【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中科院合肥物質(zhì)院劉東研究員團隊和安徽理工大學(xué)唐超禮教授利用近20年衛(wèi)星數(shù)據(jù)合作開展氣溶膠光學(xué)厚度(AOD550)時空分布研究，研究發(fā)現(xiàn)：北半球氣溶膠光學(xué)厚度近20年的長期變化趨勢是呈小幅下降趨勢，這種下降趨勢在中國東南部尤其明顯，且全球氣溶膠光學(xué)厚度以北緯17°為對稱軸分布，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，因此導(dǎo)致了大氣能見度的降低。
 

　　我國科學(xué)家分析了國際地球觀測系統(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年的長期變化趨勢是呈小幅下降趨勢，這種下降趨勢在中國東南部尤其明顯(圖1)。課題組研究人員利用經(jīng)驗正交函數(shù)分析法EOF(Empirical Orthogonal Function)對陸地年平均全球氣溶膠光學(xué)厚度分析時發(fā)現(xiàn)，第一模態(tài)(圖2)顯示近20年來中國東南部、亞馬遜平原、美國東部以及歐洲-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。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。
 

　　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，其增長速率為0.0009/年(通過了95%的置信水平下的顯著性檢驗)。
 

　　四、陸地來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)星長期觀測數(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)律和長期時空變化特性。目前科學(xué)家們正在利用數(shù)據(jù)對其時空分布變化進行更深入的分析，可以預(yù)見，氣溶膠光學(xué)厚度的研究工作將為全球氣候的長期變化規(guī)律分析、建立和驗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，研究工作得到了國家高技術(shù)項目和空間天氣學(xué)國家重點實驗室開放課題基金支持。
 

圖1. 2003至2020年的年平均AOD550的空間分布
 

圖2. 陸地AOD550經(jīng)驗正交函數(shù)分析的前六個模式的空間分布
 

　　圖3. 18年(2003~2021)年平均的AOD550(藍色點線)和其標準差(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)驗正交函數(shù)分析的前六個模式的空間分布