基于CALIPSO卫星信号探测数据对气溶胶特性的研究
这是一篇关于CALIPSO,气溶胶,光学厚度,PM2.5的论文, 主要内容为论文主要通过对CALIPSO卫星采集获得的一级和二级气溶胶廓线数据的分析，研究了局部气溶胶特性及全国范围内气溶胶光学厚度的变化规律。 本工作在完成了相关数据的下载及筛选后，先利用一级数据结合去偏振度对天津地区2014年1月至4月大气气溶胶分布特性进行了分析研究，对二级数据进行的处理主要包括以下几个方面：首先，对天津地区的气溶胶垂直分布特征进行了分类，根据其消光系数廓线特性的不同分成了五类，并列举出了各类型中具有代表性的消光系数廓线图；然后，利用Matlab软件编写程序，对二级数据进行了进一步处理计算，获得了气溶胶光学厚度，再分别选取线性、一元二次、乘幂、对数、指数五种类型函数对气溶胶光学厚度和PM2.5浓度进行模拟拟合，探究了天津地区气溶胶光学厚度与PM2.5浓度的关系；最后，实验选取了全国范围内比较具有代表性的七座城市，对近七年来全国范围内气溶胶光学厚度的特征进行了分析，得到了全国范围内气溶胶光学厚度在时间和空间上的变化规律。 研究结果表明：1）天津地区2014年1月至4月期间，高空0.2km-4km和8km-10km处存在大量非规则性气溶胶粒子，初步推断，0.2km-4km处的非规则性气溶胶粒子与该时间段天津地区雾霾多发有着密切的关系；而8km-10km处大量气溶胶粒子的存在可能是由于沙尘和卷云层的存在而引起的；2）对气溶胶光学厚度和PM2.5浓度进行拟合显示这两者具有一定的相关性，且一元二次拟合相关性程度最高，此外，季节性也较明显，春夏季节的相关性明显高于秋冬季节；3）具有代表性的七座城近几年气溶胶光学厚度基本稳定在0.38-0.46之间，并有增加的趋势；且全国气溶胶光学厚度整体趋势呈现西北、东北地区较低，而华中、华南地区偏高的地域差异；同时发现月平均气溶胶光学厚度与能见度之间存在着一定的负相关，西北、东北地区的相关系数较大，而在中部和南部地区，秋冬季节相关性较小，但春夏季节仍有良好的负相关关系。 通过以上研究，本工作得到了一些气溶胶特性与大气变化之间的相关规律，从而推出，气溶胶的光学特性会在一定程度上影响到大气的变化，同时，本实验也在说明了利用CALIPSO卫星数据研究大气变化规律具有一定的可行性。
结合主被动遥感的秦岭地区火灾监测方法的研究
这是一篇关于主被动遥感,MODIS火灾监测,火点时空分布,CALIPSO,烟雾气溶胶的论文, 主要内容为森林在整个生态系统的循环中发挥着重要作用,保护森林资源是关系到人类福祉的大事。火灾会对森林资源产生巨大的破坏,导致植被枯死,同时排放的烟雾等有害物质会对环境造成恶劣的影响。目前卫星遥感监测森林火灾是应用最为广泛和最有效的手段之一,充分利用卫星遥感技术手段对森林火灾进行监测具有重要意义。论文开展结合主被动遥感的秦岭地区火灾监测方法的研究:被动遥感MODIS卫星可以识别火点,主动遥感CALIPSO卫星可以识别烟雾气溶胶,首先根据主被动遥感数据,重构秦岭地区2012-2021这十年间火点和烟雾气溶胶的时空分布特征,同时分析了与火点相关的影响因子。然后利用火点和烟雾气溶胶的数据匹配算法,开展火点下的烟雾气溶胶光学特性研究。在MODIS卫星最大类间方差火点识别算法基础上,结合主动遥感CALIPSO卫星构建主被动遥感的火点识别模型,尝试改善由于被动遥感MODIS卫星云层遮挡导致地面火点漏检的问题,并利用真实火灾案例验证模型的可行性,为遥感卫星和地面激光雷达监测火点提供新思路和方法。在MODIS卫星火点数据的基础上,对秦岭地区的火点时空分布统计得到:秦岭地区火点发生次数最多的是2015年,占总火点数的15.11%。在季节分布特征上,秦岭地区的火点主要发生在春季和秋季,占总火点数的65.41%。在空间分布上,十堰市火点发生次数最多。在海拔高度分布上,火点主要集中在992m-1367m海拔高度上,占总火点数的49.12%。在植被覆盖类型分布上,火点主要分布在针阔叶混交林和针叶林植被类型上,分别占总火点数的25.43%和20.20%。烟雾气溶胶和火点在空间分布上具有相似的特征。通过对火点次数与其影响因子的相关性分析,降水和NDVI值与火点次数为负相关,气温与火点次数为正相关。通过火点与烟雾气溶胶数据的匹配算法,得到了 2012-2021这十年秦岭地区火点下的烟雾气溶胶,统计分析得到:火点下的烟雾气溶胶粒子从近地面到高空非球形程度降低,烟雾气溶胶粒子的色比值在0.6-0.8之间,粒子偏大。通过对火点和非火点的烟雾气溶胶层积分退偏比对比,发现火点下的烟雾气溶胶层积分退偏比明显大于非火点下,得到区分二者的层积分退偏比阈值为0.1。在现有的MODIS卫星火点识别算法的基础上,结合主动遥感CALIPSO卫星识别烟雾的方法,构建云层下火点的识别模型,同时结合个例验证该模型可以改善MODIS卫星因云层导致的火点漏检问题。通过2013年10月12日安康市发生的火灾案例和2016年2月6日的广元市青川县发生的山区火灾案例,进行主被动遥感火点识别模型的验证,并与MODIS官方火点识别算法进行对比,发现该模型可以识别到MODIS卫星因为云层遮挡而漏检的火点。
中国地区沙尘气溶胶的时空分布特征
这是一篇关于CALIPSO,沙尘发生频率,光学厚度,消光系数,退偏振比,色比的论文, 主要内容为本文采用2006.6～2012.5期间无云条件下的CALIPSO卫星观测资料,分析中国地区沙尘气溶胶的时空分布特征,发现38°N-44°N之间有一条明显的沙尘带。沙尘呈显著季节性分布,受季节性风场和源区对流活动的影响。塔克拉玛干沙漠春夏季沙尘发生频率最大、抬升最高,冬季频率最小、抬升最低；戈壁地区春季发生频率、抬升高度均为最大,冬季抬升高度最低,但低层发生频率大于夏秋季；柴达木盆地春夏季发生频率明显高于秋冬季；华北东部除春季外,其余季节发生频率小。 CALIPSO的AOD值偏小于MODIS和MISR的AOD值。沙尘AOD值和OMIAI指数变化趋势基本一致。塔克拉玛干沙漠沙尘AOD春季最大,约为0.44,4月极大,冬季最小约为0.17。Angstrom指数与AOD有明显的负相关,春冬季消光系数峰值最大,随高度的递减率大于夏秋季；戈壁和柴达木盆地沙尘AOD春季最大,全年变化平缓,Angstrom指数春季最小；华北东部沙尘AOD春季最大、夏季最小,Angstrom指数夏季最大,消光系数在3.5km以上春季最大,3.5km以下夏季最大、春季最小。沙尘源地退偏振比廓线和色比廓线均随高度增加而递减。塔克拉玛干沙漠与柴达木盆地的退偏振比分布在0.2-0.35之间,戈壁为0.16～0.3之间,这可能是由于塔克拉玛干沙漠的组成成分与柴达木盆地的相同,而与戈壁不同所致。华北东部因低层沙尘与其它气溶胶混合导致退偏振比廓线随高度增加而递增。沙尘源地色比值大于华北东部,且后者色比值春季最大,夏季最小。
基于CALIPSO星载激光雷达的云南地区气溶胶特性研究
这是一篇关于CALIPSO,气溶胶光学厚度,垂直分布的论文, 主要内容为近几年,我国经济发展较快,与此同时,大部分城市的空气质量也逐渐下降,大气中含有的气溶胶颗粒,其光学厚度在一定程度上能反映出空气质量的污染状况。因此,了解气溶胶的分布、气溶胶的特性、气溶胶的辐射效应和环境效应具有重要的现实意义。本论文选取了 NASA的CALIPSO激光雷达和AERONET观测网的气溶胶数据,时间跨度为2013年-2015年,对云南地区(21° N-30° N,97° E-107°E)的气溶胶分布进行了时间、空间以及垂直方向上的研究,主要结论如下:(1)将CALIPSO气溶胶产品与CE318气溶胶数据进行对比分析,结果显示二者在时空分布上的趋势较为一致,但CALIPSO比CE318的值略低。(2)整个云南省的AOD普遍较低,AOD的空间差异显著,总体呈北低南高的趋势。(3)云南地区出现烟尘气溶胶的频率较大,其次是污染性沙尘气溶胶,几乎没有清洁性大陆气溶胶和清洁的海洋气溶胶。(4)云南春季气溶胶的贡献主要来自于4-6km高度的大气。0-2km高度,散射系数平均值在夏季最大,这表明气溶胶的贡献主要来自于近地表。秋季和冬季各个高度层衰减后向散射系数均值都最小。(5)夏季不规则颗粒物较多,而春季规则颗粒物较多。(6)气溶胶的颜色比值主要集中在0.47-0.53。4-6km高度范围内的颗粒物粒径大于0-4km高度范围,一方面是受沙尘气溶胶影响,另一方面也可能是受到高层薄云粒子的干扰,导致4-6km颜色比值较其他两层稍大。(7)四个季节的气溶胶消光系数的最高值均出现在0.5km以下高度范围内,且与0.5km以下高度范围内出现的相对湿度最大值和逆温层对应良好。(8)2014年1月19日,在1-2.3km之间,云南地区气溶胶浓度最大,散射也最强,随着高度的增加,气溶胶浓度减小。4km高度范围以内,主要存在的是不规则的细颗粒物。1月19日主要以烟尘气溶胶为主。风速很小或者静风天气下容易造成气溶胶浓度的积累,相对湿度的变化会导致较大的气溶胶消光系数的出现,逆温可能会造成多层气溶胶垂直结构的形成。
基于多源数据探究塔克拉玛干沙漠及周边地区沙尘气溶胶的时空分布特征及传输规律
这是一篇关于沙尘气溶胶,MERRA-2,CALIPSO,轨迹传输,塔克拉玛干沙漠的论文, 主要内容为沙尘气溶胶作为气溶胶中最大的组分,不仅能通过直接、间接效应影响地球系统的能量收支平衡,还能通过改变大气化学过程,进而影响温室气体的浓度以及分布。位于我国新疆南部的塔克拉玛干沙漠(Taklimakan Desert,TD)是东亚沙尘的主要来源,其春季沙尘对南疆当地的空气质量影响严重,且其沙尘可被抬升至行星边界层以上进行远距离输送进而影响传输路径地区上的空气质量。因此,开展对TD及周边地区沙尘气溶胶时空分布特征及主要传输路径的探究十分重要。本文综合利用了卫星遥感、再分析数据、气象数据等,探究了2020年TD及周边地区沙尘气溶胶的时空分布特征及主要传输路径,主要研究内容如下:(1)基于MERRA-2(The Second Modern-Era Retrospective analysis for Research and Applications)再分析数据和MISR(Multi-angle Imaging Spectroradiometer)遥感数据,探究了TD及周边地区的气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)的分布特征,分析了沙尘气溶胶数据与PMF(Positive Matrix Factorization)源解析结合颗粒物监测浓度之间的关系,基于此对TD及周边地区沙尘气溶胶进行了时空分布特征的分析,结果表明:在空间分布上,沙尘气溶胶光学厚度(Dust AOD,DAOD)的高值区主要在TD的西北部,即阿克苏的西南部、喀什的东北部、和田的西北部,呈现出四周低、中间高,东南低、西北高的分布特征,且阿克苏地区始终为DAOD的高值区,在时间变化上,DAOD在春季(0.25)>夏季(0.22)>秋季(0.2)>冬季(0.06),其与风速的季节变化相吻合,最后通过?ngstr?m指数、DAOD和AOD的比值探究了TD及周边地区气溶胶粒径的分布特征,结果表明TD及周边地区主要以粗粒子为主,且北部地区气溶胶粒径大于南部地区。(2)利用CALIPSO(Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations)星载激光雷达气溶胶廓线和层产品探究了TD及周边地区沙尘气溶胶的垂直分特征。结果表明消光系数(Extinction Coefficient,EC)在TD及周边地区上空随海拔高度增加而减少,EC整体在春季最高、夏季最低,春季近地面(<2km)EC高值可达0.52km-1,升至5km处的值降低到0.02km-1。此外,春季退偏比的垂直分布表明,TD及周边地区的上空存在两个明显的沙尘层,低空的沙尘层主要分布在0-2km,在和田地区上空有明显的抬升(4-6km),高空中的沙尘层主要分布在8-12km,表明TD上空沙尘具备远距离传输的条件;(3)基于HYSPLIT(Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory)模型探究了TD沙尘气溶胶在不同高度上的主要传输路径。结果表明,TD沙尘在0.5km、1km、2km高度上的传输方向主要从沙漠中心向西北传输,经过阿克苏地区南部进而向巴州地区输送,在3km、4km、6km高度上的传输主要从沙漠中心向东输送,由巴州地区东部离开新疆继而途经青海、甘肃、陕西、宁夏、内蒙古等地,该输送过程可能会对途经地区的空气质量造成影响。
中国地区沙尘气溶胶的时空分布特征
这是一篇关于CALIPSO,沙尘发生频率,光学厚度,消光系数,退偏振比,色比的论文, 主要内容为本文采用2006.6～2012.5期间无云条件下的CALIPSO卫星观测资料,分析中国地区沙尘气溶胶的时空分布特征,发现38°N-44°N之间有一条明显的沙尘带。沙尘呈显著季节性分布,受季节性风场和源区对流活动的影响。塔克拉玛干沙漠春夏季沙尘发生频率最大、抬升最高,冬季频率最小、抬升最低；戈壁地区春季发生频率、抬升高度均为最大,冬季抬升高度最低,但低层发生频率大于夏秋季；柴达木盆地春夏季发生频率明显高于秋冬季；华北东部除春季外,其余季节发生频率小。 CALIPSO的AOD值偏小于MODIS和MISR的AOD值。沙尘AOD值和OMIAI指数变化趋势基本一致。塔克拉玛干沙漠沙尘AOD春季最大,约为0.44,4月极大,冬季最小约为0.17。Angstrom指数与AOD有明显的负相关,春冬季消光系数峰值最大,随高度的递减率大于夏秋季；戈壁和柴达木盆地沙尘AOD春季最大,全年变化平缓,Angstrom指数春季最小；华北东部沙尘AOD春季最大、夏季最小,Angstrom指数夏季最大,消光系数在3.5km以上春季最大,3.5km以下夏季最大、春季最小。沙尘源地退偏振比廓线和色比廓线均随高度增加而递减。塔克拉玛干沙漠与柴达木盆地的退偏振比分布在0.2-0.35之间,戈壁为0.16～0.3之间,这可能是由于塔克拉玛干沙漠的组成成分与柴达木盆地的相同,而与戈壁不同所致。华北东部因低层沙尘与其它气溶胶混合导致退偏振比廓线随高度增加而递增。沙尘源地色比值大于华北东部,且后者色比值春季最大,夏季最小。
基于卫星遥感的祁连山及甘肃中部地区云特征分析
这是一篇关于云,降水,CloudSat,CALIPSO,祁连山,云/冰水含量,有效粒子半径的论文, 主要内容为本文利用2007—2010年CloudSat和CALIPSO卫星遥感资料、中国国家气象信息中心(CMDC)提供的中国地面降水月值0.5°×0.5°格点数据集(1996—2016年)以及中国自动站与CMORPH降水产品融合的逐时降水量网格数据集,对祁连山区、甘肃中部及石羊河流域三个区域的不同云类型宏微观特征进行了分析,结合个例对云的剖面特征进行了研究。主要结果如下:三个区域总云分数的季节变化较一致,较大值出现在春夏季,均超过70%,高值区主要集中出现在祁连山南坡,与降水量高值区分布一致。积状云云分数最大值出现在夏季,积状云降水频率高于层状云。云层以单层云为主,云厚度一般都超过2.0 km,春季甘肃中部的单层云厚度最大达3.0 km;两层云夹层比三层云的夹层厚度要厚。产生降水的云系中积状云和单层云的发生频率较高。各区域云频率随高度分布趋势大致相同,层状云出现的高度在距地表0.5 km到12.0 km,云频率峰值均在高度6.0 km左右出现;积状云云频率随高度分布较层状云明显偏低,峰值出现在1.5 km高度左右。积状云液态水含量在各高度均高于层状云。液态水含量的最大值出现在1.0km以下,从底层向上液态水含量迅速减少,直到1.0 km左右高度减少的幅度开始变缓。冰水含量延伸的高度较液态水含量更高。层状云和积状云冰水含量垂直分布多以单峰型出现。除夏季外,层状云冰水含量延伸的高度和峰值所在高度均大于积状云。秋季,甘肃中部地区层状云飞机播撒作业高度建议在3.0 km左右高度更合理;春季,石羊河流域2.2 km高度更适合飞机作业。非降水云液态有效粒子半径在垂直方向上下均一,数值上相对于降水云更小。降水云液态有效粒子半径从底层到34 km内迅速减小,底层云滴相对高层更大。非降水云中3.0 km以下冰粒子是有抬升的趋势,3.0 km以上大粒子有下沉的趋势。在降水云中冰相有效粒子半径随高度的增加迅速减小,底层的值远大于非降水云底层的值,充分反映了在降水云中大粒子受重力的影响而下沉。降水性雨层云的云底高度低,在1.0 km左右,且云层发展相对于非降水性雨层云更深厚。冰水含量极大值区主要出现在云层的中上部,在降水云中存在较为集中的极大值区。在降水性雨层云中存在上冷下暖的结构。个例中冰水含量极大值区出现高度均集中在云层的中上部,而冰相有效粒子半径极大值区出现在云层下部,表明中上部冰粒子有效尺度偏小,数量多;下部冰粒子有效尺度偏大,但是数量相对稀少。
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