中国区域大气气溶胶光学厚度与单次散射反照率反演方法改进与近50年变化趋势研究

Aerosol optical depth (AOD) and single scattering albedo (SSA) are the most important parameters in the evaluation of the aerosol radiative forcing. To investigate the accurate historical data is very significant for the estimation of aerosol climate effects. In the project, we will develop the broadband retrieval models of AOD and SSA corresponding to 0.50μm over China with improving the aerosol type scheme and cloud screening procedures. Based on the sun photometer observation of the Chinese Ecosystem Research Network (CERN) since 2004, the aerosol type scheme will be optimized by the narrowband AOD and Angstrom exponent over various ecosystems in China. The integrated solar radiation experiment will be launched at the background stations of Chinese Academy of Sciences, which the observation results will be used to systematically evaluate and revise the differences and errors of the broadband models. The five-decade AOD and SSA corresponding to 0.50μm will be backtracked by the optimized broadband retrieval models with the surface direct and global irradiances of CERN and Chinese Meteorological radiation stations. The results will show the spatial and temporal distribution of AOD and SSA, and clarify the trends of aerosol optical properties over China. The data will greatly enrich the historical aerosol database in China, which will be very significant to estimate aerosol climate effects.

大气气溶胶光学厚度（AOD）与单次散射反照率（SSA）是气溶胶辐射强迫研究中最重要的光学参数，长期历史数据的准确获取对气溶胶气候效应研究有着重要的价值。本项目拟采用等效波长AOD宽带消光法和SSA宽带总辐射反演方法，创新引入气溶胶模态修正模块与云扫描模块，构建中国区域等效波长0.50μm波长AOD与SSA宽带反演模型；依据2004以来中国生态系统研究网络CERN太阳分光观测资料，建立各类典型生态系统最优参数化方案；同步开展中科院大气本底站太阳辐射综合观测实验，系统评估修正反演模型偏差，实现反演模型精度归一化；利用中国气候辐射观测站太阳直接辐射、总辐射资料和CERN太阳总辐射，反演获取中国区域近50年0.50μm波长AOD与SSA时空分布数据；阐明中国区域气溶胶光学特性年代际演变趋势。项目研究将卓有成效地丰富我国气溶胶光学特性历史信息数据库，为中国区域气溶胶气候效应研究提供有价值的数据支撑。

在当前气溶胶环境气候效应研究中，如何获取高时空分辨率的AOD与SSA历史信息资料仍是我国气溶胶气候效应变化研究的一项重要课题。AOD宽带消光法和SSA宽带总辐射反演方法是利用辐射资料获取AOD和SSA的两个重要方法，本项目通过对中国地区太阳分光观测网气溶胶模态观测结果的多年平均统计及对总日照时数和相对湿度日值数据设定阈值范围，向两种反演方法中创新引入气溶胶模态修正模块与云扫描模块，构建中国六个不同地理区域（华北地区、东北地区、东南地区、西南地区、西北地区和青藏高原地区）AOD与SSA宽带反演优化模型，反演值和观测值对比结果表明：加入云扫描模块和气溶胶模态修正模块的宽带消光法反演精度高，可有效反演重构500nm波段气溶胶光学参数，实现与卫星、地基观测数据的对接和归一化。利用中国气候辐射观测站太阳直接辐射、总辐射长期观测资料，基于不同地理区域宽带反演优化模型，获取中国区域不同站点近50年500nm波长AOD与SSA数据，重构中国区域AOD与SSA历史数据库，阐明中国区域气溶胶光学特性年际演变趋势。结果表明：近50年，全国AOD呈现上升趋势。受经济发展影响，华北、东南地区等东部地区AOD增长幅度明显高于东北和内陆地区；中国华北、东北、西南地区SSA呈现上升趋势，东南、西北、青藏高原地区SSA下降；1990年之后是我国经济快速发展的黄金时期，人为散射型气溶胶排放增加，中国中东部SSA显著上升；散射消光SAOD在全国范围内均上升，尤其在东部地区涨幅较大；西南地区主要受生物质燃烧影响，近年来由于生物质燃烧量的减少，黑炭排放降低，吸收消光AAOD在该地区下降，而在中国其他地理区域均呈现微弱上升。项目成果对我国气溶胶环境与气候效应研究具有重要科学意义和应用价值。受本项目资助已发表17篇SCI论文，项目负责人先后获得全国优秀气象科技工作者、学笃风正创新贡献奖与赵九章优秀中青年科学奖等6项科技奖励。