基于自动能见度资料估算AOD变化特征分析
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第34卷第3期2017年9月
黑龙江气象HEILONGJIANG METEOROLOGYVol.34 No.3
Sept. 2017
文章编号：l〇〇2-252X(2017)03-0011-02
基于自动能见度资料估算AOD变化特征分析赵燃\何晓华1 ,罗海鸣2 (1.鹤岗市气象局，黑龙江鹤岗154100;2.萝北县气象局，黑龙江萝北154200)
摘要：利用2016年萝北气象观测站的自动能见度观测资料、地面常规观测资料,应用宽带消光 方法进行反演，建立萝北县2016年气溶胶光学厚度(A0D)的时间序列，采用气候趋势分析、相关分 析等方法，分析萝北县A0D季、月、日变化特征，结果表明：AOD值随季节有明显的变化，冬季 AOD值明显大于其他三个季节，高出其它季节近1倍；1月的AOD值为全年最大，随后开始下 降，4-8月降至全年最低，随后9月又迅速增大；在日变化曲线上看，A0D值存在2个明显波峰和 波谷。
关键词：气溶胶;宽带消光方法；光学厚度中图分类号：X16 文献标识码：A
1引言大气气溶胶是指悬浮在气体中的固体和（或）液 体微粒与气体载体共同组成的多相气体系，高浓度 的气溶胶产生的低能见度会给人们的日常生活带来 诸多不便。气溶胶光学厚度（英文名称为Aerosol Optical Depth，简称AOD)是气溶胶最基本的光学特 性，国内外很多学者对气溶胶光学厚度的反演及气 溶胶的微观和宏观特性进行了研究[1-2]。本文应用自 动能见度观测资料，估算了萝北县2016年AOD，并 对其变化特征进行了分析。2资料与方法 2.1区域概况萝北县位于黑龙江省东北部，地处小兴安岭东 麓低山丘陵与松花江下游平原交界处，与俄罗斯隔 黑龙江相望，属寒温带大陆性季风气候，年平均气温 1.57 〇C，年降水量 549.1 mm。2.2资料来源所用气象资料来源于萝北县气象观测站(130°
50'E、47〇34'N，海拔 83.3 m)2016 年 1-12 月的地面观测资料，常规项目观测仪器为华云公司生产的 CAWS3000型自动气象站，能见度观测仪为华云升达 公司生产的DNQ1型前向散射式能见度仪。
2.3资料说明本文选取资料包括2016年萝北国家气象站地 面水平能见度、相对湿度及天气现象资料。能见度观 测仪每天24次定时观测，能见度以米为单位，本文 所用记录为经数据处理后每日24次正点数据（根据 《前向散射能见度仪观测规范》正点数据为前10 min 能见度平均值）。考虑到雨、雪、雾天气条件下估算 AOD时误差较大，剔除了这些时间段观测资料，共得 到样本7671个，占全部样本的87.3%，观测资料具有 普遍代表性。以前能见度观测为人工观测时，研究人 员仅采用14时观测资料来估算AOD，为了与先前研 究者的研究成果进行对比，本文中对14时资料进行 了单独分析。2.4研究方法在标准状况下(T= 15 C , P= 1013 hPa),假设气 溶胶服从Junge分布，在这些假设和标准的地面大气 温度与气压条件下，根据Elterman(1970)得到的大气 垂直衰减量与地面能见度的关系，在海拔高度Z (单 位：km)上的能见度VZ(单位：km)与订正到海平面的 能见度V(单位：km)之间存在公式1关系：V7 = 3.912 [0.0116 - 0.00099Z + (二9。：)设議‘叫 1 (1 )
由此可推得大气气溶胶的光学厚度A0DE (公
收稿日期：2017-6-1第一作者简介：赵燃（1974-)，男，黑龙江省富裕县人，兰州大学，硕士生，高级工程师.12黑龙江气象第34卷式2)为:⑵其中，Z是观测站的海拔高度（萝北观测站海拔 0.0083km), H1 =0.886+0.022V km, H2 =3.77 km, v*= - 2,入=0.55 pm〇该方法对我国地理分布有较高的敏感性，因此 对不同的地区需要进一步订正，萝北县地处我国东 北地区，因此本文估算AOD时采用邱金桓所做订正 系数(公式3)。f=e032+°-02Vz (3)根据公式4即可计算出2016年萝北县各时次 气溶胶光学厚度(AOD)。AOD=fAODE (4)图1是应用宽带消光方法对地面观测资料进行 反演，建立的萝北县能见度-气溶胶光学厚度关系 图。对于该方法计算出来的AOD值的可靠性，许多 学者和专家做出过相应的检验，反演出来的AOD与 MODIS中的AOD进行了相关性分析，结果表明两 种结果间的相关性很高，可见该方法计算得到的 AOD值具有一定可靠性。3 AOD特征分析3.1 AOD年变化表1 2016年萝北县年平均AOD日24次观测年平均14时观测 年平均秦世广研究NASAAOD 0.280.230.3-0.40.2-0.4经估算萝北县2016年AOD值为0.28。为了与 前人的研究相对照，对14时的资料进行了单独分 析，得到了 AOD值为0.23，两者相差22%，两个值与 以前学者[2]的估算相近，并在NASA观测值范围之内 (表1)。全天的自动观测资料有较好的客观性和代表性，14时是全天AOD最低的时候，单一资料对研究 AOD的变化存在误差。3.2 AOD季节变化为了便于分析，并考虑到萝北县地处我国东北 高纬度地区，按物候学定义11月-次年3月为冬季、 4-5月春季、6-8月为夏季、9-10月为秋季，利用各 月AOD值计算得到2016年各季节AOD值。从 AOD值的四季分布上看（图2)AOD变化特征明显， 冬季AOD值达0.38,明显大于其他三个季节，秋季 为0.25，春季、夏季仅0.2，约为冬季的50%。在24次 平均值和14时平均值的对比上看，两者季节变化趋 势基本相同，春、夏季两者相差不明显，秋季达到 0.04,冬季则达到0.1，冬季用14时数据代表全天数 据是有较大误差的，用能见度自动观测数据更能较 好的反映AOD的变化特征。OAi
0.3]〇 0.2 -0.1 -
0 -春 夏秋冬
图2 四季AOD日平均图3.3萝北AOD月变化分析2016年逐月平均AOD(图3)，月分布特点 是:气溶胶光学厚度月变化曲线上单一波峰、波谷特 征较为明显，最小值出现在4月和8月，为0.19,最大 值出现在1月，为0.43; 4-9月出现曲线变化不明显 的特性，AOD波动幅度仅为0.06,此时正是东北地区 的春、夏季节，盛行西南风有利于城市上方污染物的 远距离扩散，加之空气中湿度大，有益于降水形成， 湿温共同作用会影响气溶胶的形成，雨水的冲刷又 大大缩短气溶胶的生命期，使AOD减少，温度、湿度 表现为与AOD呈现负相关。9月-次年3月份，是北 方严冬季节，这期间AOD急剧变化特征明显。从气 候条件上分析严冬季节，在冬季风的影响下降水少， 不利于空气污染物的沉降、扩散，局地污染较为严 重，冬季采暖更提升了大气中气溶胶的含量，因此冬 季呈现AOD较高的特点，其主要影响因素是人类的 生产、生活。 （下转第31页）第3期刘勇伯：新型自动站的常见故障及维护管理31
4.2软件维护工作当实时监测软件在正常运行中时，工作人员尽 量不要对菜单和通信口设置进行操作。只有在新型 自动气象站管理人员允许的情况下，才可以对气象 信息数据进行更改。测报软件运行中，工作人员要避 免对软件参数进行更改，并且强化自身对软件的熟 悉程度。工作人员需要经常翻阅软件应用手册，并且 更多的与相关人员进行沟通和交流，从而正确操作 软件。4.3建立健全维护管理制度目前还有很多气象设备的工作人员对维护新型 自动气象站的工作缺乏全面和正确的认识，要建立 健全新型自动气象设备的维护管理制度，构建维护 管理制度体系，让维护工作通过具体的制度规则表 现在大家面前，从而提高工作人员对维护工作的重 视程度，提高维护工作的质量和有效性。5小结新型的自动气象设备不仅能够确保气象数据来 源的可靠性和数据的准确性，还能借助先进科学技 术来减轻技术人员的工作压力，进而节约资源，对我 国气象事业的进步和发展起到了不可忽视的推动作 用。气象工作人员要正确认识新型自动气象设备在 实际运作过程中容易出现的问题，认真研究其对应 的解决方法，努力提高新型自动气象设备的实际操 作能力，促进其健康稳定的可持续运转，让其最大限 度的为社会民生发挥积极的作用。参考文献[1] 刘素平.新型自动气象站几个关键问题的维修措施 J].农业与技术，2013,(10).[2] 朱保美，周清.DZZ4型自动气象站的日常维护[J]. 现代农业科技，2013，（18).
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3.4萝北AOD日变化分析2016年年平均各时次AOD，日分布特点 是:AOD具有双峰、双谷的日变化规律，早7时、晚 18时均有最高值为0.39的日高峰，12时、24时则处 在谷底。在四季变化的日值图上，四个季节均有这种 变化，只是在冬季较其它季节更为明显，在北方严冬 季节，AOD急剧变化特征明显，日最高值和最低值 相差达3倍，在最大程度上影响了年日均线的分布 情况。AOD日曲线呈双峰、双谷的特征与人类的活动 息息相关，早、晚的日高峰时段正是人们出行、生活 的高峰时段，冬季黑碳气溶胶浓度也出现最高值，表 明冬季受人为排放的影响最明显。4 结论通过对地面能见度等观测资料进行反演计算， 建立萝北县2016年气溶胶光学厚度(A0D)的时间序
列资料，分析了气溶胶光学厚度的季、月、日的变化 特征，结果表明：(1) 利用能见度估算得到的AOD，尽管对极高和 极低值的估计还有一定偏差，但可以较好地反映出萝 北县气溶胶光学厚度变化特征。能见度自动观测资 料的应用在客观上提升了估算气溶胶光学厚度的精 度，并对研究AOD日变化提供了第一手的分析资 料。(2) 本文估算萝北县气溶胶光学厚度为0.28,处 于较低水平，中国AOD分布特征为东南高、西北低， 本研究与以前学者研究结论是一致的。(3) AOD值随季节有明显的变化，冬季AOD值 明显大于其他三个季节，高出其它季节近1倍；1月 的AOD值为全年最大，随后开始下降，4-8月降至 全年最低，随后9月又迅速增大;在日变化曲线上看， A0D值存在2个明显波峰和波谷。(4) 人为排放对AOD的影响最为明显，与大气 成份的相关性需要进一步研究。参考文献[1] 宗雪梅，邱金桓，王普才，等.近10年中国16个台 站大气气溶胶光学厚度的变化特征分析[J].气候与环 境研究，2005，10(2):201-207.[2] 秦世广，石广玉，陈林，等.利用地面水平能见度估算 并分析中国地区气溶胶光学厚度长期变化特征[J].大 气科学，2010,34(2):449-456.
