基于气溶胶光学厚度的海洋大气总悬浮颗粒物浓度遥感估算模型研究

Atmospheric deposition is an import way for nutrients and pollutions transported from land to ocean. The basic technology of satellite remote sensing estimating atmospheric deposition of nutrients is the remote sensing model for estimating total suspended particulates (TSP) in marine atmosphere. The existing remote sensing estimation model for TSP used on the land was not suitable for ocean, this project will carry out simultaneous observation of aerosol optical characteristics, TSP and meteorological elements on Yuandao Station. Combining with semi-empirical model based on mechanism correction and multiple regression model based on statistics, the TSP estimation model will be developed based on aerosol optical depth 、vertical distributions of aerosol, humidity correction model, aerosol model and meteorological elements, and it will provide technical support for the satellite remote sensing of TSP over ocean and technical reserve for satellite remote sensing marine atmospheric deposition of nutrients.

大气沉降是营养物质和污染物质进入海洋的重要途径，而卫星遥感估算大气营养盐沉降通量最基本的问题是实现卫星遥感估算大气总悬浮颗粒物浓度。针对海洋大气总悬浮颗粒物浓度遥感估算模型研究几乎空白的问题，本项目拟在圆岛站开展地基气溶胶光学特性、海洋大气总悬浮颗粒物浓度和气象因子同步观测，在充分考虑气溶胶垂直分布、湿度校正模型、气溶胶模型和气象因子对AOD和TSP的非线性影响的基础上，结合基于机理订正的半经验模型和基于统计的多元回归模型，建立精度较高、时空适用性较强的海洋AOD-TSP站点复合遥感估算模型，将对发展卫星遥感海洋大气总悬浮颗粒物浓度提供重要的技术支撑，为卫星遥感大气营养盐沉降通量提供技术储备。

大气沉降是营养物质和陆源污染物质从陆地向海洋输送的一个重要途径，而卫星遥感估算大气营养盐沉降通量最基本的问题是实现卫星遥感估算大气总悬浮颗粒物浓度。针对海洋大气总悬浮颗粒物浓度遥感估算模型研究几乎空白的问题，本项目在圆岛站开展了气溶胶光学特性、海洋大气总悬浮颗粒物浓度和气象因子同步观测，在充分考虑气溶胶光学特性变化规律、垂直分布、湿度订正和气象因子影响基础上，建立了大气总悬浮颗粒物浓度的半经验反演模型。. 研究结果显示，圆岛海域气溶胶光学厚度AOD较小、颗粒物粒径偏大，气溶胶单次散射反照率SSA主要有强散射和强吸收两种类型，且强吸收类型占主导地位，受细粒子气溶胶影响较大。复折射指数实部随波长递增而递增，呈现灰霾气溶胶的特征，具有较强的吸收性。粒径体积谱可以明显分为细粒子模态和粗粒子模态两部分，细粒子模态在全年均为单峰模式，而粗粒子模态在冬夏为单峰模式，在春秋为双峰模式。气溶胶全年均以混合气溶胶为主，起绝对主导作用，受陆地气溶胶的影响较大。沙尘气溶胶在四季均有分布，对春季影响最大，尤其是4、5月份。同时，煤烟气溶胶在春季也有较大比例的分布。. AOD随相对湿度RH增加呈连续平滑增长趋势，模拟含碳气溶胶并考虑季节变化的吸湿增长模型拟合效果最好，但在冬季效果较差。对MODIS多种AOD产品进行真实性检验发现，采用平均值算法且只保留QAC>0像元的Optical_Depth_Land_And_Ocean数据集精度表现最好，因此利用该数据集数据进行建模。对AOD数据进行湿度订正和垂直订正，然后和实测TSP的冬季数据进行半经验建模，决定系数为0.47，通过0.001的显著性检验。. 本项目建立的气溶胶吸湿增长模型和TSP反演模型可为中国近海海域估算营养盐入海通量提供技术支撑，为赤潮防治工作和其他污染物的防治提供技术储备。