南京地区大气气溶胶综合观测与对比分析-遥感学报.pdf

南京地区大气气溶胶综合观测与对比分析 1 1 1 2 1 1 1 1 王贺 曹念文 王鹏 颜鹏 杨少波 谢银海 孙海波 景琼琼 1.南京信息工程大学气溶胶与云降水物理重点实验室，江苏 南京 210044 2.中国气象局大气成分观测与服务中心 北京 100081 摘要：本文利用CE-318 太阳光度计、MPL 激光雷达与卫星观测数据，分别采用光谱消光法、Fernald 方法以及MODIS 暗 像元法(DDV)反演南京地区气溶胶光学厚度，并进行了对比分析。通过分析研究3 月3、6 日卫星反演气溶胶光学厚度的空 间分布图，发现长江流域附近以及市区(除老山、中山陵等山区地带之外)的AOD 较高。3 月3 日太阳光度计、激光雷达与 卫星数据在站点位置(南京信息工程大学，118.7°E，32.2°N)的AOD 值分别为0.455、0.289、0.4；3 月6 日的AOD 值 分别为0.373、0.267、0.25 。通过对比分析3 月至9 月之间的多天数据，可得三种数据计算所得AOD 相差不大，说明卫星 与激光雷达反演数据相对可靠。其中，3 月3 日与3 月6 日太阳光度计数据显示，观测地区出现常见的两种AOD 变化类型： 一种是早晚高，中午低；一种是早低晚高。此外，激光雷达所得数据结果随着时间的变化幅度较大，且可以在有云的天气 条件下探测气溶胶；本文利用激光雷达数据计算出的9km 以下AOD 值多数在0.3 左右，3 月3 日与3 月6 日两天之中，2km 以下较脏，出现一些气溶胶层，6km 以上相对比较干净，个别时段6km 以上高空存在云层。与地基观测相比，卫星的时间分 辨率虽然低，但是对于大面积的趋势分析，卫星有着绝对的优势。在今后的气溶胶观测发展中，结合三者的优势，有助于 较高精度，大面积反演大气气溶胶空间分布情况，获得较准确的气溶胶参数。 关键词：气溶胶；MODIS ；MPL 激光雷达；太阳光度计 1. 引言： 气溶胶是液体或固体微粒均匀地分散在气体中形成的相对稳定的悬浮体系。按其颗粒物成因可分为 分散性气溶胶(是固态或液态物质经粉碎、喷射，形成微小粒子，分散在大气中形成的气溶胶。如海浪飞 溅、液态农药喷洒等)和凝聚性气溶胶(由气体或蒸气遇冷凝聚成液态或固态微粒而形成的气溶胶)两种； 按其来源可分为自然源(自然产生)和人为源(人类活动产生)两类。大气气溶胶是指悬浮在大气中的固态 -3 或液态颗粒物的总称，粒子的空气动力学直径多在直径 10 -100 微米之间。主要包括6 大类7 种气溶胶 粒子，即：沙尘气溶胶、碳气溶胶(黑碳和有机碳气溶胶)、硫酸盐气溶胶、硝酸盐气溶胶、铵盐气溶胶 和海盐气溶胶(唐孝炎，2006)。这些气溶胶对太阳辐射的吸收和散射会改变地球大气系统的行星反照率， 从而影响到地气系统的能量平衡；大气气溶胶还起到云凝结核的作用；大量的气溶胶颗粒有可能使云滴 的数密度增加，云滴的平均半径变小，这有可能使云对太阳辐射的反射率增加或使云的维持时间加长， 甚至使降水减少。这些都会影响到地气系统的能量平衡(毛节泰等，2002)、目标环境特性和激光大气传 输等(韩永等，2008)，从而对气候变化(Charlson 等，1992)、环境质量(Seinfeld 等，2004)及人类健康(任 丽新等，1999)等都有着重要影响。 气溶胶光学厚度(AOD)是大气气溶胶最基本的光学特性，是表征大气浑浊度的重要物理参数，可以 反映大气的污染程度。所以，能够准确及时获取AOD 的时空分布信息，对研究大气污染及近年来不断严 第一作者简介: 王贺(1992— ), 男, 硕士研究生, 2014 年毕业于南京信息工程大学遥感科学与技术专业，获学士学位，现从事激光大气探测 及卫星资料的应用研究。E-mail :371717550@ 。基金项目：国家自然科学基金(编号D0503 和D0503) 通讯作者:曹念文，教授，博士生导师，研究方向为激光大气探测，nwcao@ 重的雾霾具有重要意义。大气气溶胶的遥感探测，按位置关系可分为地面遥感探测和卫星遥感探测。地 面遥感观测的方法有很多，目前，国内外应用较为先进成熟的是太阳光度计(柳晶，2008)观测(采用光谱 消光法)与激光雷达(Fernald ，1984)观测(采用 Fern