低纬高原昆明地区上空大气臭氧总量及垂直廓线分布的对比观测研究

The project is planed to take one-year ozonesonde observation in Kunming for obtaining the climatology of atmospheric ozone and temperature profiles. With the observed vertical profiles, we off-line set the Dobson and Brewer spectrometer instrumental parameters （such as the atmospheric ozone mass factor and the effective ozone absorption coefficients）that are used to determine total ozone and Umkehr profiles, re-calculating the data of total ozone and O3 Umkehr profiles. The recalculated data set of total ozone and profiles will be utilized to investigate the uncertainties of Dobson or Brewer observations caused by the differences of ozone and temperature profiles between Kunming and global middle-latitude. The influence of atmospheric SO2 on Dobson total ozone data will be also investigated by using MKIII Brewer spectrophotometers observations. The difference characteristics of total ozone and ozone vertical profiles data from Dobson, Brewer spectrometer, ozonesonde and satellite observations over Kunming will be used to establish an inter-comparison basis for the ozone long-term trend analysis.

本项目拟在昆明开展为期1年臭氧探空观测，获取反映昆明地区大气臭氧和温度垂直廓线分布的气候值，以此对目前在云南大学执行臭氧总量和臭氧Umkehr垂直廓线观测的Dobosn和Brewer光谱仪相关参数(大气臭氧质量数及臭氧有效吸收系数)进行离线设置和观测数据的重新计算，获取更为接近符合实际大气垂直结构的臭氧数据，以研究大气温度和臭氧垂直廓线在中纬度地区(仪器的固有设置值)和昆明地区的差异对臭氧测量的影响。通过MKIIIBrewer光谱仪,研究大气SO2对Dobson臭氧总量测值的误差。比较Dobson、Brewer光谱仪、臭氧探空和卫星观测臭氧总量、垂直廓线的差异特点,为利用不同探测手段获取臭氧长期变化趋势的分析研究提供基础。

昆明臭氧观测站是GO3OS第209号成员，使用Dobson(D03)和Brewer MKⅢ(B198)分光光度计，自1980s起向WOUDC报送观测数据。基于地基和探空实验，利用实测资料验证了MLS和AIRS卫星臭氧廓线和TOU、OMI、SBUV、GOME2A和ECMWF臭氧总量；探讨了AMF近似计算和SO2对地基测量影响，评估了不同版本吸收截面的反演应用；考虑了多次散射、折射及气溶胶散射和吸收引起的Umkehr误差及算法改进。结果表明：(1)在UTLS中MLS和AIRS臭氧值明显且高于ECC值。MLS在82.5hPa偏差最大，平均为(80.5±65.1)%，其它层次在50%内。AIRS偏差大于MLS，100hPa分别为(107.0±67.8)%和(6.4±60.5)%。(2)MLS和AIRS温度灵敏度较高偏差在±4℃内，MLS在17.8hPa以上高1~3℃，100hPa以下低1~4℃。AIRS在70hPa以上高0~3℃，100hPa以下低1~2℃。对流层春夏MLS的质量稍差。(3)卫星反演与地基存在偏差，臭氧总量增加时偏差增大，SBUV与地基的离散最大，OMI最接近。(4) SZA大于60°时AMF对臭氧层高度敏感，高度越高AMF值越低，地球曲率和大气折射将使Dobson和Brewer产生显著误差(SZA=85°达4%)。(5)SO2有效吸收系数ΔγAD=1.843，导致Dobson值比实际偏高(1DUSO2使臭氧偏高1.28~1.36DU)。(6)Brewer受温度影响小于Dobson，由此产生二者季节性偏差。考虑温度对吸收系数影响，偏差可有效控制。臭氧总量反演对吸收截面敏感，其中BPQ，DBM和SER的应用使两仪器整体偏差增大，分别为2.92%，-2.57%和-1.83%，而SAC的符合最好为0.03%。综合订正方案能够有效地缩小Brewer和Dobson观测数据的偏差，使两组数据保持良好一致性。(7) Umkehr改进可减小多次散射、气溶胶散射和吸收及折射引起的系统误差优于原始数据。(8)ECC、Dobson、Brewer廓线在平流层中下层及对流层差异明显，其中又以部分Brewer值较ECC值偏差明显。(9)研究结果为获得长期、精确、系统的观测数据提供了有效方法，为卫星数据验证和应用提供了有益参考，为评估和利用不同探测手段的臭氧长期变化趋势的研究提供了基础。