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全球吸收性气溶胶垂直结构的时空变化与预测模型

宋梓庚   2020-11-06

        近日,我室与河海大学联合培养博士生宋梓庚在国际遥感领域知名期刊《Remote Sensing》发表了全球吸收性气溶胶垂直结构时空变化与预测模型的论文,通讯作者为我室何贤强研究员。

        吸收性气溶胶主要由沙尘、黑碳和有机碳气溶胶组成,其时空分布和垂直结构对水色遥感的大气校正精度具有重要影响。由于全球吸收性气溶胶垂向分布难以大面、实时获取,当前的水色遥感大气校正算法通常忽略强吸收性气溶胶的影响,这将导致气溶胶辐射贡献通常被高估和归一化离水辐射被低估,从而影响水色遥感产品的质量。为了全面认识全球吸收性气溶胶的时空分布及其垂向分布,我们利用2006至2016年的星载激光雷达CALIPSO观测数据,系统阐明了全球吸收性气溶胶垂向结构的时空变化。提出了一种基于高斯拟合和神经网络结合的吸收性气溶胶垂向结构定量分析方法(图1),获得了全球吸收性气溶胶垂向分布的时空变化(图2、图3和图4)。结果表明,沙尘气溶胶主要分布在沙漠上空0.5至6km的位置,烟尘气溶胶主要分布在热带雨林和草原上空0.5至3.5km处,并发现沙尘和烟尘气溶胶最大浓度所在高度分别以2.7 m yr−1和1.7 m yr−1的速率在降低(图5)。同时,基于ECMWF再分析数据资料,利用神经网络模型,构建了全球吸收性气溶胶垂向结构预测模型,这对全球辐射强迫评估和卫星资料大气校正具有重大意义。

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图1 基于高斯拟合和神经网络模型的吸收气溶胶垂向结构参数定量反演流程图
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图2 预测与CALIPSO观测的沙尘气溶胶垂向结构参数对比图。(a) CALIPSOMFA观测结果;(b) 模型对MFA预测结果;(c) CALIPSOMFASD观测结果;(d) 模型对MFASD预测结果。

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图3 预测与CALIPSO观测的烟尘气溶胶垂向结构参数对比图。(a) CALIPSOMFA观测结果(b) 模型对MFA预测结果;(c) CALIPSOMFASD观测结果;(d) 模型对MFASD预测结果。

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图4 2016年模型预测和CALIPSO观测的月平均吸收气溶胶粒子数浓度垂剖面的比较

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图5 20072016年全球、陆地和海洋吸收气溶胶的月(实线)和年(圆点)平均MFA和MFNC值的变化


引用:Song, Z., He, X.*, Bai, Y., Wang, D., Hao, Z., Gong, F., and Zhu, Q. Changes and Predictions of Vertical Distributions of Global Light-Absorbing Aerosols Based on CALIPSO Observation. Remote Sensing, 2020, 12(18), 3014.