劉 貞，鄭有飛，劉建軍，解孟其（.秦皇島市氣象臺，河北 秦皇島 066000；.南京信息工程大學(xué)江蘇省氣象災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 0044；.西安理工大學(xué)自動化與信息工程學(xué)院，陜西 西安 70048）

基于A-train衛(wèi)星對中國北方地區(qū)氣溶膠分布的研究

劉 貞1，鄭有飛2*，劉建軍2，解孟其3（1.秦皇島市氣象臺，河北 秦皇島 066000；2.南京信息工程大學(xué)江蘇省氣象災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210044；3.西安理工大學(xué)自動化與信息工程學(xué)院，陜西 西安 710048）

利用A-train（CALIPSO和MODIS-Aqua）衛(wèi)星的數(shù)據(jù)資料，對比分析了中國北方地區(qū)（分為3個部分西部-W區(qū)，中部-M區(qū)和東部-E區(qū)）2007年1月～2010年10月AOD的年平均和季節(jié)平均分布特征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：MODIS-Aqua的衛(wèi)星資料在我國北方地區(qū)區(qū)域基本具有適用性；MODIS和CALIPSO衛(wèi)星反演的AOD年平均分布特征基本一致，AOD的高值區(qū)分布在南疆盆地（主要受沙塵氣溶膠的影響）和地勢較低的華北平原地區(qū)；MODIS和CALIPSO衛(wèi)星反演的北方地區(qū)AOD季節(jié)平均分布的結(jié)果基本一致：W區(qū)AOD的高值區(qū)在季節(jié)上分布特征是：春季最高，夏季次之，秋季最小，冬季又慢慢增大；E區(qū)AOD的高值區(qū)的分布特征是：夏季最大，春季次之，秋冬季最小.

星載激光雷達(dá)；MODIS；氣溶膠光學(xué)厚度；AERONET

目前，主要有2種方法來探測大氣氣溶膠的含量與分布：一種是地基直接觀測和遙感觀測，另一種是利用衛(wèi)星遙感觀測［1-2］.氣溶膠光學(xué)厚度分布地基遙感反演的方法主要包括利用太陽直接輻射的寬帶分光輻射、全波段太陽直接輻射、多波段太陽光度計(jì)以及地基激光雷達(dá)遙感［3］.美國國家宇航局（NASA）發(fā)起支持的氣溶膠自動監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)（AERONET-Aerosol Robotic NETWork）其統(tǒng)一利用法國CIMEL公司所生產(chǎn)的CE-318太陽光度計(jì)，采用統(tǒng)一的氣溶膠特性的反演方法［4-8］，為全球氣溶膠的特性研究提供了大量的氣溶膠資料.我國加入AERONET觀測網(wǎng)的站點(diǎn)也在不斷增加，但是大都觀測時期比較短，僅有香河、北京和太湖等站點(diǎn)有相對較長的觀測記錄.基于CE-318觀測，我國的學(xué)者們在全國的很多個站點(diǎn)研究了氣溶膠的光學(xué)特性，評估了不同地區(qū)氣溶膠光學(xué)厚度的分布特征，分析了氣溶膠光學(xué)特性的季節(jié)變化特征，為我國不同地區(qū)的氣溶膠光學(xué)特性研究作出了大量貢獻(xiàn)［9-14］.衛(wèi)星遙感一定程度上克服了地基觀測方法只能獲取某一站點(diǎn)上數(shù)據(jù)，無法獲得大范圍內(nèi)氣溶膠的時空分布的困難，因此衛(wèi)星遙感氣溶膠得到了推廣.李成才等［15-16］利用多年MODIS氣溶膠光學(xué)厚度的數(shù)據(jù)資料，分析對比了我國華北，長江三角洲，珠江三角洲和四川盆地4個地區(qū)AOD的季節(jié)分布及變化特征.王毅等［17］利用地面觀測資料和MODIS對我國的東南沿海地區(qū)及附近海域的大氣氣溶膠光學(xué)特性進(jìn)行了分析；胡蝶［18］利用AERONET地面觀測網(wǎng)15個站點(diǎn)的數(shù)據(jù)資料，對Terra和Aqua-MODIS AOD的產(chǎn)品資料在中國地區(qū)的適用性進(jìn)行比較全面的對比驗(yàn)證，為衛(wèi)星資料在中國西北半干旱典型地表?xiàng)l件下反演大氣光學(xué)厚度的適用性提供了依據(jù).

盡管中國地區(qū)氣溶膠分布情況的研究已經(jīng)取得了很多有價值的研究成果，但限于觀測資料的原因，目前對氣溶膠的研究多集中在中國中東部、西南部、長三角以及北京、上海等地區(qū)［19-21］，對中國整個北方地區(qū)氣溶膠分布情況的研究工作偏少.另外，以往研究多為單點(diǎn)分析，或者是以個別站點(diǎn)的資料代表一個區(qū)域的情況，對氣溶膠光學(xué)厚度（AOD）長期變化的研究在空間上多為單站點(diǎn)、小尺度，而空間上的大尺度研究往往時間尺度較小，長期變化不明顯.邱金桓等［22］指出，利用衛(wèi)星遙感與地基網(wǎng)絡(luò)探測相結(jié)合，研究氣溶膠光學(xué)特性的時空分布是一個有待研究和突破的問題.本文利用A-train衛(wèi)星編隊(duì)在較大時空尺度上的觀測優(yōu)越性，從較大空間尺度分析整個中國北方地區(qū)的AOD在較長時期內(nèi)的分布特征，試圖找到不同地區(qū)氣溶膠光學(xué)厚度變化的規(guī)律性和差異，及其關(guān)鍵的影響因素，以便對中國北方地區(qū)氣溶膠的時空分布有更全面和深入的了解.

1 數(shù)據(jù)資料介紹和研究區(qū)域

EOS系統(tǒng)中極軌衛(wèi)星有6顆，組成“A序列”（A- Train，“A”表示“下午”）衛(wèi)星編隊(duì).這個編隊(duì)是由Aqua，Cloudsat，CALIPSO，PARASOL，Aura和OCO衛(wèi)星組成［23］.自2000年以來，為了大范圍的進(jìn)行大氣氣溶膠遙感監(jiān)測，美國EOS（Earth Observing System）系列衛(wèi)星（Terra和Aqua）上搭載的中分辨率成像光譜儀（MODIS）開始對大氣氣溶膠光學(xué)厚度（AOD）探測反演.國內(nèi)外已經(jīng)開展了大量的研究工作，來驗(yàn)證MODIS氣溶膠產(chǎn)品區(qū)域的適用性.通過與地面觀測網(wǎng)AERONET的資料進(jìn)行對比分析，得出MODIS探測氣溶膠光學(xué)厚度儀器的系統(tǒng)誤差為±0.05、反演算法引起的誤差約為15%，均是符合儀器設(shè)計(jì)目標(biāo)的.另外還有很多的學(xué)者對MODIS的C005版本監(jiān)測的中國地區(qū)AOD的數(shù)據(jù)資料與AERONET監(jiān)測的AOD數(shù)據(jù)資料進(jìn)行對比研究后，認(rèn)為MODIS的該版本陸地大氣氣溶膠光學(xué)厚度產(chǎn)品在中國大部分站點(diǎn)的反演精度要比C004版本的產(chǎn)品有了很大程度的提高，能夠反演滿足暗目標(biāo)算法條件下中國地區(qū)的氣溶膠光學(xué)厚度時空分布和變化特征文章利用2007～2011年AERONET提供的中國北方地區(qū)3個站點(diǎn)Level 2.0級的AOD數(shù)據(jù)資料對Aqua-MODIS L2的AOD產(chǎn)品資料進(jìn)行了對比驗(yàn)證，分別是北京（39.977°N，116.381°E）、香河（39.754°N，116.962°E）和興?。?0.396°N，117.58°E）.由于AERONET北方其他站點(diǎn)的觀測時間較短，因此只選用了觀測時間較長的站點(diǎn)來驗(yàn)證.

衛(wèi)星資料與AERONET站點(diǎn)資料匹配方法為：以衛(wèi)星過境前后30min內(nèi)AERONET太陽光度計(jì)觀測結(jié)果的平均值，驗(yàn)證以地基站點(diǎn)為中心球面距離為50km的衛(wèi)星資料AOD的空間平均值.為了方便與Aqua-MODIS AOD產(chǎn)品比較，將AERONET提供的440nm與675nm的AOD根據(jù)公式（1）轉(zhuǎn)換為550nm的AOD.

式中：τ為波長λ時的氣溶膠光學(xué)厚度，γ為大氣渾濁系數(shù)，α為波長指數(shù).

另外利用2007年1月到2011年10月近5年的CALIPSO星載激光雷達(dá) Level 2和MODIS Aqua Level 3，版本為 C5.1，波段為550nm分辨率為1°×1°氣溶膠光學(xué)厚度的數(shù)據(jù)資料.通過MATLAB程序提取CALIPSO Level 2-Aerosol Layer氣溶膠光學(xué)厚度的值，利用IDL程序提取MODIS-Aqua Level 3數(shù)據(jù)資料月平均氣溶膠光學(xué)厚度的的值，計(jì)算所提取數(shù)值年平均氣溶膠光學(xué)厚度的值，然后再用ARCGIS和MATLAB處理，分別得到中國北方地區(qū)2007年1月～2011年10月年平均柱氣溶膠光學(xué)厚度以及季節(jié)平均柱氣溶膠光學(xué)厚度分布，分辨率是0.1°×0.1°（10km× 10km）.所采用季節(jié)劃分時間是春季為每年的3～5月，夏季為6～8月，秋季為9～11月，冬季為12～2月.依據(jù)以上數(shù)據(jù)，分析了2007～2011年中國北方地區(qū)氣溶膠光學(xué)厚度的分布特征.

文章所選研究區(qū)域?yàn)橹袊狈降貐^(qū)（75～125）°E， （30～50）°N，如圖1所示，將中國北方分為3個區(qū)域，分別代表中國北方西部地區(qū)（90°E以西）west-“W”，中部地區(qū)（90～110°E）middle-“M”和東部地區(qū)（110oE以東）east-“E”.區(qū)域“W”是中國北方地區(qū)主要的沙塵源區(qū)；區(qū)域“M”為沙塵源的加強(qiáng)區(qū)；區(qū)域“E”，為沙塵主要的影響區(qū).

圖1 所選研究區(qū)域Fig.1 The selected study area

2 衛(wèi)星資料適用性驗(yàn)證

圖2給出了中國北方地區(qū)AERONET 3個站點(diǎn)（北京、香河和興?。┑腁OD和Aqua-MODIS AOD散點(diǎn)圖的對比擬合結(jié)果.表1給出了AERONET中國北方地區(qū)各站點(diǎn)與Aqua-MODIS AOD對比的擬合參數(shù)統(tǒng)計(jì)量和在誤差范圍內(nèi)的百分比.總的來看3個站點(diǎn)的擬合效果都較好，相關(guān)系數(shù)R范圍在0.91～0.94之間，Aqua-MODIS AOD的結(jié)果有一定誤差，北京站點(diǎn)誤差范圍百分比為50.7%，相對較低，香河和興隆站點(diǎn)的滿足衛(wèi)星設(shè)計(jì)精度的誤差范圍百分比分別為75.2%和80.1%，這表明Aqua-MODIS AOD資料能較準(zhǔn)確的反映氣溶膠光學(xué)厚度的分布情況，在此區(qū)域具有適用性.

表1 中國北方各站點(diǎn)AERONET AOD和MODIS AOD的參數(shù)統(tǒng)計(jì)比較

圖2 中國北方地區(qū)AERONET各站點(diǎn)AOD和Aqua-MODIS AOD散點(diǎn)對比Fig.2 The AERONET and Aqua-MODIS AOD scatter contrast figure of each site in northern China

3 中國北部地區(qū)AOD時空分布特征

3.1 基于CALIPSO中國北方AOD的時空分布

由3（a）圖可以看出，中國北方地區(qū)2007～ 2011年5年柱氣溶膠光學(xué)厚度平均分布與地域有很密切的關(guān)系，氣溶膠光學(xué)厚度的高值區(qū)和低值區(qū)受到地形的影響.高值區(qū)主要分布在新疆的塔克拉瑪干沙漠和塔里木盆地-W區(qū)和海拔較低的平原地區(qū)-E區(qū)（華北平原地區(qū)），低值區(qū)主要分布在海拔相對高些的地區(qū)-M區(qū)和E區(qū)北部.W區(qū)的高值中心AOD的值在1.1左右，這主要是由于該區(qū)域是沙漠地區(qū)，與沙塵氣溶膠粒子的釋放有關(guān)，高值中心周圍新疆北部地區(qū)，AOD的值在0.8左右，和西藏北部地區(qū)AOD的值在0.2～0.3左右，這些地方人口不密集，工業(yè)活都也很少，人為排放的氣溶膠粒子較少，所以氣溶膠光學(xué)厚度的值相對較小些.另外一個高值區(qū)-E區(qū)高值中心在河北和山東部分地方，AOD的值在1.1左右，這里是人口密集的平原地區(qū)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速人為產(chǎn)生的氣溶膠較多，大量的工業(yè)排放和汽車尾氣對大氣造成污染，造成該地區(qū)氣溶膠含量較高.M區(qū)的氣溶膠含量相對較低，AOD的值在0.3～0.4左右；另外一個低值區(qū)分布在E區(qū)的北部（內(nèi)蒙古東部地區(qū)和東三省地區(qū)），AOD的值在0.6～0.8左右；這些地方人口密度也較小，自然源排放相對也少些.氣溶膠光學(xué)厚度年平均分布總的來看，中國北部地區(qū)的南疆盆地和東部河北山東AOD值較高，而M區(qū)和E區(qū)的北部AOD的值相對比較低.

春、夏、秋、冬這4個季節(jié)AOD依然是兩個高值區(qū)：W區(qū)的新疆塔克拉瑪干沙漠和E區(qū)的華北平原；2個低值區(qū)仍然分布在M區(qū)和E區(qū)的東北部.AOD高值區(qū)之一（W區(qū)）高值中心在春季最大且范圍最廣，達(dá)到1.2～1.3左右，夏季和冬季高值區(qū)范圍縮小，高值中心AOD的值可達(dá)到1.2左右，秋季最小，AOD的值平均在1.0左右.AOD另外一個高值區(qū)（E區(qū)）華北平原地區(qū)：AOD的值在夏季最大且范圍最大，平均在1.2左右，其次是春季，高值區(qū)范圍相對縮小平均在1.0～1.1左右，秋季和冬季最小，但是AOD的值也較高在1.0左右.這些變化可能是因?yàn)榇杭倦S著鋒面活動的加強(qiáng)，天氣干燥多風(fēng)，頻繁爆發(fā)沙塵暴，W區(qū)塔克拉瑪干沙漠的沙塵就會在大風(fēng)天氣的風(fēng)力作用下進(jìn)入到大氣中，并在西北風(fēng)的影響下向其他地方輸送，導(dǎo)致了M區(qū)甘肅河西走廊地區(qū)AOD的值也較大（在0.9左右），E區(qū)的華北平原地區(qū)也受到影響，再加上春季的耕種燒荒從而導(dǎo)致春季AOD的值也較大，但是華北平原地區(qū)夏季AOD的值要比春季的高，這可能是因?yàn)橄募撅L(fēng)的盛行阻礙了W區(qū)和M區(qū)沙塵對該地區(qū)的影響，但同時夏季華北平原沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，大量工廠的工業(yè)排放的污染物（如硫酸鹽、硝酸鹽等）的影響，再加上夏季該地區(qū)溫度和濕度比較高，有利于有機(jī)氣溶膠的化學(xué)氣-粒轉(zhuǎn)化，增大吸濕性氣溶膠的平均粒徑，這樣可以增大大氣的消光系數(shù)，從而導(dǎo)致該季節(jié)AOD的值較大；還有研究利用MODIS衛(wèi)星火點(diǎn)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)資料分析了中國地區(qū)農(nóng)作物燃燒排放情況，結(jié)果表明華北平原地區(qū)夏季火點(diǎn)數(shù)多而密集，因此人為生物質(zhì)的燃燒也會影響夏季該地區(qū)AOD的值［24］；另外華北平原的是小麥的主要產(chǎn)區(qū)，不僅人口稠密，每年夏季到了小麥的收獲季節(jié)，會有大量的秸稈燃燒，這也是造成夏季的氣溶膠光學(xué)厚度比較高的原因之一.秋季和冬季華北平原地區(qū)的AOD明顯減小，這可能是由于秋季以后該地區(qū)降水量開始增加，大氣氣溶膠濕沉降加大導(dǎo)致的，冬季雨雪天氣對大氣氣溶膠可能有一定的濕清除作用，就使得冬季氣溶膠光學(xué)厚度的值偏小，這有待進(jìn)一步的研究.

圖3 基于CALIPSO衛(wèi)星探測的中國北方地區(qū)柱氣溶膠光學(xué)厚度Fig.3 Based on CALIPSO detection of aerosol optical thickness in northern China

另外，季節(jié)變化上看，兩個相對的低值區(qū)變化，M區(qū)的的青海省氣溶膠光學(xué)厚度春季和夏季較大，AOD的值平均在0.6～0.8左右，秋冬季節(jié)較小，AOD的值在0.2～0.4；M區(qū)的其他地方也是春季和夏季較大，AOD的值在0.8～1.1左右，秋季和冬季較小，AOD的值在0.5～0.8左右.另外一個相對低值區(qū)，E區(qū)的東北平原和內(nèi)蒙古中東部，春季和夏季氣溶膠光學(xué)厚度的值也較大，AOD的值在0.8～1.1左右，秋季次之，冬季氣溶膠光學(xué)厚度的值最小，AOD的值在0.6～0.9左右.由于，M區(qū)的青海等地區(qū)海拔較高人口稀少，氣溶膠光學(xué)厚度的值受人為活動影響較小，但是該地區(qū)地表植被稀疏且降水較少，容易受到新疆塔克拉瑪干沙漠沙塵天氣的影響，從而造成該地區(qū)春季氣溶膠光學(xué)厚度的值比較高；東北平原和內(nèi)蒙古中東部夏季氣溶膠光學(xué)厚度的值較大，可能是受華北平原地區(qū)的影響.有研究表明在中國主要有3個生物質(zhì)的燃燒區(qū)，分別為東北部和西南部的森林火災(zāi)區(qū)和部分農(nóng)業(yè)焚燒區(qū)以及中東部的農(nóng)業(yè)焚燒區(qū)，其中西南區(qū)主要集中時間為2～3月，中東部主要在5～6月，東北部主要為10月，并伴隨著突發(fā)性的火災(zāi)［25］.夏季東亞大陸主要為熱低壓所控制，同時太平洋副熱帶高壓向西延伸且北進(jìn)，華北地區(qū)的污染物可以沿東亞夏季風(fēng)（西南風(fēng)）的輸送影響到東北平原的部分地區(qū)；到了秋冬季，隨著雨雪天氣的慢慢增多，對氣溶膠的沉降沖刷作用，可能導(dǎo)致東北平原和內(nèi)蒙古的中東部地區(qū)氣溶膠光學(xué)厚度的值大大下降.綜上所述，W區(qū)AOD的高值區(qū)在季節(jié)上分布特征是：春季最高，夏季次之，秋季最小，冬季又慢慢增大；E區(qū)AOD的高值區(qū)的分布特征是：夏季最大，春季次之，秋冬季最小.

3.2 基于MODIS中國北方AOD的時空分布

本文春季和冬季利用的是MODIS氣溶膠光學(xué)厚度Deep-Blue的值，其余的用的均為暗像原值.由圖4（a）可以看出，MODIS反演的中國北方地區(qū)2007～2011年5年柱氣溶膠光學(xué)厚度平均分布高值區(qū)也是主要分布在W區(qū)的新疆塔克拉瑪干沙漠和塔里木盆地和E區(qū)的海拔較低（華北平原地區(qū)），低值區(qū)主要分布在海拔相對高些M區(qū)的青海省中東部、甘肅省中南部、寧夏陜西等地區(qū)以及E區(qū)的內(nèi)蒙古中東部、黑龍江、大小興安嶺地區(qū)，這與CALIPSO的反演結(jié)果基本一致.W區(qū)的高值中心塔克拉瑪干沙漠AOD的值在0.9左右，高值中心周圍新疆北部地區(qū)AOD的值在0.2～0.3左右.另外一個高值區(qū)-E區(qū)高值中心在華北平原地區(qū)河北中南部和山東，AOD的值在0.8～0.7左右.這些結(jié)果和CALIPSO衛(wèi)星的反演結(jié)果是一致的，但是氣溶膠光學(xué)厚度的值要比CALIPSO反演的值偏小.M區(qū)的青海省中東部、甘肅省中南部、寧夏陜西等地區(qū)氣溶膠含量相對較低，AOD的值在0.3～0.4左右（除了青海省的柴達(dá)木盆地AOD的值較高在0.7左右之外）；另外一個低值區(qū)分布在E區(qū)的北部地區(qū)，AOD的值在0.2～0.4左右，這些地方人口稀少，自然源排放相對也少些.氣溶膠光學(xué)厚度年平均分布總的來看，中國北方地區(qū)的南疆盆地和東部河北山東等華北平原地區(qū)的AOD值較高，而M區(qū)和E區(qū)的東北部AOD的值相對比較低，于CALIPSO衛(wèi)星的反演結(jié)果大致相同.

由圖4（b）～（e）季節(jié)變化的整體上來看，中國整個北方地區(qū)氣溶膠光學(xué)厚度分布的變化非常明顯的，春季和夏季AOD的值較大，秋季和冬季AOD的值較?。ㄐ陆疁?zhǔn)格爾盆地東三省除外）.兩個高值區(qū)分別在W區(qū)的新疆塔克拉瑪干沙漠，M區(qū)的甘肅西部青海西北部和E區(qū)的華北平原；兩個低值區(qū)分布在M區(qū)東北部和E區(qū)的東北部.AOD高值區(qū)之一（W區(qū)）高值中心也是在春季最大且范圍最廣，值達(dá)到0.8～1.0左右，夏季高值區(qū)范圍縮小，高值中心AOD的值還是在0.8～0.9左右，秋季次之，AOD的值平均在0.6～0.7左右，冬季最小，AOD的值在0.3～0.4左右.值得注意的是新疆準(zhǔn)噶爾盆地在冬季AOD的值最大，其次是春季，夏季和秋季最小，這和新疆其他地方的變化特征是不一樣的.這可能是由于該地地形較為特殊，大氣環(huán)流形式以及人為氣溶膠的影響有關(guān).該地區(qū)的周邊是是廣闊的草原，腹部是古爾班通古特沙漠，地勢西低東高，西部的山嶺多缺口，冬季冷空氣多，西北風(fēng)吹入盆地造成局地的沙塵增多.另外冬季的取暖燃煤，生物質(zhì)燃燒以及放牧等人為氣溶膠也會有一定的影響.青海西北部和甘肅河西走廊地區(qū)和新疆高值區(qū)的變化一樣，可以看出這些地區(qū)主要是受南疆盆地沙塵的影響.AOD另外一個高值區(qū)（E區(qū)）華北平原地區(qū)：AOD的值在夏季最大，平均在0.8～1.0左右，其次是春季，AOD的值平均在0.8～0.9左右，冬季更次之，AOD的值在0.7左右，秋季最小，但是AOD的值也較高在0.6左右.這些變化和CALIPSO衛(wèi)星探測的結(jié)果基本一致.

兩個相對的低值區(qū)的季節(jié)變化上，M區(qū)的東北部氣溶膠光學(xué)厚度春季和夏季較大，AOD的值平均在0.3～0.4左右，秋冬季節(jié)較小，AOD的值在0.2～0.3左右；另外一個相對低值區(qū)，E區(qū)的內(nèi)蒙古中東部，春季和夏季氣溶膠光學(xué)厚度的值較大，AOD的值在0.3左右，秋季次之，冬季氣溶膠光學(xué)厚度的值最小，AOD的值在0.2左右.值得注意的是東北三省AOD的值也是在冬季達(dá)到最大，春夏季次之，秋季最小，冬季為什么會有這么高的AOD目前具體原因還不明確，可能是由于冬季較寒冷，人為燃煤取暖造成的.綜上所述，W區(qū)AOD的高值區(qū)在季節(jié)上分布特征是：春季最高，夏季次之，秋季最小，冬季又慢慢增大；E區(qū)AOD的高值區(qū)的分布特征是：夏季最大，春季次之，秋冬季最小.這個研究結(jié)果和CALIPSO衛(wèi)星的結(jié)果基本一致（除了準(zhǔn)格爾盆地和東三?。?

圖4 基于MODIS衛(wèi)星探測的中國北方地區(qū)柱氣溶膠光學(xué)厚度Fig.4 Based on CALIPSO detection of aerosol optical thickness in northern China

4 結(jié)論

4.1 由于中國北方地區(qū)長期觀測的站點(diǎn)較少只有北京、香河與興隆，但本章采用的3個站點(diǎn)的資料與Aqua-MODIS的衛(wèi)星資料對比結(jié)果均較好，能較好的反映我國北方地區(qū)氣溶膠的分布情況，在這個區(qū)域基本具有適用性，西北地區(qū)需要更多的資料進(jìn)行驗(yàn)證.

4.2 從MODIS和CALIPSO衛(wèi)星反演的柱氣溶膠光學(xué)厚度平均分布特征基本一致，從年平均分布特征來看中國北方地區(qū)氣溶膠光學(xué)厚度與地域有很密切的關(guān)系，氣溶膠光學(xué)厚度的高值區(qū)和低值區(qū)受到地形的影響，AOD的高值區(qū)分布在W區(qū)的南疆盆地（主要受沙塵氣溶膠的影響）和地勢較低-E區(qū)的華北平原地區(qū)，而地勢較高的M區(qū)和E區(qū)的北部AOD的值相對比較低.

4.3 MODIS反演中國北方氣溶膠光學(xué)厚度的分布特征是： W區(qū)AOD的高值區(qū)在季節(jié)上分布特征是：春季最高，夏季次之，秋季最小，冬季又慢慢增大；E區(qū)AOD的高值區(qū)的分布特征是：夏季最大，春季次之，秋冬季最小.這個研究結(jié)果和CALIPSO衛(wèi)星的結(jié)果基本一致（除了準(zhǔn)格爾盆地和東三省）.Aqua-MODIS中Deep-blue算法在西北沙漠地區(qū)的亮地表AOD的反演結(jié)果比較好.

［1］毛節(jié)泰，李成才，張軍華，等.MODIS衛(wèi)星遙感北京地區(qū)氣溶膠光學(xué)厚度及與地面光度計(jì)遙感的對比 ［J］. 應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2002，13：127-135.

［2］毛節(jié)泰，張軍華，王美華.中國大氣氣溶膠研究綜述 ［J］. 氣象學(xué)報(bào)， 2002，60（5）：625-634.

［3］邱金桓.大氣氣溶膠光學(xué)厚度的寬帶消光遙感方法及其應(yīng)用［J］. 遙感學(xué)報(bào)， 1997，1（1）：15-23.

［4］Dubovik O， Holben B， Eck T F， et al. Variability of absorption and optical properties of key aerosol types observed in worldwide locations ［J］. J. Atmos. Sci.， 2002，59：590-608.

［5］Dubovik O， Sinyuk A. Application of spheroid models to account for aerosol particle nonsphericity in remonte sensing of desert dust ［J］. J. Geophys. Res.， 2006，111，doi：10.1029/2005JD006619.

［6］Dubovik O， Smirnov A. Accuracy assessments of aerosol optical properties retrieved from AERONET sun and sky-radiance measurements ［J］. J. Geophys. Res.， 2000，105，9791-9806.

［7］Dubovik O， Holben B N. Single-scattering albedo of smoke retrieved from the sky radiance and solar transmittance measured from ground ［J］. J. Geophys. Res.， 1998，103，31903-31924.

［8］Smirnov A， Holben B N， Slutsker I， et al. Cloud screening and quality control algorithms for the AERONET data base ［J］. Remote Sens. Environ.， 2000，73：337-349.

［9］譚浩波，吳 兌，畢雪巖.南海北部氣溶膠光學(xué)厚度觀測研究 ［J］.熱帶海洋學(xué)報(bào)， 2006，25（5）：21-25.

［10］王躍思，辛金元，李占清，等.中國地區(qū)大氣氣溶膠光學(xué)厚度與Angstrom參數(shù)聯(lián)網(wǎng)觀測（200408-200412） ［J］. 環(huán)境科學(xué)， 2006，27（9）：1703-1711.

［11］辛金元.中國地區(qū)氣溶膠光學(xué)特性地基聯(lián)網(wǎng)觀測與研究 ［D］.蘭州：蘭州大學(xué)， 2007.

［12］Pan L， Che H， Geng F H， et al. Aerosol optical properties based on ground measurements over the Chinese Yangtze Delta region［J］. Atmos. Environ.， 2011，44（21/22）：2587-2596.

［13］Wang Y， Xin J， Li Z， et al. Seasonal variations in aerosol optical properties over China ［J］. J. Geophys. Res.， 2011，116：D18209，doi：10.1029/2010JD015376.

［14］Xia X， Chen H， Li Z， et al. Significant reduction of surface solar irradiance induced by aerosols in a suburban region in northeastern China ［J］. J. Geophys. Res.， 2007a，112（D22）：D22S02.

［15］李成才，毛節(jié)泰，瀏啟漢.利用MODIS研究中國東部地區(qū)氣溶膠光學(xué)厚度的分布和季節(jié)變化特征 ［J］. 科學(xué)通報(bào)， 2003，48（19）：2010-2094.

［16］李成才，毛節(jié)泰，瀏啟漢，等.用MODIS遙感資料分析四川盆地氣溶膠光學(xué)厚度時空分布特征 ［J］. 應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)， 2003，14（l）：l-7.

［17］王 毅，石漢青，何明元，等.中國東南部地區(qū)及近海的氣溶膠光學(xué)厚度分布特征 ［J］. 環(huán)境科學(xué)研究， 2010，23（05）：634-641.

［18］胡 蝶.中國地區(qū)大氣氣溶膠光學(xué)厚度的衛(wèi)星遙感監(jiān)測分析［D］. 蘭州：蘭州大學(xué)， 2012.

［19］申彥波，王 標(biāo)，石廣玉.2006年春季我國東部海域氣溶膠光學(xué)厚度與沙塵天氣 ［J］. 地球科學(xué)進(jìn)展， 2008，23（3）：290-298.

［20］蔡子穎，鄭有飛，胡 鵬，等.鄭州地區(qū)大氣氣溶膠光學(xué)特性的地基遙感研究 ［J］. 中國環(huán)境科學(xué)， 2009，29（1）：31-35.

［21］Yu X N， Zhu B， Zhang M G. Seasonal variability of aerosol optical properties over Beijing ［J］. Atmospheric Environment，2009，43：4095-4101.

［22］邱金桓，鄭斯平，黃其榮，等.北京地區(qū)對流層中上部云和氣溶膠的激光雷達(dá)探測 ［J］. 大氣科學(xué)， 2003b，27（1）：1-7.

［23］陳 宇.基于衛(wèi)星資料的沙塵氣溶膠對西北地區(qū)云微物理特性影響研究 ［D］. 南京：南京信息工程大學(xué)， 2009.

［24］胡 梅，齊述華，舒曉波，等.華北平原秸稈燃燒火點(diǎn)的MODIS影像識別監(jiān)測 ［J］. 地球信息科學(xué)， 2008，10（6）：802-807.

［25］陶明輝，陳良富.中國生物質(zhì)燃燒的時空變化 ［C］//中國光學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會， 2011.

Research on the distribution of the northern region of China aerosol based on A-trian satellite.

LIU Zhen1， ZHENG You-fei2*， LIU Jian-jun2， XIE Meng-qi3（1.Qinghuangdao Meteorological Observatory， Qinhuangdao 066000， China；2.Jiangsu Key Laboratory of Meteorological Disaster， Nanjing University of Information Science and Technology，Nanjing 210044， China；3.School of Automation and Information Engineering Xi'an University of Technology， Xi'an 710048， China）. China Environmental Science， 2015，35（10）：2891～2898

Abstrct：The A-train （CALIPSO and MODIS-Aqua） satellite data from January 2007 to October 2007 has been used in this paper to study the aerosol distribution characteristics of space and time on northern China （divided into three parts：the west region-W area， central region-M area， east area region-E）. （1） The Aqua - MODIS satellite data can be better reflect the distribution of aerosols in north China region； （2） MODIS and CALIPSO satellite retrievaled the column aerosol optical depth distribution characteristics were basically the same， AOD high value area was distributed in W area-south xinjiang basin and low-lying plain of north China region； （3） MODIS and CALIPSO retrieval of aerosol optical depth distribution characteristics of northern China satellite were basically the same was： W areas AOD of the high value in seasonal distribution characteristic was： spring＞summer＞autumn， then winter increases slowly； E areas AOD of the high value in seasonal distribution characteristic was： summer＞spring， followed by autumn and winter minimum.

CALIPSO；MODIS；aerosol optical depth；AERONET

X513

A

1000-6923（2015）10-2891-08

劉 貞（1987-），女，山東濟(jì)寧人，碩士，助理工程師，主要從事天氣預(yù)報(bào)、氣溶膠分布和大氣環(huán)境方面的研究.發(fā)表論文1篇.

2015-03-19

江蘇省高校自然科學(xué)研究重大項(xiàng)目（09KJA170004）；國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（41075114）；國家“973”項(xiàng)目（2006CB403705）

* 責(zé)任作者， 教授， zhengyf@nuist.edu.cn