香格里拉国家大气本底站2007-2019年气溶胶光学厚度（AOD）的变化特征分析

香格里拉国家大气本底站 2007-2019年气溶胶光学厚度（ AOD）的变化特征分析

宋晓锐 彭小清 余建辉

云南省迪庆藏族自治州气象局香格里拉国家大气本底站 674499

摘要：研究气溶胶光学厚度的时空分布特征对评估大气污染程度和研究气溶胶气候效应具有重要意义。本文利用 2007-2019年的气溶胶光学厚度产品数据，从时间和空间角度分析云南省香格里拉气溶胶光学厚度（AOD）变化特征。结果表明：（1）2007-2019 年云南香格里拉 870nm通道AOD 年均值在 0.001~0.04之间波动，平均值为 0.035，12年间云南 AOD 年均值整体呈现平稳态势，（2）云南香格里拉AOD 有明显的季节变化特征，呈夏季高峰，冬季最低，采暖期 AOD 均值整体上低于非采暖期；（3）云南香格里拉AOD 高值区集中在人员密集区域，而自然林区为低值区。AOD 高值区总体分布在低海拔地区，而 AOD 较低的区域主要位于高海拔地区，香格里拉处在低值区域范围内，且 AOD 时序变化趋势率与年均AOD空间分布特征基本保持一致。云南香格里拉AOD与环境颗粒物PM2.5呈现强相关关系。

关键词：AOD；香格里拉；变化特征

引言

大气气溶胶是指均匀分散于大气中的固体微粒和液体微粒所构成的稳定混合体系，粒子的空气动力学直径多在 0.001~100 μm 之间。气溶胶粒子的主要来源是自然和人类活动，前者主要来自植被、海洋、土表，后者主要来自化工生产、生物焚烧、土地利用变化等。大气气溶胶的变化是气候变化中最不确定的因素，它一方面可以通过吸收和散射太阳辐射影响地球的辐射平衡；另一方面，气溶胶粒子又可以作为云的凝结核间接影响降水量和水循环。因此，研究大气气溶胶变化对于环境改善具有重要意义。作为表征气溶胶性质的重要光学参数之一，气溶胶光学厚度(aerosol optical depth，AOD)的物理意义为沿辐射传输路径，单位截面上气溶胶的吸收和散射对太阳辐射产生的总削弱强度，主要用来描述气溶胶对光的消减作用。目前有多种方式可以观测 AOD，主要有地基观测和卫星遥感探测。我站属于地基观测数据，优点精度高，但站点分布稀疏且不均匀，无法满足区域性研究需要。

1.香格里拉2007-2019年历年水平

香格里拉国家大气本底站从 2007年 12 月开始开展CE318观测，期间缺测数据为每年定期邮寄仪器到北京气科院进行标校。2007～2019年的 AOD值，见图1。

AOD 年均值变化特征分析如下：

图 1香格里拉国家大气本底站2007-2019年气溶胶年均值光学厚度（AOD）的变化特征

云南香格里拉近十年均值AOD 的值在0.001~0.088之间，各个年份变化浮动不大。图1 为 2007～2019 年云南香格里拉 AOD 年均值变化图。由图1 可见，12年间，云南香格里拉 AOD 年均值在 0.001~0.088波动，自 0.001到0.088呈现季节性变化特征明显， 年均 AOD 均值较低。其中，年均 AOD 最高值出现在2014年，最低值出现在 2018年。2007 年至 2019年，云南香格里拉年均 AOD 呈螺旋状下降。其中，2014 年 AOD 值不仅为 12年间最高值，气污染指数、空气质量指数等有很强的相关性。清华大学开发并维护的中国多尺度排放清单模型（Multi-resolution Emission Inventory for China，简称 MEIC）建立了完整的排放源分类分级体系，涵盖固定燃烧源、工艺过程源、移动源、溶剂使用源、农业源和废弃物处理源等六大类人为排放源，通过逐个排污设备计算、入户调查数据，结合逐时气象场、路网信息和交通流数据等，综合了来自电力、工业、民用、交通和农业等排放源的污染物排放量， 定量解析了包括 PM2.5、PM10、SO2、NOX 等 10 种主要大气污染物和温室气体的排放情况。其可按年份、模型模拟区域、行业、时空分辨率提供对应的排放清单产品。可见污染物排放量变化趋势与AOD 年均变化情况具有一致性， 且呈现出强正相关，即人为活动是导致 AOD 值较高的主要原因。

2 AOD 年变化特征

云南香格里拉近十年AOD 的值在0.001~0.965之间，各个年份变化浮动不大。图2 为 2007～2019 年云南香格里拉 AOD 变化图。由图2可见，12年间，云南香格里拉 AOD 在 0.001~0.965之间波动，自 0.001到0.965呈现季节性变化特征明显， 年均AOD均值较低。其中， AOD 2012年以后波动变大，这可能与2012年以后环境变化导致气候异常有关。2012年至 2019年，云南香格里拉AOD 呈波动式变化。

图2 香格里拉国家大气本底站2007-2019年气溶胶光学厚度（AOD）的变化特征

3云南香格里拉AOD 1020nm 870nm 670nm 440nm变化特征

由图 3至图6可见，云南香格里拉近十年季度 AOD 均值表现为夏季>春季>秋季>冬季。[3] -[9] 其中，夏季最高1020nm通道为0.976、870nm通道为0.965、670nm通道为0.949、440nm通道为0.955，冬季最低1020nm通道0.033、870nm通道0.035、670nm通道0.046、440nm通道为0.068。由各年份的季度变化AOD 值可见，近十年云南省香格里拉各季度 AOD 均呈现波动下降趋势。春季 AOD 均值十年内减少量最少，夏季 AOD 均值减少量最多，秋季 AOD 均值十年内减少趋势；冬季 AOD整体趋势处于较平稳状态。由此可得，云南香格里拉近十年内季度 AOD 减少幅度表现为：夏季> 秋季>冬季>春季。

图4 香格里拉国家大气本底站2007-2019年870nm通道AOD变化特征

图6 香格里拉国家大气本底站2007-2019年440nm通道AOD变化特征

4对比分析2019年AOD与环境颗粒物

通过对比图7、图8以及图9进行分析得出2019年AOD与环境颗粒物存在相关关系。[10] AOD 与 PM2.5 质量浓度都近似呈现对数正态分布，PM2.5 质量浓度的样本均值为3.8μg/m3，样本标准差为6.63μg·m-3，AOD 的样本均值为0.025，样本标准差为0.02。PM2.5 质量浓度与 AOD 的概率分布特征相似，这表明两者可能存在较好的相关性。

图8

图9结语

（1）时间分布上，从年际变化、季度变化、相关性三方面展开分析。在年际变化上，云南香格里拉年均 AOD 为 0.024，年际变化整体上呈现螺旋式稳定正态分布；在季度变化上，季度 AOD 值表现为夏季>春季>秋季>冬季，季度AOD 减少幅度表现为夏季>秋季>冬季>春季，其中，夏季减少值与减少幅度均最大，分别为 0.956 和 58.6%。

（2）空间分布上，云南省香格里拉 AOD 值在低海拔地区为高值区，整体上呈现出北低南高、西高东低的分布格局，可能受源于青藏高原以西和孟加拉湾北部和印巴一带的西南气流影响导致。且 AOD 时序变化趋势率与年均 AOD空间分布特征基本保持一致。

（3）云南香格里拉AOD 值在时间和空间上均体现为下降趋势，表明云南省在生态文明建设方面取得了良好成效。

参考文献

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作者姓名：宋晓锐（1992.09），男，汉族，云南省昆明市人，本科学历，助理工程师，从事气象大气成分综合观测工作。