基于偏振和激光雷达遥感的长三角地区气溶胶信息提取及其时空变化研究

程 峰

云南师范大学旅游与地理科学学院，云南 昆明 650500

大气气溶胶是指由固体和液体颗粒组成的悬浮在空气中的组合体系。大气气溶胶分布范围广且具有复杂的化学、物理变化，能对全球气候和环境产生重要的影响。近年来随着经济的发展及环境的破坏，人为排放及自然产生的气溶胶都在不断增加，气溶胶研究已经成为当前最为关注的科学问题之一。及时、有效地获取气溶胶相关信息并分析其时空变化，可以为区域气溶胶监测和污染防治提供科学依据和技术支撑。

本文以长三角地区为研究区，利用PARASOL偏振卫星遥感数据反演气溶胶光学厚度及组分数据，同时从CALIPSO激光雷达数据中提取垂直方向上的气溶胶参数信息，分析长三角地区在三维空间上气溶胶的变化特征。在反演的光学厚度数据基础上结合WRF大气模式模拟的不同高度的气象数据，通过随机森林模型分析不同高度气象因子对气溶胶的影响。最后利用HYSPLIT后向轨迹数据分析长三角地区气溶胶传输轨迹、潜在源分布及外源所占份额。

本文的主要研究工作和成果如下：

(1) 采用了一种自定义气溶胶类型算法对PARASOL偏振卫星遥感数据进行气溶胶光学参数反演，不仅获取了精度较高的气溶胶光学厚度数据，同时又获取了气溶胶组分数据。另外利用CALIPSO激光雷达数据提取了气溶胶垂直参数，分析了长三角地区气溶胶垂直分布特征。

(2) 利用PARASOL反演的气溶胶光学厚度数据分析了长三角地区气溶胶光学厚度时空变化特征：长三角地区2008—2013年年均气溶胶光学厚度变化不大，春季气溶胶光学厚度最大，其次为夏季和秋季，冬季最低，其中春季、夏季和秋季气溶胶光学厚度有逐年下降趋势，而冬季则呈逐年上升趋势。同时对气溶胶组分数据进行了计算，获取了长三角地区平均气溶胶组分数据(沙尘性、水溶性、海洋性、煤烟性气溶胶比例分别为0.482、0.323、0.006和0.189)。

利用激光雷达数据提取的气溶胶垂直参数进行分析，得出气溶胶在长三角地区垂直方向上也存在明显的分布规律。春季气溶胶分布高度最高，气溶胶粒径更大，粒子非球形特征显著，多为沙尘气溶胶，夏季气溶胶主要分布在低空，主要为粒径较小的球形粒子，散射能力强。秋季和冬季高空气溶胶出现频率逐步增加。

(3) 利用WRF模拟的不同高度气象数据结合反演的AOD分析了气象因子对气溶胶变化的影响：相对湿度和风速对气溶胶变化影响最大，且高空气象因子对气溶胶影响大于低空。春季风速影响最大，相对湿度其次。夏季则风速影响开始下降，相对湿度影响增大，尤其近地表相对湿度对气溶胶影响明显增强。秋季高空相对湿度影响超过风速，但低空相对湿度对气溶胶影响明显降低，冬季风速和相对湿度的影响同等重要。

(4) 对模拟获取的后向轨迹、气溶胶近地表消光系数等数据进行计算、分析，获得了不同地区输入区域强度指数，并确定了气溶胶输入路径及影响区域。最后通过计算研究区外部与内部输入区域强度指数的比值，获得域外气溶胶所占份额：春季所占份额最大，其次为冬季和秋季，夏季最小，但四季域外所占份额均小于15%，因此长三角地区气溶胶来源以域内排放为主。