基于大气学模式的近地面颗粒物反演方法研究

针对目前卫星遥感近地面颗粒物研究中，一般采用地面多点监测结果内插获取区域尺度的气溶胶标高和大气相对湿度，导致反演结果在区域尺度上不确定性较大的问题。本研究提出结合大气模式和卫星遥感气溶胶光学厚度的近地面颗粒物反演方法。该方法能在一定程度上解决前述"以点带面"带来的不确定性问题，提高近地面颗粒物在区域尺度上的反演精度。课题首先分析验证边界层高度代替气溶胶标高的可行性，进而建立基于边界层高度的气溶胶光学厚度区域尺度垂直订正模型，用于获取近地面消光系数；再根据实验观测结果建立颗粒物吸湿增长模型，进而建立颗粒物湿度效应校正模型，用于获取近地面"干"消光系数；最后通过实验建立"干"消光系数与颗粒物质量浓度相关模型，获取近地面颗粒物浓度。课题以华北地区为研究区域，采用RAMS模式模拟大气边界层参数，基于MODIS数据反演近地面颗粒物质量浓度，并以研究区域内16个地面监测站点监测结果，验证反演结果。

课题研究建立了一种卫星遥感近地面颗粒物的方法，该方法考虑大气边界层和近地面相对湿度的区域分布变化情况，基于大气模式模拟结果和卫星遥感气溶胶光学厚度进行近地面颗粒物浓度反演。.通过研究，项目已顺利完成各计划内容，主要成果如下：.（1）区域尺度气溶胶光学厚度垂直订正模型研究.基于目前无法通过监测手段获得准确大范围区域尺度的气溶胶标高的实际情况，研究采用RAMS模式模拟边界层高度代替气溶胶标高，实现基于卫星AOT获取大范围区域尺度近地面水平消光系数。采用地基激光雷达观测的混合层高度对RAMS模拟的边界层高度进行对比验证， RAMS模拟结果与地面观测结果吻合很好。.（2）区域尺度近地面消光系数湿度效应校正模型研究.研究采用RAMS模式模拟区域尺度近地面相对湿度，进而获取区域尺度相对湿度因子，最终获得区域尺度近地面“干”消光系数。采用地基气象仪观测的相对湿度对RAMS模拟的近地面相对湿度进行对比验证，结果可见RAMS模拟结果与地面观测结果吻合很好。.（3）“干”消光系数与质量浓度模型研究及区域尺度PM估算.根据Mie理论，“干”气溶胶消光系数与颗粒物浓度存在正相关关系。近地面干消光系数与PM2.5质量浓度之间的线性模型通过地基观测获得，按季节建立近地面“干”消光系数与PM2.5质量浓度相关模型。冬、春、夏、秋四个季节拟合结果R2分别达到0.4828、0.6552、0.6344和0.7986。.（4）结果分析及评价.利用RAMS模拟结果和MODIS的气溶胶光学厚度获得了华北地区近地面PM2.5质量浓度。并用地基监测数据对反演结果进行评估。结果表明，遥感反演的近地面PM2.5与地面监测数据在趋势上基本一致，二者相关系数达到0.68。又利用常规方法对MODIS气溶胶光学厚度数据进行了颗粒物反演，并将反演结果与文中建立的新方法得到的结果进行比较，结果表明基于新方法得到的反演结果与地面监测数据具有更好的相关性，和常规方法相比，相关系数从0.57提高到0.73。采用本研究建立的方法估算的近地面颗粒物与地面观测结果的相关性明显高于利用地面激光雷达和气象仪监测数据估算的结果。该方法是在假设边界层内的颗粒物垂直交换充分的前提下进行的，因此在晴天正午时分比较合适，不适合其他时间。.（5）发表论文3篇，其中SCI2篇。