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中国地区气溶胶光学特性地基联网观测与研究

辛金元  
【摘要】: 大气气溶胶在全球和区域气候变化中扮演着重要角色,它不仅对地—气辐射收支系统和降水的形成与分布产生重要影响,而且作为城镇地区重要的大气污染物,有其显著的环境效应。本研究建立了中国地区太阳分光观测网(CSHNET),实现了全国范围区域背景地区的气溶胶光学特性地基联网观测,弥补了我国在该研究领域的空白,为定量评估中国区域气溶胶的气候和环境效应提供了基础观测数据。观测网包括19个中国生态系统研究网络(CERN)定位站、4个典型城市站、以及香河站与拉萨站2个长期标定站。观测网依托中国科学院CERN大气科学分中心,采用便携式LED型太阳光度计进行同步联网观测,建立了Langley定标、传递定标、CIMEL对比校正和稳定性追踪等严格的仪器标定体系和数据质量控制体系,制定了完善的地基联网观测技术与管理体系。 本文对CSHNET观测网近两年(2004.08-2006.06)观测数据进行了采集、质量控制和系统分析,首次利用太阳分光观测数据揭示了中国地区气溶胶光学特性的时空变化,获得了中国区域背景气溶胶光学特性显著的季节性周期变化规律。结果表明:中国大部分地区气溶胶光学厚度(AOD_λ=500nm)存在季节性周期变化特征,高值出现在春夏季节,低值出现在秋冬季节。其中,青藏高原、东北区域背景地区和海南岛AOD年平均值最小,约为0.10~0.20;中国北方森林、沙化草原和荒漠绿洲等生态系统区域AOD年平均值约为0.25~0.30;北方沙漠与黄土高原地区AOD年平均值都约为0.37;AOD高值区出现在中国中东部、西南、华南、东部沿海及城镇地区,年平均值约为0.50~0.90;强烈的工农业活动区常年释放着大量的土壤气溶胶和产生大量人为硫酸盐气溶胶,多呈现矿物气溶胶、硫酸盐与烟雾气溶胶等复合型大气颗粒物污染特征。此外,中国北方地区气溶胶主控模态(Angstrom波长指数:α)也呈现显著的季节性周期变化特征,春夏季节气溶胶主控模态为土壤和沙尘气溶胶(α出现低值),秋冬季节生物质和化石燃料燃烧排放的烟雾气溶胶显著增加(α出现高值)。南亚地区春季大量的生物质燃烧气溶胶排放对我国西南地区有显著影响;而青藏高原与海南岛气溶胶主控模态常年分别表现为沙尘气溶胶和海盐气溶胶。 利用CSHNET观测网获得的典型城市AOD观测值,对MODIS卫星资料反演气溶胶光学厚度产品在城市地区的适用性进行了验证,结果表明,MODIS产品在城市地区的反演精度较差;其中,北京和上海仅有约30%的卫星产品满足NASA发布的卫星反演误差标准;香河、兰州和台北等地区虽然有约50%的产品满足NASA误差标准,但卫星产品仍有较大阶段性反演误差;此外,城镇区域卫星反演产品空间差异较大,也不能很好地捕捉高浓度气溶胶污染过程。


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