【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中科院合肥物質(zhì)院劉東研究員團(tuán)隊(duì)和安徽理工大學(xué)唐超禮教授利用近20年衛(wèi)星數(shù)據(jù)合作開(kāi)展氣溶膠光學(xué)厚度(AOD550)時(shí)空分布研究，研究發(fā)現(xiàn)：北半球氣溶膠光學(xué)厚度近20年的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)是呈小幅下降趨勢(shì)，這種下降趨勢(shì)在中國(guó)東南部尤其明顯，且全球氣溶膠光學(xué)厚度以北緯17°為對(duì)稱軸分布，更多成果發(fā)表在中科院二區(qū)TOP期刊《Atmospheric Environment》上。
大氣氣溶膠光學(xué)厚度(AOD，550納米波段的氣溶膠光學(xué)厚度為AOD550)，是表征大氣渾濁程度的關(guān)鍵的物理量。它是天氣、氣候和地球能量收支平衡研究中關(guān)注的重要參數(shù)，也是確定氣溶膠氣候效應(yīng)的重要因素。通常高的AOD值預(yù)示著氣溶膠縱向積累的增長(zhǎng)，因此導(dǎo)致了大氣能見(jiàn)度的降低。
我國(guó)科學(xué)家分析了國(guó)際地球觀測(cè)系統(tǒng)(EOS)中的TERRA和Aqua衛(wèi)星上的中分辨率成像光譜儀(MODIS)探測(cè)的近20年AOD550數(shù)據(jù)，系統(tǒng)地獲取了全球氣溶膠光學(xué)厚度的全球分布和時(shí)空變化特性。
研究發(fā)現(xiàn)：一、北半球氣溶膠光學(xué)厚度近20年的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)是呈小幅下降趨勢(shì)，這種下降趨勢(shì)在中國(guó)東南部尤其明顯(圖1)。課題組研究人員利用經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分析法EOF(Empirical Orthogonal Function)對(duì)陸地年平均全球氣溶膠光學(xué)厚度分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，第一模態(tài)(圖2)顯示近20年來(lái)中國(guó)東南部、亞馬遜平原、美國(guó)東部以及歐洲-地中海-里海-非洲東北部區(qū)域的氣溶膠光學(xué)厚度呈下降趨勢(shì)。與之相反，亞洲北部、印度半島、阿拉伯半島南部和東部呈明顯上升趨勢(shì)。
二、在中、低緯度地區(qū)，氣溶膠光學(xué)厚度的全球分布并不是關(guān)于赤道對(duì)稱的，而是向北偏移約17°(圖3)。全球氣溶膠光學(xué)厚度在北緯17°達(dá)到最大值，然后向南北兩極隨緯度先顯著減小、后逐漸變化平穩(wěn)。
但在同一緯度地區(qū)，氣溶膠光學(xué)厚度隨經(jīng)度的變化是不同的，在中緯度地區(qū)，氣溶膠光學(xué)厚度在北半球隨經(jīng)度變化明顯，而在南半球隨經(jīng)度變化平緩。在高緯度地區(qū)，南半球氣溶膠光學(xué)厚度隨緯度的升高而增大，北半球氣溶膠光學(xué)厚度隨緯度的升高而減小，并且南半球的氣溶膠光學(xué)厚度隨緯度變化比北半球快。
三、氣溶膠光學(xué)厚度南北半球均呈現(xiàn)季節(jié)性變化規(guī)律(圖4和圖5)：北半球氣溶膠光學(xué)厚度顯著高于南半球，且最大值都出現(xiàn)在各自半球的春季，最小值都出現(xiàn)在各自半球的秋季。
此外，海洋和陸地上的氣溶膠光學(xué)厚度季節(jié)變化差異也很明顯。EOF的月平均海洋氣溶膠光學(xué)厚度分析結(jié)果顯示，海洋氣溶膠主要是由陸地氣溶膠來(lái)源主導(dǎo)(圖6)。特別值得注意的是，南半球水域上的氣溶膠光學(xué)厚度的增加與全球氣候變化導(dǎo)致的南半球深林火災(zāi)頻發(fā)有密切正相關(guān)聯(lián)系，其增長(zhǎng)速率為0.0009/年(通過(guò)了95%的置信水平下的顯著性檢驗(yàn))。
四、陸地來(lái)源的沙塵氣溶膠峰值出現(xiàn)在七月，谷值出現(xiàn)在一月，陸地生物質(zhì)燃燒氣溶膠峰值出現(xiàn)在九月，谷值在四至五月。另外，陸地EOF分析捕捉到了一些極端氣溶膠事件(圖2)，如2014/2015年強(qiáng)厄爾尼諾在太平洋赤道附近持續(xù)發(fā)展引起的東南亞極端生物質(zhì)燃燒事件。
此研究利用衛(wèi)星長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)獲得了全球氣溶膠光學(xué)厚度全球經(jīng)緯度分布規(guī)律和長(zhǎng)期時(shí)空變化特性。目前科學(xué)家們正在利用數(shù)據(jù)對(duì)其時(shí)空分布變化進(jìn)行更深入的分析，可以預(yù)見(jiàn)，氣溶膠光學(xué)厚度的研究工作將為全球氣候的長(zhǎng)期變化規(guī)律分析、建立和驗(yàn)證全球高空大氣模式等工作提供重要參考。
該成果論文第一作者是田曉敏博士，通訊作者是唐超禮教授，研究工作得到了國(guó)家高技術(shù)項(xiàng)目和空間天氣學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題基金支持。
圖1. 2003至2020年的年平均AOD550的空間分布
圖2. 陸地AOD550經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分析的前六個(gè)模式的空間分布
圖3. 18年(2003~2021)年平均的AOD550(藍(lán)色點(diǎn)線)和其標(biāo)準(zhǔn)差(品紅色線棒)隨緯度(a)和經(jīng)度(b)的變化曲線
圖4. 2004, 2006, 2008, 2010, 2012, 2014, 2016, 2018, 2020年的季節(jié)平均AOD550空間分布
圖5. 2003.03至2021.02的季節(jié)平均AOD550，全球(a)、南半球(b)、北半球(c)、全球海洋(d)、南半球海洋(e)、北半球海洋(f)、全球陸地(j)、南半球陸地(h)和北半球陸地(i)，北半球春季(綠色)、北半球夏季(紅色)、北半球秋季(黃色)和北半球冬季(黑色)
圖6. 海洋上月平均AOD550的經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分析的前六個(gè)模式的空間分布
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