基于宽带逐时曝辐量反演气溶胶和云光学厚度

Due to lack of systematic information of aerosol and cloud, there are still large uncertainties in estimation of their radiative forcing. Based on the long-term and vast amounts of broadband solar radiation observations, this proposal wants to launch the following researches: 1) Develop a new way to retrieval multi-spectral aerosol optical depth(AOD) from hourly insolations of global and diffuse radiations; 2) Develop a new retrieval method of cloud optical depth(COD) from hourly global insolation, considering both water cloud and ice cloud features and using observed surface albedo; 3) Validate these two approaches by means of multiple ground-based remote sensing products; 4) Using our new retrievals, the AOD and COD datasets at 17 top-level Chinese radiation stations will be obtained since 1993 and their variation characteristics will be revealed through statistic analysis. This proposal, which relies on the existing meteorological stations, offers the most economical way to get long-term variations of AOD and COD in China. The data obtained from this study also can be useful for aerosol and cloud radiative effect estimations in climate change research.

由于缺乏云和气溶胶光学特性的系统资料,导致目前对于气溶胶和云的辐射强迫估计存在很大不确定。本项目将利用我国辐射观测站积累的长期、大量的宽带太阳辐射资料，展开以下研究：1）基于宽带总辐射和散射辐射小时曝辐量建立多波长气溶胶光学厚度反演方法；2）基于总辐射小时曝辐量和实测地表反照率，综合考虑水云和冰云不同散射特性，建立云光学厚度反演方法；3）利用多种地基遥感资料检验并改进新反演方法；4）利用本项目建立的反演方法，反演获取我国17 个一级辐射站1993年以来的可靠的气溶胶和云光学厚度数据集，并揭示其变化特征。本项目依托现有气象观测站，以最经济的方式获得气溶胶和云光学厚度长期变化特征，为全球气候变化中气溶胶和云辐射效应评估提供基础数据。

本项目主要研究中国地区气溶胶和云光学参数的反演方法和时空分布特征。研究内容包括：建立了从常规观测的逐时太阳辐射反演气溶胶光学厚度（AOD）的方法，反演结果与AEROENT产品的相关系数达到0.9，平均误差0.07，进而反演了我国14个城市1993-2012年AOD数据，分析发现平均AOD呈上升趋势，其中北京和广州呈下降趋势，郑州等5个城市呈上升趋势；建立了从太阳辐射资料反演云光学厚度（COD）的方法，并分析了河北香河地区的COD特征，发现香河的COD秋季最大、夏季最小；利用MODIS产品分析了我国东部地区2003-2013年气溶胶分布特征，发现AOD“北高南低”，而细颗粒物比例呈“南高北低”的特征；利用CALIPSO气溶胶产品分析了我国华北地区气溶胶垂直分布特征，发现华北地区气溶胶随高度呈指数衰减，且1km以下常年存在气溶胶高值层；利用太阳光度计资料分析了南京地区气溶胶光学特征，发现AOD年均达到0.7，且集中高值在细模态。通过本项目建立的反演方法，可以从常规太阳辐射资料获取我国长期气溶胶和云的光学厚度资料，为研究我国气溶胶和云的长期变化特征及其气候效应提供有力的数据支撑。同时，基于卫星资料获得的中国东部和华北地区的气溶胶三维分布特征，有助于提高模式模拟中气溶胶输入参数的正确性。