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利用水平面太阳直接辐射日曝辐量反演大气气溶胶光学厚度的方法研究

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大气科学 2009年第2期33卷 337-346页

作者：许潇锋邱金桓牛生杰南京信息工程大学南京210044 中国科学院大气物理研究所北京100029

本文发展了一个从宽带水平面太阳直接辐射日曝辐量(总辐射与散射辐射日曝辐量之差)反演光谱大气气溶胶光学厚度的方法,包括建立一个"等效"的瞬时太阳天顶角模型,并提出了一个基于气溶胶标高的云影响甄别方法。对该反演方法的数值模拟和... 详细信息

本文发展了一个从宽带水平面太阳直接辐射日曝辐量(总辐射与散射辐射日曝辐量之差)反演光谱大气气溶胶光学厚度的方法,包括建立一个"等效"的瞬时太阳天顶角模型,并提出了一个基于气溶胶标高的云影响甄别方法。对该反演方法的数值模拟和误差分析表明:"等效"瞬时太阳天顶角模型的不稳定性引起的光学厚度反演误差平均为3.66%;光学厚度日变化对一段较长时间的平均光学厚度的影响不显著;订正造成的散射辐射误差≤20%时,光学厚度平均偏差≤4%。通过与AERONET产品的比对验证表明:本文发展的光学厚度反演方法和云影响甄别方法都是有效的;晴空反演的0.75μm光学厚度与AERONET的相关系数超过0.95,平均误差约0.02;云甄别方法计算的季节和年平均光学厚度与AERONET具有较好的一致性。

关键词：水平面太阳直接辐射气溶胶光学厚度气溶胶标高

北京等7个气象台站太阳总辐射观测资料的准确度评估

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应用气象学报 2008年第3期19卷 287-296页

作者：邱金桓许潇锋杨景梅中国科学院大气物理研究所中层大气与全球环境观测实验室北京100029

基于地面太阳短波总辐射对气溶胶光学特性和地表反照率的敏感性,该文提出了一个评估我国气象台站总辐射资料准确度的方法。该方法选用气溶胶光学厚度和太阳天顶角较小情形下的晴天辐射资料,从太阳直射辐射反演气溶胶光学厚度,用于计算... 详细信息

基于地面太阳短波总辐射对气溶胶光学特性和地表反照率的敏感性,该文提出了一个评估我国气象台站总辐射资料准确度的方法。该方法选用气溶胶光学厚度和太阳天顶角较小情形下的晴天辐射资料,从太阳直射辐射反演气溶胶光学厚度,用于计算宽带透过率,再从该透过率和总辐射资料反演太阳常数E0,P,并采用E0,P对世界辐射基准(WRR)的偏差表示总辐射资料的不确定性。模拟结果表明:气溶胶折射率虚部和大气柱水汽含量的输入误差是两个主要的评估不确定因子。用于准确度评估的资料越多,越有利于平滑气溶胶、水汽含量等输入参数随机误差的效应,评估结果越合理。应用这一方法,该文评估了2000—2004年我国沈阳、额济纳旗、北京、乌鲁木齐、格尔木、上海和广州7个气象台站总辐射资料的准确度。7个站共有1161个太阳常数反演值,都满足太阳天顶角余弦(μ0)大于0.7的条件。这些E0,P值对WRR的最大偏差为7.33%,97.78%的E0,P值对WRR的偏差小于5%,总平均E0,P值对WRR偏差只有-1.15%。依据这些结果,当μ0≥0.7时,这些台站的晴天总辐射资料的不确定度估计为5%。

关键词：总辐射准确度评估透过率

近45年中国12个一级站大气气溶胶光学厚度变化特征

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环境科学学报 2009年第3期29卷 488-495页

作者：许潇锋邱金桓牛生杰汤莉莉南京信息工程大学南京210044 中国科学院大气物理研究所北京100029

利用常规观测的总辐射和散射辐射日曝辐量资料,结合NASA GISS的月平均平流层气溶胶光学厚度(AOD)产品,反演计算了北京等12个台站1961～2005年0.75μm对流层AOD和气溶胶标高数据.基于这些数据,分析了各站AOD、气溶胶标高和地面能见度的... 详细信息

利用常规观测的总辐射和散射辐射日曝辐量资料,结合NASA GISS的月平均平流层气溶胶光学厚度(AOD)产品,反演计算了北京等12个台站1961～2005年0.75μm对流层AOD和气溶胶标高数据.基于这些数据,分析了各站AOD、气溶胶标高和地面能见度的年、季、月变化特征.结果表明:①就12个站45a总平均而言,光学厚度为0.276,年增长为0.0034;气溶胶标高为1.65km,年增加为0.015km;能见度为17.1km,年变化值为-0.08km;AOD春夏较大,秋冬较小;气溶胶标高夏季最高,春季次之,冬季最低.②各站点45a平均AOD范围为0.116～0.387;除格尔木外,各站AOD均有增长,年变化值为0.0010～0.0079.③20世纪70、80年代AOD增加明显;20世纪90年代以来,多数站点AOD有所下降,能见度有转好趋势.

关键词：气溶胶光学厚度气溶胶标高能见度总辐射散射辐射

青藏高原及周边区域沙尘气溶胶三维分布和传输特征

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环境科学学报 2020年第11期40卷 4081-4091页

作者：吴浩许潇锋杨晓玥谢丽凤南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室南京210044

利用MERRA⁃2再分析资料和CALIPSO星载激光雷达产品,分析了1980—2017年青藏高原和塔克拉玛干沙漠上空沙尘气溶胶的分布和传输特征.对比了MERRA⁃2与AERONET及MISR的气溶胶光学厚度(AOD)产品,其相关系数分别为0.809和0.776.基于MERRA⁃2资... 详细信息

利用MERRA⁃2再分析资料和CALIPSO星载激光雷达产品,分析了1980—2017年青藏高原和塔克拉玛干沙漠上空沙尘气溶胶的分布和传输特征.对比了MERRA⁃2与AERONET及MISR的气溶胶光学厚度(AOD)产品,其相关系数分别为0.809和0.776.基于MERRA⁃2资料分析表明,研究区域沙尘光学厚度(DAOD)按春、夏、秋、冬季依次递减.塔克拉玛干沙漠和青藏高原地区DAOD均在5月达最高值.青藏高原北部DAOD比南部高0.06~0.10,两地区的DAOD值差异在5月最高.自2000年开始,塔克拉玛干沙漠和印度恒河平原DAOD高值区强度和影响范围显著增大,对青藏高原的沙尘输送增强,印度沙尘对青藏高原的影响显著增加.CALIPSO观测表明,青藏高原上空的沙尘主要来自塔克拉玛干沙漠,传输量春季最大,秋、冬季最小;部分来自印度恒河平原,传输主要发生在夏、秋季.塔克拉玛干沙尘通过柴达木盆地向青藏高原传输,最远可至30°N,传输高度在4~8 km.冬季青藏高原上空的沙尘主要来自柴达木盆地.塔克拉玛干沙漠和青藏高原的最大气溶胶消光系数廓线分别出现在春季和夏季.塔克拉玛干沙漠和青藏高原地区沙尘层厚度多年平均值分别为1.00和0.82 km.2007—2017年,塔克拉玛干沙尘层厚度呈下降趋势,年下降率为0.018 km.青藏高原沙尘层厚度春季最大,冬季次之,夏季最小;沙尘层厚度年变化趋势不显著.

关键词：沙尘气溶胶光学厚度(AOD) 青藏高原塔克拉玛干沙漠区域传输

华北地区一次霾过程中气溶胶垂直分布特征研究

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环境科学与技术 2016年第12期39卷 106-116页

作者：刘晨璇许潇锋孙恩伟南京信息工程大学中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室江苏南京210044

基于CALIOP/CALIPSO气溶胶廓线及类型产品,并综合AERONET产品、地面常规及探空资料和HYSPLIT后向轨迹模式,分析了华北地区2013年12月22-25日一次霾过程中气溶胶垂直分布特征及其成因。结果表明:低层存在均匀混合气溶胶消光层,层高及平... 详细信息

基于CALIOP/CALIPSO气溶胶廓线及类型产品,并综合AERONET产品、地面常规及探空资料和HYSPLIT后向轨迹模式,分析了华北地区2013年12月22-25日一次霾过程中气溶胶垂直分布特征及其成因。结果表明:低层存在均匀混合气溶胶消光层,层高及平均气溶胶消光系数(σ)霾日为0.481 km与0.766 km^(-1),无霾日为0.181 km与0.375 km^(-1),消光层之上σ呈指数衰减;500 m以下气溶胶光学厚度(AOD)对总AOD贡献霾日为47%,无霾日为36%;1 km以下,霾日体积退偏振比(VDR)与色比(CR)分别介于5%~15%与0.4~0.8,无霾日为15%~35%与0.6~1.0,霾日VDR与CR均值分别为13.883%与0.518,无霾日为26.371%与0.853。污染沙尘和烟尘为此次霾过程的主要气溶胶类型,本地排放及周边区域输送是此次霾过程中气溶胶的主要来源。小气压梯度、弱风速、高相对湿度及持续逆温层是导致此次霾事件的主要天气原因。

关键词：气溶胶霾消光系数体积退偏振比色比

基于卫星资料的华东地区气溶胶三维分布特征研究

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中国环境科学 2019年第9期39卷 3624-3634页

作者：唐志伟许潇锋杨晓玥吴浩谢丽凤南京信息工程大学大气物理学院

利用MODIS和CALIP SOlevel2气溶胶产品,通过统计分析多个气溶胶光学参数(光学厚度、消光系数、色比和退偏振比)的时空分布及其变化,得出2007~2016年华东地区(27°N^37°N,113°E^123°E)气溶胶三维分布特征.结果表明,华东地区气溶胶光... 详细信息

利用MODIS和CALIP SOlevel2气溶胶产品,通过统计分析多个气溶胶光学参数(光学厚度、消光系数、色比和退偏振比)的时空分布及其变化,得出2007~2016年华东地区(27°N^37°N,113°E^123°E)气溶胶三维分布特征.结果表明,华东地区气溶胶光学厚度(AOD)年平均呈现出北高南低,平原高、山地低的分布特征.AOD季节分布表现为春夏高,秋冬低,夏季最高,冬季最低,且研究区域北部(31°N以北)AOD季节变化比南部地区剧烈.气溶胶消光系数(σ)随高度呈指数衰减,秋冬(春夏)低层σ较大(小)但随高度衰减较快(慢),2km以下北高南低.年平均色比(CR)随高度递增,变化范围为0.6~0.7,随时间有减小趋势.CR季节特征为4km以下春季最大,夏季最小且均一;4km以上冬季最大,夏季最小.年平均退偏振比(PDR)随高度递增,变化范围为0.1~0.25,北部较大.PDR季节特征为5km以下春季最大,夏季最小;5km以上冬季最大,夏季最小.从气溶胶组成来看,华东地区2km以下以污染沙尘为主;2~5km春季以沙尘为主,其它季节以烟尘为主;5km以上冬春以沙尘为主,夏秋以烟尘为主.

关键词：气溶胶光学厚度消光系数色比退偏振比

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全天空成像仪云量计算方法的改进

大气科学学报 2014年第3期37卷 289-296页

作者：周文君牛生杰许潇锋南京信息工程大学中国气象局大气物理与大气环境重点开放实验室江苏南京210044 江苏省盐城市气象局江苏盐城224000

全天空成像仪(total sky imager 440,TSI-440)可以实现白天全天空云量的持续自动监测,时空分辨率较高,得到的云量计算结果更精确。首先介绍了TSI-440的基本原理和资料格式,并基于太湖地区2008年5—10月的TSI-440资料及无锡站地面观测资... 详细信息

全天空成像仪(total sky imager 440,TSI-440)可以实现白天全天空云量的持续自动监测,时空分辨率较高,得到的云量计算结果更精确。首先介绍了TSI-440的基本原理和资料格式,并基于太湖地区2008年5—10月的TSI-440资料及无锡站地面观测资料,采用统计方法详细地分析了不同天气情况下图像的成像特征及云量的计算误差。结果发现:图像的成像特征与能见度密切相关,红蓝比值随着能见度的减小而增大。另外,仪器在处理阴天图像及复杂天空(多云)图像时,易造成一定的云量计算误差。针对上述问题,本文通过直方图分析,重新选定了红蓝比阈值(晴空点阈值0.62,云点阈值0.66),基于新阈值计算的云量结果较仪器自带的处理结果更为准确,减小了因天气状况不同而产生的云量计算误差。

关键词：全天空成像仪云量红蓝比值能见度

塔克拉玛干沙漠和青藏高原地区沙尘气溶胶光学特性及其加热率的时空分布特征

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环境科学学报 2022年第11期42卷 361-371页

作者：潘诗娴许潇锋罗天阳杨语迪熊梓旭南京信息工程大学中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室南京210044

沙尘不同的垂直分布对大气的加热作用不同,通过卫星观测结合数值模拟,可以更清楚地了解沙尘辐射加热作用,有利于理解沙尘对该地区大气热结构的影响机制.因此,本研究利用CALIPSO气溶胶产品和SBDART模式,分析了2007—2020年塔克拉玛干沙... 详细信息

沙尘不同的垂直分布对大气的加热作用不同,通过卫星观测结合数值模拟,可以更清楚地了解沙尘辐射加热作用,有利于理解沙尘对该地区大气热结构的影响机制.因此,本研究利用CALIPSO气溶胶产品和SBDART模式,分析了2007—2020年塔克拉玛干沙漠和青藏高原沙尘气溶胶及其短波加热率的时空分布特征.结果表明,塔克拉玛干沙漠和青藏高原的年平均沙尘气溶胶光学厚度(DAOD,532 nm)分别为0.300~0.350和0.086~0.108,平均值分别为0.328和0.097.塔克拉玛干沙漠季节平均DAOD的最大、最小值分别出现在春季和冬季,而青藏高原的最大、最小值分别出现在夏季和秋季.塔克拉玛干沙漠和青藏高原的沙尘消光系数(σ_(D))最大值分别出现在春季和夏季.2007—2020年,两地的σ_(D)在春季均呈增加趋势,而在秋季则呈减小趋势.春季和夏季的短波沙尘加热率(SW DHR)均大于其它两个季节,其中春季最大,塔克拉玛干沙漠上空冬季最弱,青藏高原上空秋季最弱.春夏季,青藏高原北坡存在较强沙尘加热层,其顶部高于5 km,其强度及高值区从春季到冬季逐渐减小.从年变化来看,春季短波加热率呈加强趋势,秋季呈减弱趋势.柴达木盆地是青藏高原上空沙尘加热率(DHR)最高的区域,对高原沙尘输送和辐射加热有重要作用.

关键词：沙尘光学厚度加热率塔克拉玛干沙漠青藏高原

兰州1960—2003年大气气溶胶光学厚度和太阳辐射变化特征

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中国沙漠 2009年第5期29卷 966-970页

作者：许潇锋牛生杰邱金桓达布希拉图南京信息工程大学气象灾害省部共建教育部重点实验室江苏南京210044 中国科学院大气物理研究所北京100029 内蒙古气象科学研究所内蒙古呼和浩特010051

利用兰州站1960—2003年的太阳辐射资料以及据此反演的气溶胶光学厚度数据,分析了近44 a来兰州气溶胶光学厚度(AOD)、地面能见度和太阳辐射的变化特征。结果表明,20世纪70年代初气溶胶光学厚度增加很快;70年代中期至80年代中期,光学厚... 详细信息

利用兰州站1960—2003年的太阳辐射资料以及据此反演的气溶胶光学厚度数据,分析了近44 a来兰州气溶胶光学厚度(AOD)、地面能见度和太阳辐射的变化特征。结果表明,20世纪70年代初气溶胶光学厚度增加很快;70年代中期至80年代中期,光学厚度处于较高水平,平均为0.568;90年代以来,光学厚度有波动下降趋势,年下降0.006,且季节间差异有减小趋势。能见度夏季最好,冬季最差;80、90年代能见度有明显变好趋势,年增长为0.340 km;2000年以来又有下降趋势。总辐射和直接辐射的变化可以分为两个时期,1992年之前为下降期,1992年以来有显著上升趋势。

关键词：气溶胶光学厚度总辐射散射辐射直接辐射能见度