蔡稳　蒋跃林

摘 要：大气气溶胶是影响环境和气候的重要因子，其光学厚度是表征大气浑浊度的一个重要因素。该文利用2011-2012年MODIS Level 2（MOD 04）气溶胶产品分析了江浙沪地区气溶胶光学厚度的分布和季节变化特点，结果表明江浙沪地区气溶胶光学厚度峰值出现在春夏两季，并且峰值有由春季向夏季转移的趋势。

关键词：MODIS；大气气溶胶；光学厚度；江浙沪

中图分类号 X511 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2014）09-144-03

Abstract：The influence of atmospheric aerosols is an important factor in the environment and climate，atmospheric characterization of atmospheric aerosol optical thickness is an important factor in turbidity. In this paper，2011-2012 years MODIS Level 2（MOD 04）analyzed the aerosol products of aerosol optical thickness Intra Regional distribution and characteristics of seasonal variation was found that the aerosol optical depth of Changjiang peak in spring and summer，and from spring to summer peak with the transfer of the trend.

Key words：MODIS；Aerosol；Optical thickness；Jiangsu，Zhejiang and Shanghai Area

大气气溶胶是由大气介质和混合于其中的固体或液体颗粒组成的体系，通过直接或间接改变地-气系统的辐射收支来影响着气候和环境。研究气溶胶粒子对环境与气候影响在很大程度上依赖于对其时空分布状况的了解和光学特性的准确估算，而气溶胶特性的时空多变性使得利用卫星遥感其分布和变化成为重要的探测手段。国际上利用卫星遥感资料反演大气气溶胶的研究工作始于20世纪70年代中期，早期主要是进行海洋上空气溶胶光学厚度的反演，用于探测海洋上空的沙尘粒子[1]。Gordon最早考虑了气溶胶在海洋水色遥感中的影响，Tanre等的研究则使人们认识到在陆地遥感中去除大气特别是气溶胶的模糊效应的重要意义和可行性，并由此开始了陆地上空气溶胶的遥感研究[2]。自从MODIS在NASA的TERRA和AQUA的卫星平台上运行以来，已经为全球的气溶胶分布提供了大量的数据产品。到目前为止，利用卫星遥感气溶胶已经形成了一个非常丰富的研究体系。江浙沪地区作为我国目前经济发展速度最快、经济总量规模最大、最具有发展潜力的经济板块，同时也是气溶胶增加较快的区域之一，研究该地区的气候和环境效应具有十分重要的意义。本文在利用MODIS卫星资料反演的气溶胶光学厚度的产品数据的基础上，进一步分析江浙沪地区大气气溶胶光学厚度近2a的区域和季节分布特征及其变化趋势。

1 研究区域及资料来源

1.1 研究区简介 江浙沪主要是指江苏省、浙江省、上海市3个经济圈的总称，是位于长江三角洲地区的核心区域。江浙沪地区位于我国东部沿海中断、长江和沿海的结合部，是一个自然条件优越，开发历史悠久，人口城镇密布，经济文化发达的中国最重要的经济核心区域之一。该地区近年来持续高速的发展将对农作物产量、生态环境和区域气候都产生十分显著而敏感的影响，因此研究本地区的气候和环境效应具有十分重要的意义。

1.2 MODIS资料简介 MODIS（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer）是NASA的EOS-AM1系列卫星的主要探测仪器，也是EOS Terra平台上唯一进行直接广播的对地观测仪器[3]。MODIS探测器每天覆盖全球一次，具有36个光谱通道，分布在0.4～14μm波谱范围内，MODIS仪器的地面分辨率分别为250m、500m和1 000m，扫描宽度为2 330km，在对地观测过程中，每秒可同时获得6.1Mbps/s的来自大气、海洋和陆地表面信息，每1d或每2d可获得一次全球观测数据。多波段数据可以同时提供反映陆地、云边界，云特性，海洋水色，浮游植物、生物地理、化学，大气中的水汽，地表温度，云顶温度，大气温度，臭氧和云顶高度等特征的信息，用于对陆表、生物圈、固态地球、大气和海洋进行长期全球观测[4]。MODIS气溶胶产品（MOD04）监测全球海洋和部分大陆的大气气溶胶光学厚度，此外还反演海洋上气溶胶粒子谱分布和大陆气溶胶类型等，产品的空间分辨率为10km×10km[5]。本文选用的是江浙沪地区2011-2012年MODIS level 2（MOD04）0.55μm陆地气溶胶光学厚度产品。

1.3 数据处理流程 由于MODIS气溶胶光学厚度产品中月数据空间分辨率较低，不利于江浙沪地区气溶胶光学厚度的分布变化特征分析；而天数据虽然在空间分辨率上有了一定的提高，能满足分析的需要，但又由于江浙沪地区有云覆盖的时间较多，造成天数据中无效值较多，因此考虑将每月中每1d的有效数据进行合并得到月数据，从而进行江浙沪地区气溶胶光学厚度变化特征的分析，具体流程如图1所示。

2 江浙沪气溶胶光学厚度变化特征分析

本文主要是借助MODIS气溶胶光学厚度产品对江浙沪地区的气溶胶分布特征从季节变化、年际变化等角度进行分析。季节划分标准：3～5月为春季、6～8月为夏季、9～11月为秋季、12月至次年2月为冬季。endprint

2.1 江浙沪区域气溶胶光学厚度的季节分布

2.1.1 2011年结果分析 对2011年MODIS气溶胶产品得到的江浙沪区域光学厚度的季节分布如图2。从图2中可以看出：AOD的分布强烈受到地形和人口密度以及工业分布的影响。由于大别山和黄山山脉以及丘陵的存在，长江中下游地区AOD的分布，形成宜昌-洞庭湖-武汉、鄱阳湖和徽南-江浙-长江三角洲地区实际上与华北地区连成一片，并受其影响[6]。

从2011年的平均值来看，1a中江浙沪地区，春季出现光学厚度的高值，江苏的大部分地区光学厚度在春季都在0.7以上，特别是江苏南部和上海出现光学厚度的最大值；夏季略有降低，表现在大值大范围的缩小上；秋季继续降低，大部分在0.5～0.6；到了冬季大部分地区降至最低，一般都在0.3～0.5。研究其原因可能有2点：一是春季气候干燥风速大，加上北方沙尘暴天气的影响[7]，造成AOD的最大值；二是秋冬季一般天气晴好，相对湿度降低，使得AOD进一步降低。

2.1.2 2012年结果分析 2012年MODIS气溶胶产品得到的江浙沪地区光学厚度的季节分布如图3。

从图3来看，春季、夏季、秋季均出现了高值，春季江苏的大部分地区气溶胶光学厚度值都在0.6以上，江苏的南部AOD值跟北部相比，南部普遍大于北部，上海地区AOD值普遍达到0.8以上，浙江地区AOD普遍低于0.5；到了夏季长江以南的太湖以西和上海以南的平原AOD大于0.8，达到了最高值，上海附近有的地方还有AOD大于1.0的，江浙沪50%的地方在0.8以上；秋季江浙沪大部分地区AOD均在0.6以上；而不管是2011年还是2012年的AOD，冬季均是最低的。分析2012年夏季AOD高于春季的原因可能是由于夏季湿度较高，吸湿增长会使AOD增大；另外夏季光化学作用也会导致AOD增加。

3.2 江浙沪区域气溶胶光学厚度的年际变化 由以上2a的平均值图分析得到一个结果就是2a的季节AOD的峰值出现在不同的季节，一个是春季，一个是夏季。结合2011、2012各月AOD变化趋势见图4。

从图4可以看出，2a各月的AOD平均值反映出春季和夏季是气溶胶光学厚度出现高值的旺季，而且AOD季节分布最显著的变化是峰值由春季转向夏季，春季的AOD值有所减小，秋冬季节气溶胶光学厚度均有所升高，其中秋季的升高尤其明显。结合图2、3、4可以看出，2012年一整年江浙沪地区出现高值的季节明显比2011年多，江浙沪绝大部分地区气溶胶光学厚度夏季大于春季，这与刘桂青等人2001-2002年分析的“春季出现气溶胶光学厚度高值”[8]这个结果并不矛盾，因为2011年的春季也出现了高值，但是从2a的各月变化趋势图来看，正好说明了在2011-2012年间长江三角洲的气溶胶光学厚度高值季节是由春季向夏季转变的，这恰恰与毛节泰等人研究的2000-2005年的结果相吻合[9]。

从以上分析表明，江浙沪地区春季出现高值的原因可能与春季北方的沙尘天气活跃有关，从沙尘天气年鉴[10]可以看出江浙沪受沙尘影响显著，对比2005-2010年江浙沪春季沙尘天气出现的情况可以发现，该区域春季沙尘范围均有所减小的趋势。因此，从江浙沪近年春季沙尘发生次数逐渐减少的趋势来看，这可能是夏季气溶胶光学厚度峰值分布区域增大的原因，而春夏季节污染物大范围输送并不明显[11]，因此2011年以后江浙沪夏季光学厚度有所增加，使得2011年以后AOD分布峰值由春季稍稍向夏季的转移，这可能与局地污染物的迅速增长有关。

3 结论

MODIS遥感气溶胶光学厚度与地面太阳光度计相比，能够达到应用的精度，可以用于分析气溶胶光学厚度的区域分布以及变化趋势，并在时间、空间上具有更大的优势。江浙沪地区是我国重要的经济区，经济发展迅速，因此研究这一地区气溶胶的区域气候效应、生态环境效应具有十分重要的意义。本文通过对江浙沪地区气溶胶光学厚度的季节分布特征和年际变化分析发现：（1）江浙沪地区气溶胶光学厚度高值区域有增大的趋势；（2）季节AOD峰值有由春季向夏季转移的趋势；（3）冬季虽然是AOD值最低的季节，但也有略微增高的趋势。

参考文献

[1]Kaufman Y J，et al.Satellite remote sensing of large scale air pollution Method[J].J.Geophys.Res.，1990，95：9 895-9 897.

[2]King M D，Reynold G reenstone. A Guide to NASAs Earth Science Enterprise and the Earth Observing System [Z].EOS Reference H andbook，1999.

[3]赵秀娟，陈长和，张武，等.利用MODIS资料反演兰州地区气溶胶光学厚度[J].高原气象，2005，24（1）：97-103.

[4]毛节泰，李成才.气溶胶辐射特性的观测研究[J].气象学报，2005，63（5）：622-635.

[5]罗云峰，吕达仁，李维亮，等.近30年来中国地区大气气溶胶光学厚度的变化特征[J].科学通报，2010，（5）：549-554.

[6]李成才.MODIS遥感气溶胶光学厚度及应用于区域环境大气污染研究[D].北京大学博士研究生学位论文，2002：122-166.

[7]夏祥鳌，王普才，陈洪滨，等.北方地区春季气溶胶光学特性地基遥感研究[J].遥感学报，2005，9（4）：429-437.

[8]刘桂青，李成才，朱爱华，等.长江三角洲地区大气气溶胶光学厚度研究[J].上海环境科学，2003（S）：58-63.

[9]段婧，毛节泰.长江三角洲大气气溶胶光学厚度分布和变化趋势研究[J].环境科学学报，2007，27（4）：537-543.

[10]中国气象局.沙尘天气年鉴2005年-2009[M].北京：气象出版社，2010：17-21.

[11]张军华，斯召俊，毛节泰，等.GMS卫星遥感中国地区气溶胶光学厚度[J].大气科学，2003，27（1）：23-30. （责编：张宏民）endprint

2.1 江浙沪区域气溶胶光学厚度的季节分布

2.1.1 2011年结果分析 对2011年MODIS气溶胶产品得到的江浙沪区域光学厚度的季节分布如图2。从图2中可以看出：AOD的分布强烈受到地形和人口密度以及工业分布的影响。由于大别山和黄山山脉以及丘陵的存在，长江中下游地区AOD的分布，形成宜昌-洞庭湖-武汉、鄱阳湖和徽南-江浙-长江三角洲地区实际上与华北地区连成一片，并受其影响[6]。

从2011年的平均值来看，1a中江浙沪地区，春季出现光学厚度的高值，江苏的大部分地区光学厚度在春季都在0.7以上，特别是江苏南部和上海出现光学厚度的最大值；夏季略有降低，表现在大值大范围的缩小上；秋季继续降低，大部分在0.5～0.6；到了冬季大部分地区降至最低，一般都在0.3～0.5。研究其原因可能有2点：一是春季气候干燥风速大，加上北方沙尘暴天气的影响[7]，造成AOD的最大值；二是秋冬季一般天气晴好，相对湿度降低，使得AOD进一步降低。

2.1.2 2012年结果分析 2012年MODIS气溶胶产品得到的江浙沪地区光学厚度的季节分布如图3。

从图3来看，春季、夏季、秋季均出现了高值，春季江苏的大部分地区气溶胶光学厚度值都在0.6以上，江苏的南部AOD值跟北部相比，南部普遍大于北部，上海地区AOD值普遍达到0.8以上，浙江地区AOD普遍低于0.5；到了夏季长江以南的太湖以西和上海以南的平原AOD大于0.8，达到了最高值，上海附近有的地方还有AOD大于1.0的，江浙沪50%的地方在0.8以上；秋季江浙沪大部分地区AOD均在0.6以上；而不管是2011年还是2012年的AOD，冬季均是最低的。分析2012年夏季AOD高于春季的原因可能是由于夏季湿度较高，吸湿增长会使AOD增大；另外夏季光化学作用也会导致AOD增加。

3.2 江浙沪区域气溶胶光学厚度的年际变化 由以上2a的平均值图分析得到一个结果就是2a的季节AOD的峰值出现在不同的季节，一个是春季，一个是夏季。结合2011、2012各月AOD变化趋势见图4。

从图4可以看出，2a各月的AOD平均值反映出春季和夏季是气溶胶光学厚度出现高值的旺季，而且AOD季节分布最显著的变化是峰值由春季转向夏季，春季的AOD值有所减小，秋冬季节气溶胶光学厚度均有所升高，其中秋季的升高尤其明显。结合图2、3、4可以看出，2012年一整年江浙沪地区出现高值的季节明显比2011年多，江浙沪绝大部分地区气溶胶光学厚度夏季大于春季，这与刘桂青等人2001-2002年分析的“春季出现气溶胶光学厚度高值”[8]这个结果并不矛盾，因为2011年的春季也出现了高值，但是从2a的各月变化趋势图来看，正好说明了在2011-2012年间长江三角洲的气溶胶光学厚度高值季节是由春季向夏季转变的，这恰恰与毛节泰等人研究的2000-2005年的结果相吻合[9]。

从以上分析表明，江浙沪地区春季出现高值的原因可能与春季北方的沙尘天气活跃有关，从沙尘天气年鉴[10]可以看出江浙沪受沙尘影响显著，对比2005-2010年江浙沪春季沙尘天气出现的情况可以发现，该区域春季沙尘范围均有所减小的趋势。因此，从江浙沪近年春季沙尘发生次数逐渐减少的趋势来看，这可能是夏季气溶胶光学厚度峰值分布区域增大的原因，而春夏季节污染物大范围输送并不明显[11]，因此2011年以后江浙沪夏季光学厚度有所增加，使得2011年以后AOD分布峰值由春季稍稍向夏季的转移，这可能与局地污染物的迅速增长有关。

3 结论

MODIS遥感气溶胶光学厚度与地面太阳光度计相比，能够达到应用的精度，可以用于分析气溶胶光学厚度的区域分布以及变化趋势，并在时间、空间上具有更大的优势。江浙沪地区是我国重要的经济区，经济发展迅速，因此研究这一地区气溶胶的区域气候效应、生态环境效应具有十分重要的意义。本文通过对江浙沪地区气溶胶光学厚度的季节分布特征和年际变化分析发现：（1）江浙沪地区气溶胶光学厚度高值区域有增大的趋势；（2）季节AOD峰值有由春季向夏季转移的趋势；（3）冬季虽然是AOD值最低的季节，但也有略微增高的趋势。

参考文献

[1]Kaufman Y J，et al.Satellite remote sensing of large scale air pollution Method[J].J.Geophys.Res.，1990，95：9 895-9 897.

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[6]李成才.MODIS遥感气溶胶光学厚度及应用于区域环境大气污染研究[D].北京大学博士研究生学位论文，2002：122-166.

[7]夏祥鳌，王普才，陈洪滨，等.北方地区春季气溶胶光学特性地基遥感研究[J].遥感学报，2005，9（4）：429-437.

[8]刘桂青，李成才，朱爱华，等.长江三角洲地区大气气溶胶光学厚度研究[J].上海环境科学，2003（S）：58-63.

[9]段婧，毛节泰.长江三角洲大气气溶胶光学厚度分布和变化趋势研究[J].环境科学学报，2007，27（4）：537-543.

[10]中国气象局.沙尘天气年鉴2005年-2009[M].北京：气象出版社，2010：17-21.

[11]张军华，斯召俊，毛节泰，等.GMS卫星遥感中国地区气溶胶光学厚度[J].大气科学，2003，27（1）：23-30. （责编：张宏民）endprint

2.1 江浙沪区域气溶胶光学厚度的季节分布

2.1.1 2011年结果分析 对2011年MODIS气溶胶产品得到的江浙沪区域光学厚度的季节分布如图2。从图2中可以看出：AOD的分布强烈受到地形和人口密度以及工业分布的影响。由于大别山和黄山山脉以及丘陵的存在，长江中下游地区AOD的分布，形成宜昌-洞庭湖-武汉、鄱阳湖和徽南-江浙-长江三角洲地区实际上与华北地区连成一片，并受其影响[6]。

从2011年的平均值来看，1a中江浙沪地区，春季出现光学厚度的高值，江苏的大部分地区光学厚度在春季都在0.7以上，特别是江苏南部和上海出现光学厚度的最大值；夏季略有降低，表现在大值大范围的缩小上；秋季继续降低，大部分在0.5～0.6；到了冬季大部分地区降至最低，一般都在0.3～0.5。研究其原因可能有2点：一是春季气候干燥风速大，加上北方沙尘暴天气的影响[7]，造成AOD的最大值；二是秋冬季一般天气晴好，相对湿度降低，使得AOD进一步降低。

2.1.2 2012年结果分析 2012年MODIS气溶胶产品得到的江浙沪地区光学厚度的季节分布如图3。

从图3来看，春季、夏季、秋季均出现了高值，春季江苏的大部分地区气溶胶光学厚度值都在0.6以上，江苏的南部AOD值跟北部相比，南部普遍大于北部，上海地区AOD值普遍达到0.8以上，浙江地区AOD普遍低于0.5；到了夏季长江以南的太湖以西和上海以南的平原AOD大于0.8，达到了最高值，上海附近有的地方还有AOD大于1.0的，江浙沪50%的地方在0.8以上；秋季江浙沪大部分地区AOD均在0.6以上；而不管是2011年还是2012年的AOD，冬季均是最低的。分析2012年夏季AOD高于春季的原因可能是由于夏季湿度较高，吸湿增长会使AOD增大；另外夏季光化学作用也会导致AOD增加。

3.2 江浙沪区域气溶胶光学厚度的年际变化 由以上2a的平均值图分析得到一个结果就是2a的季节AOD的峰值出现在不同的季节，一个是春季，一个是夏季。结合2011、2012各月AOD变化趋势见图4。

从图4可以看出，2a各月的AOD平均值反映出春季和夏季是气溶胶光学厚度出现高值的旺季，而且AOD季节分布最显著的变化是峰值由春季转向夏季，春季的AOD值有所减小，秋冬季节气溶胶光学厚度均有所升高，其中秋季的升高尤其明显。结合图2、3、4可以看出，2012年一整年江浙沪地区出现高值的季节明显比2011年多，江浙沪绝大部分地区气溶胶光学厚度夏季大于春季，这与刘桂青等人2001-2002年分析的“春季出现气溶胶光学厚度高值”[8]这个结果并不矛盾，因为2011年的春季也出现了高值，但是从2a的各月变化趋势图来看，正好说明了在2011-2012年间长江三角洲的气溶胶光学厚度高值季节是由春季向夏季转变的，这恰恰与毛节泰等人研究的2000-2005年的结果相吻合[9]。

从以上分析表明，江浙沪地区春季出现高值的原因可能与春季北方的沙尘天气活跃有关，从沙尘天气年鉴[10]可以看出江浙沪受沙尘影响显著，对比2005-2010年江浙沪春季沙尘天气出现的情况可以发现，该区域春季沙尘范围均有所减小的趋势。因此，从江浙沪近年春季沙尘发生次数逐渐减少的趋势来看，这可能是夏季气溶胶光学厚度峰值分布区域增大的原因，而春夏季节污染物大范围输送并不明显[11]，因此2011年以后江浙沪夏季光学厚度有所增加，使得2011年以后AOD分布峰值由春季稍稍向夏季的转移，这可能与局地污染物的迅速增长有关。

3 结论

MODIS遥感气溶胶光学厚度与地面太阳光度计相比，能够达到应用的精度，可以用于分析气溶胶光学厚度的区域分布以及变化趋势，并在时间、空间上具有更大的优势。江浙沪地区是我国重要的经济区，经济发展迅速，因此研究这一地区气溶胶的区域气候效应、生态环境效应具有十分重要的意义。本文通过对江浙沪地区气溶胶光学厚度的季节分布特征和年际变化分析发现：（1）江浙沪地区气溶胶光学厚度高值区域有增大的趋势；（2）季节AOD峰值有由春季向夏季转移的趋势；（3）冬季虽然是AOD值最低的季节，但也有略微增高的趋势。

参考文献

[1]Kaufman Y J，et al.Satellite remote sensing of large scale air pollution Method[J].J.Geophys.Res.，1990，95：9 895-9 897.

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[3]赵秀娟，陈长和，张武，等.利用MODIS资料反演兰州地区气溶胶光学厚度[J].高原气象，2005，24（1）：97-103.

[4]毛节泰，李成才.气溶胶辐射特性的观测研究[J].气象学报，2005，63（5）：622-635.

[5]罗云峰，吕达仁，李维亮，等.近30年来中国地区大气气溶胶光学厚度的变化特征[J].科学通报，2010，（5）：549-554.

[6]李成才.MODIS遥感气溶胶光学厚度及应用于区域环境大气污染研究[D].北京大学博士研究生学位论文，2002：122-166.

[7]夏祥鳌，王普才，陈洪滨，等.北方地区春季气溶胶光学特性地基遥感研究[J].遥感学报，2005，9（4）：429-437.

[8]刘桂青，李成才，朱爱华，等.长江三角洲地区大气气溶胶光学厚度研究[J].上海环境科学，2003（S）：58-63.

[9]段婧，毛节泰.长江三角洲大气气溶胶光学厚度分布和变化趋势研究[J].环境科学学报，2007，27（4）：537-543.

[10]中国气象局.沙尘天气年鉴2005年-2009[M].北京：气象出版社，2010：17-21.

[11]张军华，斯召俊，毛节泰，等.GMS卫星遥感中国地区气溶胶光学厚度[J].大气科学，2003，27（1）：23-30. （责编：张宏民）endprint