基于葵花-8號氣象衛(wèi)星的天津地區(qū)氣溶膠光學(xué)厚度分布特征

李 鵬，畢溫凱，楊 寧，高璟，肖致美，陳 魁

(天津市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心 天津 300191)

0 引 言

氣溶膠光學(xué)厚度，AOD(Aerosol Optical Depth)或AOT(Aerosol Optical Thickness)，為介質(zhì)的消光系數(shù)在垂直方向上的積分，它是氣溶膠最重要的參數(shù)之一，表征大氣渾濁程度的關(guān)鍵物理量，也是確定氣溶膠氣候效應(yīng)的重要因素，對大氣輻射平衡、空氣質(zhì)量等都有重要影響[1-3]。葵花-8號衛(wèi)星是由日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)設(shè)計制造，于2015年7月投入使用的靜止氣象衛(wèi)星，搭載AHI傳感器全圓盤觀測僅需10 min，提供(60°N—60°S，80°E—160°W)范圍內(nèi)的氣溶膠光學(xué)厚度產(chǎn)品[4]。AOD產(chǎn)品具有較高的時間和空間分辨率，在區(qū)域大氣污染監(jiān)測領(lǐng)域有很大的應(yīng)用潛力[5]。

針對葵花-8號衛(wèi)星AOD產(chǎn)品，趙壘等[6]對比2015年9月至2017年12月AERONET和葵花-8號L2級 AOD數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，葵花8號衛(wèi)星反演的氣溶膠光學(xué)厚度產(chǎn)品的精度存在很大的空間上的差異性，其中有48個站點Himawari-8 AOD與AERONET AOD之間存在較好的相關(guān)性(R＞0.5)，有22個站點Himawari-8衛(wèi)星反演氣溶膠光學(xué)厚度產(chǎn)品存在明顯的低估現(xiàn)象，北京地區(qū)二者間具有良好的相關(guān)性(R＝0.79)。Wang等[7]分析華北地區(qū)8：00～16：00 Himawari-8 L2 AOD 與AERONET AOD發(fā)現(xiàn)，在上午9：00、10：00和11：00 Himawari-8 L2 AOD有明顯的高估，而在下午13：00、14：00和15：00存在明顯的低估現(xiàn)象。部分學(xué)者利用葵花-8號小時AOD數(shù)據(jù)逐步合成日、月、年均值，研究了典型區(qū)域AOD的時空變化特征[6,8]。本研究以天津為研究區(qū)域，利用葵花8號衛(wèi)星AOD月值數(shù)據(jù)產(chǎn)品，分析天津2018—2019年AOD時空分布特征。

1 數(shù)據(jù)源

Himawari-8 AOD產(chǎn)品分為L2級和L3級，其中L3是在L2上進行嚴格的云篩選，并對部分無數(shù)據(jù)區(qū)域進行了插值，因而改善了產(chǎn)品質(zhì)量[4,9]。研究中選擇L3月值數(shù)據(jù)集產(chǎn)品，空間分辨率為5 km×5 km，時間范圍為2018年1月至2019年12月，共計24個月數(shù)據(jù)集，數(shù)據(jù)從日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)(Japan Aerospace Exploration Agency)下載，網(wǎng)址為https：//www.eorc.jaxa.jp/ptree/index.html。用GIS軟件讀取Himawari-8 AOD月值數(shù)據(jù)集，根據(jù)天津行政邊界提取研究區(qū)數(shù)據(jù)。在計算四季及年均值分布時，用研究區(qū)的月均值填充當(dāng)前月的空值區(qū)。

2 結(jié)果與討論

2.1 AOD整體情況

2018—2019年，天津的AOD均值為0.497，其中2018年均值為0.544，2019年均值為0.450，比2018年下降17.3%。2018—2019年AOD高值區(qū)分布基本一致，均在薊州中東部、寶坻-武清、靜海的團泊洼周邊以及塘沽地區(qū)，這些區(qū)域AOD均大于0.533。薊州中東部及靜海團泊洼周邊AOD較高的地區(qū)與于橋水庫、獨流減河-團泊洼水庫基本重合，這些地區(qū)水汽條件明顯優(yōu)于其他地區(qū)，寶坻-武清AOD高值區(qū)與農(nóng)作區(qū)高度重合，此地高值可能與農(nóng)業(yè)活動相關(guān)[10]，塘沽地區(qū)為濱海新區(qū)政府駐地，天津市經(jīng)濟開發(fā)區(qū)位于其中，區(qū)域內(nèi)工程建設(shè)及經(jīng)濟活動水平較高。AOD低值區(qū)分布在薊州北部及濱海新區(qū)東南部，究其原因可能在于薊州北部為燕山余脈，屬于山地丘陵地區(qū)，人類活動水平較低，濱海新區(qū)東南部靠近渤海，多個月份AOD月值數(shù)據(jù)中均為無數(shù)據(jù)區(qū)，計算中使用了全市均值替代導(dǎo)致(圖1)。

2.2 季節(jié)變化

從季節(jié)分布上來看，2018—2019年天津春夏秋冬AOD均值分別為0.418、0.562、0.672、0.337，表現(xiàn)為秋季＞夏季＞春季＞冬季(圖2)。秋季AOD出現(xiàn)極大值的原因一方面在于秋季農(nóng)業(yè)活動強度明顯增強，另一方面由于本地河網(wǎng)密布，氣溫差拉大，很容易出現(xiàn)輻射霧，導(dǎo)致吸濕增長增加消光系數(shù)；冬季AOD最低的原因是，一方面冬季AOD本身較低，另一方面冬季地表反射率發(fā)生了較大變化，使用暗像元法反演效果差，存在明顯的AOD低估現(xiàn)象。

天津冬季AOD為0.337，與鄭小波等[10]發(fā)現(xiàn)京津唐地區(qū)冬季AOD最低(0.2～0.3)的研究結(jié)果基本一致。胡蝶[11]通過分析2001—2010年MODIS數(shù)據(jù)，得到華北地區(qū)十年來AOD季節(jié)分布為“夏季＞春季＞秋季＞冬季”，天津AOD季節(jié)分布發(fā)生了較大變化。韋海寧等[5]通過分析葵花-8號2015年7月15日至2018年4月21日L3級逐小時數(shù)據(jù)，得到京津冀6月和7月的AOD值超過了0.5，與本研究夏季結(jié)果基本一致。本研究結(jié)果明顯區(qū)別于福建地區(qū)2015—2017年AOD“春季最大、冬季次之、夏秋最小”的分布特征。李愷霖等[8]認為福建地區(qū)春季AOD最大的原因是春季影響福建的冷空氣勢力逐漸減弱，暖空氣勢力逐漸加強，受西南暖濕氣流影響，東南沿海溫度上升，平流霧出現(xiàn)頻率明顯升高。

2.3 各月變化

從天津各月AOD分布來看(圖3)，2018年月均AOD濃度最大值為11月0.863，最小值為2月0.151，2019年月均AOD濃度最大值為10月0.682，最小值為3月0.142，月變化曲線表現(xiàn)為雙峰結(jié)構(gòu)，最高峰分布在10～11月，次高峰分布在6～7月。與2015年7月—2018年4月京津冀AOD月分布一致，但高值出現(xiàn)月份不同。韋海寧等[5]研究中最大值出現(xiàn)在6月、次大值出現(xiàn)在10月。2項研究數(shù)據(jù)都顯示6～7月AOD在0.6左右，但是2018—2019年10～11月AOD明顯升高，升高了約0.2；2018年4月AOD為0.717，均比上下2個月濃度較高，此分布形態(tài)類型與韋海寧等[5]研究相似，可能原因在于4月份北方天氣回暖，受沙塵天氣影響，導(dǎo)致消光系數(shù)增大所致。

3 結(jié) 論

①2018—2019年，天津AOD均值為0.497，高值區(qū)分布在薊州中東部、寶坻中部、靜海團泊洼周邊及塘沽地區(qū)。

②從季節(jié)分布上來看，天津秋季AOD最高0.672、冬季最低0.337，由高到低依次為秋季＞夏季＞春季＞冬季。

③月變化曲線表現(xiàn)為雙峰結(jié)構(gòu)，最高峰分布在10～11月，次高峰分布在6～7月。■