中国东部区域性霾的多源遥感识别方法与典型类型初步诊断研究

China suffers serious fog-haze pollution problem, especially that satellite observations show common widespread haze clouds over eastern China with large spatial variations. However, MODIS aerosol data is usually invalid in regions covered by heavy haze or mixing of haze-cloud. Also, optical information from single satellite sensor is limited in analyzing haze pollution. Based on the combined ultraviolet、visible and short infrared、multi-angle and polarized、and cloud-aerosol Lidar remote sensing in the A-Train satellite constellation, this study tries to identify haze distribution and investigate the main regional pollution processes over eastern China by analyzing optical properties and spatial features of the haze clouds. The main content is as follows: 1) for the difficulty in discriminating haze and cloud, develop a multi-satellite remote sensing method for identifying regional haze pollution; 2) investigate multi-satellite remote sensing mechanism in detecting optical properties of haze layers, and discriminate different haze types according to their optical properties in ultraviolet absorption、size mode、vertical structures and so on; 3) combined with ground observation and meteorological data, improve haze optical types based on the spatial information, and then analyze the typical types and distribution of the haze pollution over eastern China.

我国面临严重的雾霾问题，尤其是卫星观测发现大范围的霾层常出现在我国东部，并具有较大时空变化。但是常用MODIS气溶胶数据在中国东部重霾、霾与云混合情况下存在数据缺失问题，难以反映区域霾的变化过程，获取的光学信息也比较有限。本项目拟利用A-Train系列卫星可以紫外、可见光-短波红外、多角度偏振、激光雷达等多种手段对同一地区霾层进行同时探测的优势，识别区域霾的分布范围，并探索通过霾层的光学特性和时空特征初步诊断我国区域霾的主要类型。主要研究内容包括：1）针对霾与云的区分难题，发展区域霾的多源遥感识别方法；2）研究区域霾层光学特性的多源遥感探测机理，根据不同季节和地区的霾层在紫外吸收、粗细模态、垂直结构等光学特性方面的差异判别不同的霾类型；3）结合地基观测和气象数据，研究区域霾事件的时空变化过程，并在此基础上改进霾类别的光学诊断，探讨中国东部区域性霾的典型类型及时空分布。

本课题针对我国重霾霾污染形成机制及国际上气溶胶卫星产品偏差问题，基于多源卫星综合观测对中国东部地区的大范围雾霾污染分布卫星遥感识别、典型类型判别等问题进行了研究；系统评估了国际上主流气溶胶产品在重污染背景下精度与误差来源，研究了中国东部典型区域性霾天污染的卫星遥感识别方法、时空分布与变化趋势、以及典型类型；研究结果指出MODIS C6气溶胶产品暗像元与深蓝算法的重大差异，揭示了深蓝算法东亚沙漠地区的严重低估问题；基于辐射传输模拟了气溶胶反演算法的误差来源，提出了改进模型；从卫星遥感角度给出了2000-2017年中国区域性霾污染的时空变化趋势，研究大气环流与区域污染天气频次的关系；基于多源卫星遥感研究了沙尘、生物质燃烧、人为积聚、雾霾等不同污染类型的光学特征与形成过程，结合气象资料研究了大范围极端污染的主要成因，并提出了华北地区冬季颗粒物的空间振荡现象；本课题基于卫星遥感综合观测，首次从区域尺度揭示了我国灰霾污染的基本特征和主要来源，全面验证并揭示了国际上气溶胶产品在重污染背景下的重大偏差问题，模拟了霾天气溶胶的散射和辐射特性，并提出了改进方案，为大气化学、物理以及卫星遥感应用提供了重要参考。