_L2产品,分析研究区AOD和Angstr?m指数(AE)的时空变化特征.结果表明,长三角地区AOD呈现东部和北部平原地区高、南部和西部山区低的空间分布,AE呈现南部地区高北部地区低的空间分布. 2003～2007年,AOD年均值增长显著,增长率为23%, 2011年以后逐渐下降; 2001～2003年,AE年均值增长迅速, 2012年以后逐渐下降.AOD在长三角地区呈现夏季最高、冬季最低的显著季节性变化,月均值6月最高达0.84, 8月最低为0.40;AE呈现秋季最高,春季最低的季节性变化,月均值9月最高达1.47, 3月最低为1.08.根据AOD与AE的关系,对长三角地区气溶胶类型进行了研究,结果表明人为产生的城市工业气溶胶是该地区主要的气溶胶类型,其次为混合型和清洁大陆型.     

2001～2017年全国气溶胶光学厚度时空分布及变化趋势

为探究全国大气气溶胶光学厚度（AOD）的分布及变化特征,利用最新的MODIS/Terra C6.1 550 nm AOD月数据分析了2001~2017年全国AOD的时空分布及变化趋势.结果表明,空间特征：年均AOD空间分布呈现两个显著的高值中心和低值中心,第一高值中心位于以人为气溶胶为主的华北平原、华中地区、长三角地区、珠三角地区和四川盆地,第二高值中心位于以尘埃气溶胶为主的塔克拉玛干沙漠地区,两个低值中心分别位于内蒙古地区东部至东北地区北部以及青藏高原.时间特征：各区域AOD峰值主要出现在春、夏季,塔克拉玛干沙漠地区、四川盆地和珠三角地区AOD在3~4月达到峰值,华北平原、华中地区和长三角地区AOD在5~7月达到峰值.趋势特征：2001~2006年,我国西北地区和内蒙古地区AOD呈现减少趋势,我国中东部地区和西南地区东部AOD呈现增长趋势.2007~2012年,青藏高原和塔克拉玛干沙漠地区AOD变化趋势由减少转为增长,华北平原和四川盆地AOD的增幅减弱,长三角地区AOD呈现弱的下降趋势.2013~2017年,我国大部地区AOD呈显著地下降趋势.     

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.     

长三角地区近10年气溶胶时空分布特征

该文利用2003年3月至2013年2月间MODIS遥感气溶胶三级产品资料,分析了我国东部长三角地区气溶胶光学厚度(AOD)、Angstrom波长指数、细粒子比例和垂直柱质量浓度的时空分布及其变化特征。长三角地区的AOD呈现出北高南低分布,北部(30°N以北)年平均约为0.6~0.7,南部普遍低于0.5。AOD季节分布变现为春夏高、秋冬低,夏季最高。10年间,长三角地区AOD呈现出波动增长趋势,并表现出地区差异,北部增长较南部快。Angstrom波长指数表现为南高北低,春冬低夏秋高,总体变化趋势不显著。冬春季细粒子比例低于夏秋季,北部细粒子比例普遍低于南部,但北部增长率高于南部。从气溶胶垂直柱浓度分布来看,北部高于南部,高值中心在江苏、上海一带,低值区在浙江一带。春季气溶胶柱浓度最高,秋季最低。气溶胶柱浓度北部增长较快,南部有所下降。     

“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.     

艾比湖流域气溶胶光学厚度时空演变及影响因素

气溶胶光学厚度(AOD)描述了气溶胶对光的衰减作用,并在一定程度上反映区域大气污染程度.本研究以2000年～2015年长时间序列MOD09A1数据为本底,在生成查找表的基础上,采用深蓝算法(DB)对艾比湖流域2000年～2015年Landsat TM/ETM+/OLI数据进行AOD遥感估算,分析艾比湖流域AOD时空变化特征,结合环境变量选用随机森林模型(RF)对AOD进行预测及因子贡献度排序.结果表明:①艾比湖流域AOD呈现显著的季节性变化特征,AOD值春季(0. 414)夏季(0. 390)秋季(0. 287),其中春季变化幅度最大.②艾比湖流域平均AOD为0. 374,年际变化整体表现为上升趋势,但在2010～2015年间AOD增加较快,年际增幅达到32. 32%,表明该流域近15年间的大气污染不断加剧,近5年尤甚.③艾比湖流域AOD空间分布从艾比湖北部到南部呈阶梯式上升变化,其中,精河县污染最为突显,AOD值达到0. 483.④RF模型对AOD的预测效果较好,R~2=0. 866,RMSE=0. 042,其中蒸散发对艾比湖流域AOD影响最为显著.     

基于MODIS数据的山东省近十年AOD时空变化特征

利用2010~2019年的MOD04_3K气溶胶光学厚度产品数据,从时间和空间角度分析山东省气溶胶光学厚度（AOD）变化特征.结果表明：2010~2019年山东AOD年均值在0.545~0.851波动,平均值为0.706,10年间山东AOD年均值整体呈现下降趋势,至2019年下降了0.269,下降幅度高达33%;山东AOD有明显的季节变化特征,呈夏季高峰,冬季最低,采暖期AOD均值整体上低于非采暖期;山东AOD高值区集中在北部环渤海、鲁西地区及济宁市,而山东中部及东北部沿海地区为低值区.AOD高值区总体分布在低海拔地区,而AOD较低的区域主要位于高海拔地区,且AOD时序变化趋势率与年均AOD空间分布特征基本保持一致.     

中国气溶胶光学厚度时空演变特征分析

利用2005-2012年MODIS气溶胶产品分析了中国区域气溶胶光学厚度(aerosol optical depth,AOD)的变化趋势和空间分布特征。分析结果表明,与2005-2007三年均值相比,绝大部分省份2008-2010年期间AOD下降趋势非常明显,而在2011-2012年期间AOD又有所回升,但大部分地区2011-2012两年均值仍低于2005-2007三年均值,因此2005-2007年是我国气溶胶污染最严重的时期;从AOD的空间分布来看,气溶胶污染较重的地区主要集中在京津冀、长三角、华中、成渝等人口密集和工业发达地区;从典型城市AOD变化趋势来看,2005-2012年期间北京、石家庄、保定、邢台市AOD历年均值均明显高于全国平均值,京津冀城市群气溶胶污染异常严重。     

关中地区不同类型气溶胶时空分布特征与驱动因素

气溶胶光学厚度(Aerosol optical depth, AOD)和气溶胶细模态比例(Fine mode fraction, FMF)是区域大气质量的重要指示因子.利用2003—2020年AOD和FMF粒子谱阈值划分气溶胶类型，综合利用局部自相关、线性趋势估计和地理探测器方法，揭示关中地区不同类型气溶胶的空间变化特征及驱动因素.结果表明：(1)关中地区AOD、FMF及不同类型气溶胶具有空间分异性，AOD和FMF均存在高值聚集和低值聚集，不同类型的气溶胶从中间腹地城市群向外围高地呈“阶梯”状分布.(2)关中地区以混合型(Mixed aerosol, MX)和大陆型气溶胶(Continental background aerosol, CB)为主，城市型气溶胶(Urban aerosol, BU)占比最小.(3)不同类型气溶胶季节、年际变化明显，混合型气溶胶在春、夏季占比高，大陆型气溶胶在秋、冬季占比高，达到50%以上，春、冬季沙尘型气溶胶(Dust aerosol, DD)在城市区聚集明显；在年际变化中，2003—2020年关中地区整体上大气污染程度降低.(4)PM_2.5<...     

南疆地区AOD时空分布特征及气象影响因素分析

为探究南疆地区大气气溶胶光学厚度的时空分布特征及气象因素对其的影响,采用MODIS MCD19A2数据集2010—2019年的气溶胶数据,分析南疆地区近10 a来AOD时空分布特征及气象因素对AOD的影响.结果表明：(1)空间分布上,AOD高值区分布在海拔较低的盆地地区,呈现中间高四周低的分布特征.空间分布季节性差异明显,春季高值区域面积最大,夏季高值区则集中在巴州中部（若羌县）与和田地区东南部（民丰县）,秋冬季AOD分布特征无明显变化但值相对春夏季较低.(2)变化趋势上,10 a间南疆地区AOD年均值为0.278±0.035,总增幅为-14.85%,呈波动下降趋势.南疆地区季节变化趋势明显,AOD值呈现春季>夏季>秋季>冬季,春夏季AOD浮动变化明显,秋冬季相对平缓.月变化特征呈现为双峰型,两个峰值分别出现在4月和9月.(3)RF模型预测风速、温度、相对湿度、水气压、最小水平能见度对南疆地区AOD都具有一定影响,其中,风速和相对湿度对AOD的影响程度最大.能见度与AOD呈负相关,说明南疆地区气溶胶粒子多分布在低层大气.     

珠江三角洲气溶胶光学厚度的观测研究

利用2004年1月至2007年6月的多波段太阳光度计数据反演珠江三角洲地区的气溶胶光学厚度(AOD),对仪器定标方法和反演结果进行了分析,并以反演结果为基准,比对检验MODIS的AOD产品.分析表明:在使用Langley法进行仪器定标时,用迭代方法进行数据筛选处理,定标结果更为合理.统计结果显示:珠三角区域春季AOD值较大,秋夏季次之,冬季较小;4个站点AOD的季节变化特征具有一致性;珠三角区域AOD的年平均值大于0.7,气溶胶造成的到达地表的直接可见光辐射透过率衰减至少有50%一60%,造成严重的霾天气;从频率分布看,AOD值主要集中在0.4～0.6区间.4个站点的α值在1.2～I.6区间内所占的比例很高.频率分布类似,表明此区域内气溶胶粒子平均有效半径较小且较一致,同属于城市-工业型气溶胶类型;α与AOD没有明显的可辨析关系,通过样本统计和典型个例分析,表明区域内清洁与污染过程气溶胶粒子模态稳定,平均半径变化不大,粒子数浓度上的差别是产生消光效果不同的主要原因.以地面太阳光度计反演的AOD为基准,验证MODIS卫星遥感的AOD,结果表明,MODIS卫星遥感AOD在珠三角区域具有较好的量化精度,并初步建立珠三角区域卫星遥感AOD的订正公式.     

2006~2020年中国大气本底站BC气溶胶的时空分布特征

黑碳（BC）气溶胶来源复杂且具有特殊环境和气象影响效应.我国不同大气环境下的BC时空分布特征亟待全面认识.使用2006~2020年中国7个大气本底站长期BC观测数据,结合气象数据、排放源、增强植被指数（EVI）和气溶胶光学厚度（AOD）数据,综合分析了BC的时空分布特征、长期演化趋势及其影响因素.结果表明,中国不同地区的BC浓度和AOD差异较大,BC对AOD多为正贡献.受排放源和气象条件等因素的影响,BC浓度和AOD空间分布为东高西低,"胡焕庸线"以东的龙凤山、上甸子、临安和金沙的浓度较高,ρ（BC）和AOD平均值分别为（1699±2213）~（3392±2131） ng·m^-3和0.36±0.32~0.72±0.37;"胡焕庸线"以西的阿克达拉、瓦里关和香格里拉的浓度较低,ρ（BC）和AOD平均值分别为（287±226）~（398±308） ng·m^-3和0.20±0.13~0.22±0.19.不同大气本底站BC的年际变化可分为4类：年际变化较小型,主要为阿克达拉站;先增后减然后稳定型,主要为瓦里关站;先降低后稳定类,主要为香格里拉站;先稳定后降低型,主要为龙凤山、上甸子、金沙和临安.不同大气本底站BC的季节变化具有差异."胡焕庸线"以西地区秋季BC浓度最低,冬季和春季BC浓度较高;"胡焕庸线"以东地区冬季BC浓度最高,夏季BC浓度最低.BC对AOD的影响在"胡焕庸线"东西部站点的春季和夏季均较大,在"胡焕庸线"以西站点的秋季较小,在"胡焕庸线"以东站点的冬季较小.大气本底站BC的日变化多为双峰型分布,但是峰值时间存在显著地区和季节差异.     

四乙基愈创木酚液相·OH氧化SOA产率及特征分析:初始浓度的影响

液相化学过程作为二次有机气溶胶（SOA）形成的一种必不可少的途径,引起了学界对大气化学的广泛关注.由于其反应复杂性,反应机制、产物特性及对SOA质量的贡献还没有完全理解.本文选择四乙基愈创木酚（4-ethylguaiacol,EG）为前体物,系统地研究了初始浓度（0.03、0.3和3 mmol·L^-1）的EG液相·OH氧化形成的液相二次有机气溶胶（aqSOA）特性的影响.用黑炭-气溶胶质谱（SP-AMS）测定aqSOA产率和氧化特性,气相色谱-质谱联用仪（GC/MS）、离子色谱（IC）测定产物和低分子有机酸.紫外分光光度计（UV-vis）和高效液相色谱测定了类腐殖质（HULIS）等表征光吸光产物的形成.结果表明,不同初始浓度（mmol·L^-1）下aqSOA的O/C都表现为随着反应时间延长而升高,分别在0.42~0.61（0.03 mmol·L^-1）、0.49~0.84（0.3 mmol·L^-1）和0.49~0.63（3 mmol·L^-1）之间变化.SP-AMS测定aqSOA组分发现高初始浓度时二聚体（C₁₆H₁₈ O₂⁺,m/z 302）量明显高,说明高浓度下更容易发生聚合反应.UV-vis分析表明,随光氧化反应的进行,250 nm处吸光明显增强,可能是由于250 nm处新的吸光性产物生成所致.反应过程中生成的HULIS浓度不断升高,与UV-vis测定的300~400 nm区域内吸光度增强结论一致,说明水相反应形成了棕色碳.IC检测到产物中含有小分子有机酸：甲酸、乙醇酸和草酸,其中甲酸浓度最高.GC/MS检测到aqSOA中含酮、单聚体和二聚体等,说明发生了官能团化和聚合化过程.     

北京地区不同尺度气溶胶中黑碳含量的观测研究

2003年7月、8月以及11月至2004年1月,在北京大学物理楼顶(北纬39 99°,东经116 31°)使用两台黑碳仪(Aethalometer)和一台TEOM1400a(TaperedElementOscillatingMicrobalance)来观测气溶胶.得到夏季黑碳的平均浓度为8 800μg·m-3,冬季为11 400μg·m-3.在冬季的观测中,在一台黑碳仪的进气口加上不同的切割头,分别得到了全部气溶胶(TSP)、PM10以及PM2 5中的黑碳质量浓度.结果表明,北京冬季的气溶胶中,90%的黑碳存在于PM10中,82 6%的黑碳存在于PM2 5中.比较PM10的浓度和PM10中黑碳的浓度可以看出,PM10中黑碳质量平均占5 11%.     

上海城区二次气溶胶的形成:光化学氧化与液相反应对二次气溶胶形成的影响

二次组分是大气细颗粒物中最重要的组成部分之一.本研究旨在探究上海城区大气气溶胶颗粒物中二次组分的贡献及其形成的主要影响因素.利用高分辨率飞行时间气溶胶质谱仪(HR-TOF-AMS)对上海城区春季及夏季的亚微米颗粒物(PM_1)进行实时的在线表征,发现有机物是PM_1中最主要的组成部分,占比为55%;其次是硫酸盐(24%)与硝酸盐(10%).进一步结合正交矩阵因子解析模型(PMF)对有机组分进行了来源解析.结果表明,一次有机气溶胶(POA)与二次有机气溶胶(SOA)分别占总有机物浓度的34%与66%; POA主要来自机动车源与餐饮源的贡献,且在春季和夏季对有机物的贡献趋于稳定.观测期间共观察到3个二次气溶胶显著生成的过程:其中,春季二次组分的显著增长过程以硫酸盐和老化的有机气溶胶在正午时段上升显著为主要特征,主要受光化学氧化过程的促进;夏季二次组分的显著生成过程主要是液相反应与光化学氧化共同促进的结果,如液相反应过程中,硝酸盐浓度与颗粒相水含量有较好的相关性(R~2=0. 72),而光化学氧化期间SOA浓度与大气氧化性(O_x)有较好的相关性.总体而言,二次组分是上海城市大气气溶胶颗粒物中最重要的组成部分,二次有机与无机组分在PM_1颗粒物中占比分别为35. 5%和43%,光化学氧化与液相反应对二次组分的形成有显著的促进作用.     

中亚五国气溶胶光学厚度时空分布特征研究

气溶胶时空变化是影响气溶胶气候效应不确定性的主要因素之一.在生态环境脆弱的中亚五国（哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦、土库曼斯坦、吉尔吉斯斯坦和塔吉克斯坦）研究气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth,AOD）的时空变化对中亚地区及全球生态环境和气候变化具有重要意义.基于2002—2019年MODIS 04_L2气溶胶产品数据集,利用标准差椭圆（Standard Deviation Ellipse,SDE）、加权回归的季节趋势分解（Seasonal Trend Decomposition Procedure based on Loess,STL）和奇异值分解（Singular Value Decomposition,SVD）等方法,在时间和空间两个维度上揭示了中亚五国AOD和气溶胶细模态比例（Aerosol Fine Mode Fraction,FMF）的时空演变特征,以及AOD对气象因子和土地利用/土地覆被变化（Land Use/Cover Change,LUCC）的响应.结果表明：①中亚五国AOD分布呈现出显著的空间异质性,高值区主要集中于咸海区域和费尔干纳盆地,低值区主要分布于海拔相对较高的山区和丘陵;AOD年平均中心在2009年之前分布于中亚东南部,受咸海盐尘的影响,2010年之后偏向于西北部向咸海附近移动.②2002—2019年中亚五国AOD年均值整体呈先增长后下降的态势,2012年达到最大值.③中亚地区AOD的变化受气温、降水、风速的共同影响,AOD与气温的空间变化特征呈基本一致的态势,但与降水和风速存在一定差异;不同土地覆被区对AOD的影响差异显著,城市建设用地、裸地及水域是AOD高值分布区,低值分布于郁闭灌木丛和混杂林等植被覆盖度高的土地利用/土地覆被区.④气溶胶细模态比例（FMF）空间分布格局由自然和人为因素共同作用,呈现出咸海和沙漠区域附近以粗模态气溶胶为主,人口密集区和工业区以细模态粒子占主导地位.     

结合外场观测分析珠三角二次有机气溶胶的数值模拟

结合2008年11月18~25日期间珠三角地区的二次有机气溶胶(SOA)外场观测数据,验证区域空气质量模式WRF/Chem(weather research and forecasting model with chemistry)中两种SOA化学机制——VBS(volatile basis set)和SORGAM(secondary organic aerosol model)对珠三角SOA的模拟效果.VBS机制考虑了更为广泛的SOA前体物和化学老化过程,SOA模拟值更接近观测值,能合理反映SOA观测值的逐天变化趋势,与观测值的平均绝对偏差和相关性分别是-4.88μg·m-3和0.91,而SORGAM机制的分别为-5.32μg·m-3和0.18.利用VBS机制模拟区域内SOA的时空分布,结果显示SOA浓度具有显著的昼夜变化特征,浓度峰值出现在中午时段.受到输送和臭氧区域分布的影响,各城市SOA浓度差异显著,下风向的城市(如中山、珠海、江门)SOA浓度较高.     

南京大气中多环芳烃的相分布

采用玻璃纤维滤膜(GF)和聚氨基甲酸乙酯泡膜(PUF)同时采集南京大气中颗粒态和气态上的多环芳烃(PAHs),用气质联用仪分析了16种优先控制的PAHs,研究了PAHs在南京大气中的相分布,研究结果表明,颗粒态和气态样品中16种PAHs的平均浓度值分别为20.49ng/m3和182.45ng/m3,2～3环的PAHs主要分布在气态中,而>4环的PAHs主要分布在颗粒态中。     

多环芳烃(PAHs)在大气中的相分布

通过对广州市老城区空气中多环芳烃的研究表明 ,该区多环芳烃的污染相当严重 ,不同季节测定的多环芳烃总量差别不大 ,但颗粒相多环芳烃在春季占的比例 (44 8% )要高于夏季 (9 4 % ) .气相中主要以芴、菲、甲基菲、荧蒽、芘等低环数的多环芳烃为主 ,而高于四环的多环芳烃主要是分布在颗粒相中 ,苯并 (ghi)是最主要的颗粒相多环芳烃物质 .