京津冀典型污染地区对流层气溶胶、NO2和SO2垂直廓线的MAX-DOAS反演研究

Retrieval of tropospheric aerosol and trace gas vertical profiles by MAX-DOAS has been very active in the atmospheric composition remote sensing research field. However, how to evaluate the reliability and uncertainties in retrieved profiles still remains a scientific question to be solved. The Gucheng Agro-ecological meteorological Station is a rural site located in the core area of the Beijing, Tianjin and Hebei region (called Jing-Jin-Ji in Chinese) and in the midway of the Shijiazhuang-Beijing transport corridor. This proposal will carry out a study of vertical profile inversion of tropospheric aerosol extinction, SO2 and NO2 mixing ratios based on more than two years of MAX-DOAS measurements at the Gucheng station during 2008-2010. Several flights of aircraft measurements tropospheric aerosols, NO2 and SO2 made over Gucheng among that period will be used to perform comparison analysis and to evaluate the accurancy and errors in the MAX-DOAS retrieved results. The proposed project will be helpful for improving profile inversion method, optimizing model parameter settings, and quantifying inversion errors. It would also increase our understanding of the temporal and spatial distribution of air pollutants and its change role in the Jing-Jin-Ji region, and thus provide scientific bases for revealing formation mechanisms of air pollution and making effective control policies for this region.

近年来利用多轴差分光学吸收光谱仪MAX-DOAS，观测反演对流层气溶胶和痕量气体垂直廓线已成为大气成分遥感研究中最为活跃的领域，但如何准确评估廓线反演结果的可靠性和误差，仍是目前亟待解决的科学问题。河北固城生态与农业气象试验站是位于京津冀腹地、石家庄-北京输送通道上的农村站点。本项目将利用2008-2010年期间固城站获得的MAX-DOAS光谱观测数据，进行对流层气溶胶、NO2与SO2垂直廓线的反演研究；并利用这期间数次飞机观测获得的固城上空气溶胶、SO2和NO2垂直廓线数据，与MAX-DOAS廓线反演结果进行对比分析，评估MAX-DOAS廓线反演的准确度和误差。项目研究有益于改进MAX-DOAS廓线反演研究方法、优化模式参数设置以及量化反演误差，同时也有益于加深对京津冀地区主要大气污染物时空分布特征和变化规律的认识，为进一步揭示京津冀地区大气污染形成机理、制定有效控制措施提供科学依据。

利用多轴差分光学吸收光谱仪MAX-DOAS观测反演对流层气溶胶和痕量气体垂直廓线是近年来大气成分遥感研究中最为活跃的领域，亟待解决的科学问题之一是如何准确评估廓线反演结果的可靠性和误差。本项目基于辐射传输模式等开展气溶胶污染、云、降水以及预设垂直廓线等对地基反演垂直廓线、垂直柱总量和垂直分布高度的影响分析和敏感性试验，获得了各影响因素对垂直特征反演结果的定量影响认识。在此基础上开展了基于MAX-DOAS观测的气溶胶和云的判识算法研究与实现，并与太阳光度计、中分辨率成像光谱仪MODIS及毫米波云雷达等多源地基和卫星观测进行系统对比分析研究，为准确反演研究华北地区污染物垂直分布特征奠定重要基础。. 利用京津冀腹地、河北-北京污染输送通道上农村站点的MAX-DOAS光谱观测数据反演了对流层气溶胶、NO2与SO2垂直廓线，与同期地基激光雷达以及数次飞机观测获得的气溶胶、SO2和NO2垂直廓线数据进行定量对比分析，评估MAX-DOAS对主要大气污染物廓线反演的准确度和误差。另外还利用航测和MAX-DOAS反演结果，研究了华北典型农村地区对流层气溶胶消光、NO2和SO2的垂直分布特征及变化特点等。. 本项目研究结果获得了MAX-DOAS反演的气溶胶消光、NO2和SO2垂直廓线逐高度量化误差，发现MAX-DOAS反演的气溶胶消光和NO2廓线浓度水平偏低但趋势一致性较好，而对于浓度变化和垂直分布更为复杂的SO2，受PriAM廓线反演程序中预设廓线形态局限，MAX-DOAS观测反演的SO2垂直廓线目前尚无法准确反映华北地区出现的抬升层及多峰廓线结构，反演算法和预设廓线设置仍需进一步研究优化。本项目研究加深了对京津冀地区主要大气污染物垂直分布特征和变化特点的认识，可为进一步揭示京津冀地区大气污染形成机理、制定有效控制措施提供科学依据。.