地基和卫星遥感夜晚气溶胶光学厚度

Much progress has been made on aerosol effects on climate and environment, however, large uncertainty is still associated with this issue. Therefore, it is still required to enhance measurement and modelling study. More importantly, we should develop new methodology to improve measurements of aerosol optical properties, thereafter, we can further our understanding of spatial and temporal variability of aerosols. Hence, it is of significance to perform research on developing new measurement method, which is a sound basis for researches on aerosol effects on climate and environment. In the project, we will use the platform at Huainan station to perform simultaneous measurement of aerosol optical properties by using sunphotometer, star photometer and moon photometer. In situ measurement of aerosol profile will be performed by using Tethered balloon to validate ground based remote sensing products. We will develop a method to retrieve nighttime AOD by using satellite measurements, which can work under polluted regions. Potential difference in diurnal variation of AOD and surface PM concentration will be investigated. Ground and satellite remote sensing tool box is expected, which will provide measurement methods and dataset for researches on aerosol's effects on climate and environment.

气溶胶气候环境效应研究取得了重要进展，但仍然存在很大不确定性，需要进一步加强观测和模式研究，特别是还需要提出一些新方法弥补现有观测手段的不足，促进气溶胶光学特性的测量，并基于这些新方法获得观测数据，从而通过分析研究提升对气溶胶时空变化规律的认识。因此继续加强气溶胶光学特性测量方法的研究，具有重要科学意义，这也是继续深入认识气溶胶气候环境效应的重要基础。本项目拟以大气物理研究所淮南大气科学研究院为试验平台，开展太阳光度计、星光光度计和月光光度计联合观测试验，并结合系留汽艇气溶胶廓线原位测量，系统评估星光和月光光度计AOD测量精度；建立适合高污染地区的夜晚AOD卫星遥感反演算法并系统评估反演产品的精度；探讨AOD和地面颗粒物（PM）浓度日变化之异同及其可能原因。研究成果有望建立涵盖地基和卫星遥感夜晚AOD的测量体系，为气溶胶气候和环境效应研究提供基础观测条件和数据。

气溶胶是气候和环境研究中的热点和难点问题之一。由于气溶胶排放时空异质性以及较短的大气寿命，气溶胶时空变化极大，因此研发新的气溶胶遥感探测方法具有重要价值。以往卫星遥感主要基于白天太阳辐射作为光源，近20年来卫星遥感取得了长足发展，但夜晚气溶胶遥感探测还非常匮乏。城市灯光卫星遥感探测已经广泛应用于地学等基础学科研究，本项目的主要目标是采用最新的城市灯光卫星遥感探测数据，结合地面观测数据，针对城市尺度夜间污染提供新的探测手段。项目团队开发了基于VIIRS/DNB观测数据的气溶胶光学厚度（AOD）的探测方法，结合线性混合效应模型，建立了城市尺度夜间PM2.5遥感探测方法，交叉验证结果表明该方法反演的PM2.5浓度精度可达10%。由于卫星遥感PM2.5面临遥感观测数据缺失问题，项目团队开发了基于贝叶斯最大熵方法的AOD插补方法，通过系统考虑地基和卫星遥感AOD产品精度基础上，差值AOD精度与MODIS/AOD反演产品相当，相对于MODIS原始反演AOD相比，基于插补后的AOD估算的PM2.5浓度更加可靠，有效抑制了原有方法PM2.5系统低估的问题。研究成果为城市尺度夜间气溶胶遥感反演提供有效手段，有望在未来PM2.5探测领域提供新数据。