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中国地区大气气溶胶光学厚度的卫星遥感监测分析

胡蝶  
【摘要】:本文利用卫星遥感和地基观测网数据对中国地区大气气溶胶光学厚度进行了分析。首先利用AERONET地基观测网中太阳光度计(CE-318)数据对Terra和Aqua卫星上中分辨率成像光谱仪(MODIS)反演的气溶胶光学厚度(AOD)产品在中国地区的适用性进行系统的对比验证,提供卫星资料在中国不同区域适用性的依据;然后,结合Terra/Aqua-MODIS两种不同反演算法(暗像元算法和深蓝算法)的气溶胶产品资料分析整个中国地区AOD的时空分布特征,并将我国按不同地理特征划分区域,探讨各区域AOD近十年的变化趋势;最后,对具有特殊地理环境的黄土高原干旱半干旱区卫星资料的适用性以及AOD分布特征进行较详细的分析,为利用卫星资料反演中国西北半干旱典型地表条件下大气光学厚度提供了依据。 (1) Terra/Aqua-MODIS气溶胶产品(暗像元算法)与地面站太阳光度计比较的平均相关系数分别为0.91和0.88,能较好反应我国陆地上空气溶胶的状况,适用于我国华北、华南、长江中下游等大部分地区。但东北、新疆和青藏高原等地区需要更多站点对卫星资料进行验证。对于不同的地表特征反演值误差不同。在植被密集,人类活动少的站点,反演值系统误差明显偏低,如兴隆站;在下垫面复杂,植被稀少的城市站点和有水体介入的站点(如太湖),对比结果差异较大,主要是由于MODIS反演算法对地表反照率的估计误差和气溶胶模型的假设与实际不符而导致。 (2) Aqua-MODIS AOD深蓝算法产品在河西走廊地区站点的对比结果表明能较好反映大气气溶胶的变化特征,样本数较多,相关系数R值都在0.6以上,其中景泰站点,相关系数为0.76,民勤站的相关系数为0.64,说明该算法在亮背景地表条件下有其优势,可作为其他卫星气溶胶产品的补充。但也存在反演结果偏小的系统误差。在兰州城市站点,暗像元算法和深蓝算法气溶胶产品的适用性均比较差,出现反演结果系统性偏小0.3左右。可能由于污染严重,人为气溶胶影响较大导致,需加强该地区的地面观测,进一步了解气溶胶的物理化学特性。 (3) Terra和Aqua MODIS气溶胶产品资料给出的中国地区AOD分布特征基本一致,整体呈现西低东高的分布特点。AOD高值区主要分布在四川盆地(0.8-0.9),华北(0.6-0.8)和长江中下游地区(0.8-1.0)。整体来看,十年中我国除华北和长江中下游地区AOD出现微弱上升趋势外,其余区域均呈现下降趋势。自2008年各个区域的AOD呈减小趋势,可能是由于我国采取的一些生态环境保护措施造成的。Aqua-MODIS深蓝算法反演的AOD数据较好给出了我国西北荒漠地区亮地表AOD的季节分布特征。2003-2010年,塔里木盆地和柴达木盆地AOD值呈现上升趋势,准噶尔盆地呈现弱下降趋势,内蒙古西部和河西地区变化趋势平稳。 (4)黄土高原半干旱区地表特殊,气溶胶类型复杂,用太阳光度计对比验证该地区Terra/Aqua-MODIS AOD暗像元算法产品资料,Terra-MODIS与太阳光度计相关系数为0.69,高于Aqua-MODIS的0.62。分不同季节对比验证,秋季拟合效果最好,冬季最差。黄土高原干旱半干旱地区气溶胶光学厚度呈西低东高分布特征,AOD的高值中心分别与较大城市相对应。AOD的季节分布特征表现为,春季AOD最大(主要受沙尘影响),夏季较小,秋季AOD最小,冬季AOD较大(主要受燃煤排放影响)。


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