基于MODIS数据的中国气溶胶光学厚度时空分布特征

利用Aqua/MODIS C006大气气溶胶光学厚度(AOD)遥感数据,统计了中国2007—2017年的AOD值,对11年间AOD的空间分布特征及年际和四季变化特征进行分析,并采用Theil-Sen Median趋势分析、标准偏差和Hurst指数3种方法,分析了基于像元的中国大陆地区AOD时空变化特征.结果表明:①空间特征:11年间AOD分布具有东部高、西部低,东部减少、西部基本不变的特征;②时间特征:AOD变化在年际间呈余弦曲线式波动下降的特征,最高值出现在2007年,为0.34,最低值出现在2016年,为0.22,11年间AOD平均值下降了35.29%;年内AOD值表现出春夏高(0.33/0.32),秋季次之(0.26),冬季最小(0.15)的季节变化特征;③稳定性与持续性:东部稳定性差但集聚、西部稳定性好但分散,东西差异显著;中国AOD持续性特征以弱反持续性为主,弱持续和弱反持续镶嵌分布,西北干旱区表现为强反持续性的特点.     

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_...     

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.     

河北省气溶胶标高时空变化及其成因

以2012年河北省20个监测站的MODIS AOD(气溶胶光学厚度)和近地面水平能见度数据为基础,应用Peterson 模型和高斯模型,计算气溶胶标高月均值年内变化模型系数;应用全微分近似计算原理,构建了气溶胶标高时空变化的成因模型.结果表明:①全省平均气溶胶标高以夏季最高,为3.298 km;春、秋季次之,分别为2.864和2.284 km;冬季最低,为1.597 km. 全省气溶胶标高空间分布以夏季地域差异最显著,最大值为3.193 km;冬季地域差异最小,最大值为1.487 km. ②在全省尺度上,大气颗粒物排放强度和大气边界层高度每变化1%时,将会引致气溶胶标高分别变化0.577%和0.143%,二者对气溶胶标高变化的贡献率分别为80.1%和19.9%;在省内6个次级区域尺度上,大气颗粒物排放强度越大的区域,大气边界层高度对气溶胶标高的贡献率越大,如冀中南平原、沧州沿海平原和冀东平原的贡献率分别达到63.7%、57.8%、54.2%;反之则贡献率较低,如冀中平原、冀西北山区和冀东北山区的贡献率则分别仅为45.4%、32.6%、8.6%.      

中国东南部地区及近海的气溶胶光学厚度分布特征

利用MODIS资料,对中国东南部地区及近海海域实现多通道大气气溶胶光学厚度(AOD)反演;利用地面连续波段的太阳辐射计数据对MODIS资料的反演结果进行校验,结果表明,反演结果的置信度较高;利用经过校验的结果对该地区的AOD分布特征进行了研究. 结果表明:AOD大值区主要集中在海拔低的东南沿海及经济发达地区,而地形比较复杂的山地丘陵地区的值较小;海洋上空的AOD反演由于受到了近海混浊水体和离水辐射的影响,反演结果偏高,但还没有发现能准确反映研究地区特征的输入参量和合适的算法,以提高近海海域AOD的反演精度.      

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。     

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.     

利用MODISC6数据分析中国西北地区气溶胶光学厚度时空变化特征

通过与AERONET太阳光度计站点数据进行对比验证,确认了MODIS C6 AOD融合产品在西北地区的适用性.利用2006~2015年MODIS/AQUA C6 MYD08-M3产品分析中国西北地区气溶胶光学厚度的时空变化特征和形成原因.结果表明:(1)从空间分布特征来看,塔里木盆地和关中盆地是高值区,青海南部、甘肃西南部是低值区;准噶尔盆地是前后5年年均AOD对比增量区,柴达木盆地和河套地区是对比减量区.(2)从时间变化特征来看,近10年西北地区年均AOD变化范围为0.18~0.22,2011年起呈缓慢下降趋势,平均年降幅约为0.32%;南疆地区呈现较为明显的年际变化特征,与沙尘天气强弱、频次的年份分布直接相关;东部地区在2011~2015年,下降趋势显著,平均年降幅达到1.1%;北疆和青藏地区年均AOD整体保持平稳;西北地区不同区域AOD季节变化均呈现从春季至秋季逐步下降,冬季再次回升的相同关系.     

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.     

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.     

京津冀晋鲁区域气溶胶光学厚度的时空特征

利用2000年3月至2013年12月MODIS Level 3遥感反演大气气溶胶光学厚度(AOD)产品数据,分析近年来京津冀晋鲁区域AOD的时空分布和变化特征.结果表明:1从时变特征来看,近14年来全区年平均AOD值在0.428~0.550之间变化,年际间变化浮动大,因此多年平均增长率并不高,仅呈微弱增长趋势;以2008年为界可将近14年的AOD变化分为呈明显上升趋势的第一阶段(2000—2007年,增长率为1.349%)以及呈明显下降趋势的第二阶段(2008—2013年,增长率为-1.483%);全区四季AOD多年变化除夏季呈微弱下降趋势,其它3季均为上升趋势,冬季增长率最大;夏季AOD最高,但有回落的趋势,冬季AOD最低,但有上升的趋势.2从空间分布特征来看,全区多年AOD空间分布大体上呈南高北低的格局,河北和山东的西南部为高值区(AOD为0.72),河北和山西的北边为低值区(AOD为0.23),北京和天津则处于中上水平(AOD为0.58);全区四季AOD空间分布呈现出强烈的季节变化,春季较高,夏季最高,进入秋季显著降低,冬季则最低,冬季到来年春季呈跳跃性增高.这些结果有助于京津冀晋鲁区域的气候变化和环境研究.     

中国近15年气溶胶光学厚度时空分布特征

利用MODIS 04_L2气溶胶日产品统计其月度、季度及年度均值数据,研究中国大陆地区近15a气溶胶光学厚度（AOD）空间分布状况;通过Spearman秩相关检验法,探讨中国大陆地区近15a的AOD年均值与季均值的逐年变化趋势.结果表明：在空间分布上,我国AOD多年均值高值中心主要位于四川盆地、南疆盆地、华中地区、长江三角洲、华北平原、关中平原,珠江三角洲地区也有小范围的高值区;低值中心主要位于川西和藏东南、内蒙和冀北交界以及河套地区.在逐年变化趋势上,西北地区AOD值主要呈下降趋势,其中川西和藏东南、陕甘宁交界呈显著下降趋势;东部地区AOD值主要呈现上升趋势,且华中地区、长江三角洲、华北平原以及关中平原呈显著上升趋势;在全国范围内AOD年均值整体呈现上升趋势,但趋势不显著;AOD值随季节变化较显著,具体表现为春夏较高、秋冬较低;AOD高值区以及呈上升趋势的地区基本都处在胡焕庸线东南,表明人类活动对AOD值影响比较显著.     

利用TM影像反演广州市气溶胶光学厚度空间分布

利用2005年7月18日摄录的广州市TM影像,在相关研究基础上建立了适合于复杂大气状况城市尺度的气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)反演模型,研究了广州市30m空间分辨率的AOD空同分布,并与同期的广州市地面9个空气质量监测站的PM10浓度进行比较.结果表明,利用TM影像较好地反演了广州市AOD空间分布.地形、植被、建成区分布是影响广州市AOD空间分布的主要因素,AOD按照高山植被区、靠近建成区的山地植被区、建成区与平原植被区的顺序逐渐增加.地面监测的PM10浓度与AOD的相关系数为0.717,基于TM影像反演的AOD可较好地反映当日地面污染物PM10的空间分布.     

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.     

北京市MODIS气溶胶光学厚度与PM_(10)质量浓度的相关性分析

利用北京地区2012年1—12月NASA MODIS气溶胶光学厚度(AOD)和通过空气污染指数(API)转换得到的PM10质量浓度进行了相关性分析.结果发现,二者的直接相关程度较低,在引入季节变化的气溶胶标高且考虑了气溶胶的垂直分布后,进行标高订正,二者的相关系数有所提高;在考虑了湿度影响因子后,进行湿度订正,二者的相关系数显著提高;引入平均风速、平均气温和平均气压等气象因素,进行多元回归分析,相关系数进一步提高.证实了卫星遥感气溶胶光学厚度在经过垂直和湿度订正并考虑气象因素的情况下,可以作为监测北京地区颗粒物污染物地面分布的一个有效手段.     

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.     

近十年中国陆地AOD时空分布及与城市化的关系研究

选取2008—2017年MODIS(Moderate-resolution Imaging Spectrometer) Aqua C006气溶胶产品数据,分析近10年中国陆地气溶胶光学厚度(Aerosol optical depth,AOD)时间序列变化规律、空间格局分布特征,同时比较了"三区十群"区域内外的AOD变化差异.同时,通过DMSP/OLS(Defense Meteorological Satellite System/Operational Linescan System)夜间灯光产品与AOD关系研究分析,以反映城市化进程中人类活动对AOD时空分布的影响.结果表明:①中国陆地AOD多年平均、季节分布特征符合"胡焕庸线".在时间尺度上,2008—2017年中国陆地AOD年际变化范围是0.279～0.368,整体呈现下降趋势且变化幅度较小;在空间分布上,2008—2017年高值区为京津冀地区、华中地区、长三角地区、珠三角地区及塔里木盆地,低值区为青藏高原、云贵高原、内蒙古高原等;AOD时空分布呈较强的季节性,春季AOD最高,秋季最低.②中国区域的夜间灯光图与AOD时空分布具有较好的一致性,也符合"胡焕庸线".人口稠密、城市化较快的东部地区出现大片光带,快速发展的城市光斑覆盖明显.2008—2013年间,城市亮度范围有一定程度的扩大,说明人类经济生产活动增加明显.③2010—2013年省级行政区的DMSP/OLS夜间灯光与其AOD表现为显著正相关,二者幂函数拟合度R~2分别为0.8036、0.8263、0.7701、0.8277、0.8331.DMSP/OLS夜间灯光与AOD呈显著正相关,说明城市化发展水平对气溶胶分布的影响作用显著.     

长江三角洲大气气溶胶光学厚度分布和变化趋势研究

利用2000～2005年MODIS Level 2气溶胶产品分析了长江三角洲区域气溶胶光学厚度的分布和季节变化特点.结果显示,近年来长江三角洲气溶胶光学厚度值较高的区域逐年增加,光学厚度大于1.0的区域面积增加最快.根据城市气溶胶季节变化特征研究,发现长江三角洲地区各主要城市近年气溶胶有逐渐增加的趋势.统计结果表明,平原城市群气溶胶年峰值出现在夏季;山区城市群气溶胶年峰值出现在春季.平原城市群光学厚度增加速度大于山区城市群.     

基于MODIS的内蒙古气溶胶时空分布特征分析

通过对2002—2018年采用融合算法反演的MODIS气溶胶光学厚度(AOD)数据进行分析,研究了内蒙古气溶胶的时空分布特征.结果表明,内蒙古AOD值在东北部地区最高,其次为工业发达的中西部地区,最低值出现在大兴安岭及其山脉上空.全年AOD峰值出现在4月和6月,4月峰值主要受沙尘影响,6月峰值受季节雨带位移带来的湿度变化影响.中部气溶胶成分以沙尘气溶胶为主,而中西部和东北部气溶胶成分中存在大量人为源气溶胶.风场和相对湿度场与AOD值的年代际变化有关.