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不同季节气溶胶光学厚度变化特征—夏季
夏季关中AOD高值区域明显高于春季，达到一年之中最大，西安东部气溶胶光学厚度 值达到1.0~1.1，渭南南部AOD值也在0.9~1.0之间，由夏季FMF值的变化特征（ 图5b）有，在关中地区污染较严重的西安东部和渭南南部，FMF值均达到了0.6以上 ，夏季关中地区污染较严重地区的主要以人为源产生的细粒子为主，其中6月份为关中 地区小麦收割季节，大量的焚烧秸秆，导致细粒子气溶胶剧增，同时夏季关中地区主要 受西太平洋副热带高压控制，大气中的湿度较高，加之夏季主要气溶胶污染多为吸湿性 较强的人为成因细粒子，温暖潮湿的环境使得吸湿性气溶胶颗粒平均粒径增大，导致整 层大气中的消光系数增加，同时也有利于气粒转化的气相反应，增强了形成气溶胶的能 力。此外由于夏季太阳辐射增强，地面加热作用很强，大气垂直运动强烈，形成较强的 气溶胶垂直输送，也可能使气柱气溶胶含量增加。
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不同季节的AOD和FMF变化表明，关中地区夏季气溶胶光学厚度最 大，春季次之，秋季气溶胶光学厚度值最小。其中夏季气溶胶主要来 自人为产生的小颗粒吸湿性气溶胶，春季主要为大颗粒的沙尘气溶胶。 分析AOD和FMF时间变化特征，近10年关中西部气溶胶浓度有下降 的趋势，关中中部和东部则呈现波动中增加的趋势，其中东部上升较 明显。关中地区FMF变化特征表明，关中地区自西向东粗粒子对 AOD贡献比重逐渐加大，近10年关中地区细粒子气溶胶粒子污染有 逐年加重的趋势，其中中东部较为显著。
2000-2010年 陕西关中地区550nm AOD均值分布图
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西安主要风向为东北风和西南风，其中东北风出现的频率明显高于西 南风，因此西安近地面主要污染物扩散方向以东北—西南向为主，且 向西南扩散的几率高于东北向；宝鸡近地面主要风向为西北—东南向 ，因此宝鸡的污染物也主要是沿西北东南向扩散，渭南的盛行风向主 要是偏东风，污染物主要向偏西向扩散。加上关中地区地形的对南北 方向水平扩散的限制，使近些年关中城市化产生的气溶胶在关中中东 部一带堆积，导致该区域的气溶胶光学厚度明显高于西部地区。
五、近10年关中盆地气溶胶时空变化规律
关中地区气溶胶光学厚度分布呈现东高西低的趋势，中心最大值在0.8~0.9之间；关 中西部为气溶胶光学厚度的低值区，量值在0.4以下。 关中东部FMF的值在0.4~0.5，西部FMF值大于东部，在0.6~0.8之间，表明关中 西部细粒子气溶胶所占比例较关中东部大。可能原因为：由于关中东部为整个关中城市 群污染物以及陕北沙尘污染向下游输送的通道，在西风带环流和秦岭山脉的共同作用下， 污染物中粒径较小的粒子在大气环流作用下翻越秦岭向其南部传送，而大粒子在关中东 部地区沉降，使该地区成为自然源的大粒子和人为源的细粒子的汇集区，导致该地区 FMF值较关中西部明显偏小 。
AOD
2.5 2 1.5 1 0.5 0 2000
1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
宝鸡 y = -0.0006x + 1.143 渭南 y = 0.0007x + 0.0069 西安 y = 0.001x - 0.3755 宝鸡 渭南 西安 线性 (宝鸡) 线性 (西安) 线性 (渭南)
MODIS研究关中盆地近10a大气气溶胶时 空变化特征
陕西省农业遥感信息中心
王钊
主要内容
一、研究区域概况 二、资料选取 三、MODIS 卫星反演气溶胶算法介绍 四、卫星反演数据地基验证 五、近10年关中盆地气溶胶时空变化规律 六、结论与讨论
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一、研究区域
关中盆地地区位于陕北高原与秦岭山脉之间，西起宝鸡，东至潼关，为 三面环山向东敞开的河谷盆地，地形东宽西窄，地势西高东低，海拔 325~900 m，南部为秦岭山脉，海拔高度1500~2000 m，其主峰太白山高 3767 m；北部为黄土高原。 关中天水经济区十二五规划中重点发展的区域之一。近年来随着城市化 工业化进程加快，污染物加速排放，造成核心城市上空常出现气溶胶霾 覆盖现象，同时由于南部秦岭山地形成特殊的地形，在一定程度上抑制 了污染物在大气边界层内的水平扩散，进一步加剧了城市大气污染。
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西安、宝鸡、渭南的风玫瑰图
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不同季节气溶胶光学厚度变化特征—春季 春季关中AOD高值中心主要位于西安东部，中心最大值在0.9~1.0之间，春 季关中FMF在0.4~0.6之间，在污染高值中心蓝田，FMF值在0.3以下，表 明春季主要污染为沙尘气溶胶的影响。关中盆地地处黄土高原的下游区，春 季受冷暖交替，其西部和北部黄土高原区易产生大风天气，且由于北方地表 已经开始解冻，频繁的大风天气会产生扬沙甚至沙尘暴，被扬起的沙尘随风 向下游方向输送，从而使关中东部地区沙尘气溶胶含量增加
六、结论
利用CE-318光度计对MODIS C5气溶胶产品在西安地区的适用性 进行验证，结果表明：MODIS C5版本的AOD和CE-318观测到的 气溶胶光学厚度数据吻合较好，其相关性达到0.91，精度可以满足 研究需要，但卫星反演的AOD偏高，表明在反射率估算和模型假定方 面C5在关中地区的算法仍有改进的空间 。 多年平均值变化表明：关中地区AOD分布受地形影响和盛行风向影响 显著，呈现东高西低的趋势，高值中心主要分布在西安、渭南南部， 主要来自自然产生的粗粒子和人为产生的细粒子共同贡献；宝鸡为气 溶胶光学厚度的低值区，AOD的主要贡献为人为产生的细粒子。关中 地区的气溶胶污染主要集中在关中东部。
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四、卫星反演数据地基验证—续
检验样本匹配的方法： 1、光谱匹配：由于太阳光度计没有550nm波段，采用Angstrom 关系式插值计算得到550nm AOD。 2、时空匹配：Remer等在全球海洋MODIS气溶胶遥感资料验证研 究中采用50 km×50 km的空间采样窗口, 考虑泾河观测场附近地 植被覆盖好，地表较为均一，有效像元较多，选择泾河观测场上空 30km×30km窗口像元做平均，时间选择卫星过境前后30 min数 据做平均值（半个小时内不变）。 最大化的保证卫星和地基观测二者间在时间和空间上的一致，选用 2008，2009年CE318 AOD和MODIS C05 AOD数据，共匹配 到102组可供分析应用的样本，其中83个样本都在在NASA预期的 误差范围∆τ=±0.05 ±0.15τ内，占样本总数的68.6%，两组数 据相关系数达到0.9342，MODIS C05的AOD在关中盆地数据精 度可以满足要求。
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三、MODIS 卫星反演气溶胶算法介绍
卫星遥感气溶胶算法描述
气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth，以下简称AOD）定义为：
为大气标高， 指粒子消光截面， N(z)指消光粒子数密度垂直分布，其物理意义是沿辐射传输方向单位截 面的气溶胶散射产生的总削弱，与对流层垂直方向气溶胶总浓度相关。
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
FMF
宝鸡 y = 0.0011x + 0.8135 西安 y = 0.0017x + 0.4679
渭南 y = 0.0014x + 0.4622
宝鸡 西安 渭南 线性 (宝鸡) 线性 (西安) 线性 (渭南)
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MODIS AOD
2 1.6 1.2 0.8 0.4 0 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2
CE-318 AOD
y = 0.8127x + 0.0912 R 2 = 0.8442
图 西安市泾河观测场CE318 AOD同MODIS C005 AOD散点图
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不同季节气溶胶光学厚度变化特征—秋季 秋季气溶胶光学厚度高值中心分布区域与夏季基本相同，但量值明显 低于夏季，基本在0.6~0.7之间，FMF值降至0.4~0.5之间；
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不同季节气溶胶光学厚度变化特征—冬季
冬季关中地区气溶胶光学厚度的大值中心移至渭南南部，中心最大值在0.7~0.8之间 ，污染中心的FMF值小于0.2，而一直处于高AOD中心的西安地区，其AOD值明显低 于其余三个季节，仅在0.6左右，其FMF值也在0.3以下，表明，关中地区冬季的污染 中心明显东移 。
NNW NW 西安风玫瑰图 N 0.2 0.15 0.1 WNW 0.05 W 0 E ENE NNE NE
NNW NW
渭南风玫瑰图 N 0.2 0.15 0.1
NNE NE
WNW 0.05 W 0
ENE
E
WSW
ESE
WSW
ESE
SW SSW S SSE
SE C=0.32
SW SSW S SSE
SE C=0.33
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二、主要资料选取
NASA-MODIS网站提供的2000-2010年TERRA(MOD04_L2)和 AQUA (MYD04_L2)卫星C5版本气溶胶产品，分析其中两个 数据集: (1)550 nm 的气溶胶光学厚度值（AOD）；(2)细 粒子对光学厚度值的贡献(FMF) 气象资料：来自陕西省气象信息中心 季节变化中所采用的划分标准为：3月至 5月为春季，6月 至 8 月为夏季，9月至 11月为秋季，12月至来年2月为冬 季。
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MODIS气溶胶产品中的小颗粒比例（FMF）定 义为550nm处小于1.0µ m的小颗粒气溶胶光学 厚度与总气溶胶光学厚度的比例。FM越大，则小 颗粒气溶胶的比例越大；FM越小，则小颗粒气溶 胶的比例越小。