【儀表網 研發快訊】近日，中科院合肥物質院劉東研究員團隊和安徽理工大學唐超禮教授利用近20年衛星數據合作開展氣溶膠光學厚度(AOD550)時空分布研究，研究發現：北半球氣溶膠光學厚度近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，且全球氣溶膠光學厚度以北緯17°為對稱軸分布，更多成果發表在中科院二區TOP期刊《Atmospheric Environment》上。
大氣氣溶膠光學厚度(AOD，550納米波段的氣溶膠光學厚度為AOD550)，是表征大氣渾濁程度的關鍵的物理量。它是天氣、氣候和地球能量收支平衡研究中關注的重要參數，也是確定氣溶膠氣候效應的重要因素。通常高的AOD值預示著氣溶膠縱向積累的增長，因此導致了大氣能見度的降低。
我國科學家分析了國際地球觀測系統(EOS)中的TERRA和Aqua衛星上的中分辨率成像光譜儀(MODIS)探測的近20年AOD550數據，系統地獲取了全球氣溶膠光學厚度的全球分布和時空變化特性。
研究發現：一、北半球氣溶膠光學厚度近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驗正交函數分析法EOF(Empirical Orthogonal Function)對陸地年平均全球氣溶膠光學厚度分析時發現，第一模態(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-非洲東北部區域的氣溶膠光學厚度呈下降趨勢。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，氣溶膠光學厚度的全球分布并不是關于赤道對稱的，而是向北偏移約17°(圖3)。全球氣溶膠光學厚度在北緯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。
但在同一緯度地區，氣溶膠光學厚度隨經度的變化是不同的，在中緯度地區，氣溶膠光學厚度在北半球隨經度變化明顯，而在南半球隨經度變化平緩。在高緯度地區，南半球氣溶膠光學厚度隨緯度的升高而增大，北半球氣溶膠光學厚度隨緯度的升高而減小，并且南半球的氣溶膠光學厚度隨緯度變化比北半球快。
三、氣溶膠光學厚度南北半球均呈現季節性變化規律(圖4和圖5)：北半球氣溶膠光學厚度顯著高于南半球，且最大值都出現在各自半球的春季，最小值都出現在各自半球的秋季。
此外，海洋和陸地上的氣溶膠光學厚度季節變化差異也很明顯。EOF的月平均海洋氣溶膠光學厚度分析結果顯示，海洋氣溶膠主要是由陸地氣溶膠來源主導(圖6)。特別值得注意的是，南半球水域上的氣溶膠光學厚度的增加與全球氣候變化導致的南半球深林火災頻發有密切正相關聯系，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在七月，谷值出現在一月，陸地生物質燃燒氣溶膠峰值出現在九月，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發展引起的東南亞極端生物質燃燒事件。
此研究利用衛星長期觀測數據獲得了全球氣溶膠光學厚度全球經緯度分布規律和長期時空變化特性。目前科學家們正在利用數據對其時空分布變化進行更深入的分析，可以預見，氣溶膠光學厚度的研究工作將為全球氣候的長期變化規律分析、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項目和空間天氣學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經驗正交函數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)和經度(b)的變化曲線
圖4. 2004, 2006, 2008, 2010, 2012, 2014, 2016, 2018, 2020年的季節平均AOD550空間分布
圖5. 2003.03至2021.02的季節平均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的經驗正交函數分析的前六個模式的空間分布
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