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AAS封面故事| 风云卫星助推解决“小颗粒,大问题”
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2018-11-15 | 【 【关闭】

  大气气溶胶对气候和环境有重要影响,特别是日益严重的颗粒物污染事件威胁到公共卫生和生态系统。气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)是表征大气气溶胶光学特征的最基本量。它可以用来推算大气气溶胶含量,是确定大气气溶胶辐射气候效应的关键因子,气溶胶光学厚度也是大气污染物浓度的重要指示因子。因此气溶胶AOD资料对于气溶胶气候效应研究,及大气环境污染研究具有重要意义。但是我国目前针对气溶胶的地基观测资料较少。如何结合卫星观测资料,提高大气化学模式预报的准确性具有重要研究意义。

  资料同化是一种为数值预报提供初值的技术,通过资料同化可以充分地利用各种途径得到的大气观测资料,有效地改善数值模式的初始场,实现观测(包括常规和非常规观测)与模式的有效结合。通过同化AOD资料来改进大气化学预报模式的初始场,从而提高大气化学成分模拟及大气环境预报的准确性。

  南京信息工程大学闵锦忠团队使用三维变分方法,结合WRF-Chem大气化学模式,改进发展了FY-3A卫星AOD资料直接同化系统,并应用在2011年4月东亚一次强沙尘天气中。结果表明, 卫星AOD观测数据的同化能显著提高模型气溶胶的预测能力,表明FY-3A卫星气溶胶产品在数值模式及空气质量预报中具有广泛的应用前景,对于我国自主研发的风云卫星气溶胶产品的应用和推广具有一定的积极指示意义。该研究被选为大气所主办英文期刊Advances in Atmospheric Sciences 2019年第一期封面文章。

  为检验同化后模式预报效果,用Aerosol Robotic Network(AERONET)及China Aerosol Remote Sensing Network (CARSNET)气溶胶地基观测数据、FY-3A 及MODIS 卫星观测数据作对比分析。结果表明,同化之后模式AOD值的预报能力得到显著提高。同时同化FY-3A和MODIS两种卫星数据的同化试验预报值比只同化一种卫星数据试验的AOD值更接近观测。此外,由于FY-3A在中国大陆地区覆盖范围广,且观测数据大部分位于沙尘源地和大气环境场上游,因此相对于同化MODIS卫星AOD的试验,同化FY-3A卫星AOD的试验预报效果明显更接近观测数据。该研究表明我国FY-3A卫星气溶胶产品在沙尘天气数值模式及空气质量预报中具有广泛的应用前景。

  《大气科学进展》(AAS)2019年第1期封面 (原图为酒泉 黄晓虎 摄)。本期封面展示了2011年4月29日,特强沙尘暴袭击酒泉实况。此次沙尘暴在随后的几天内覆盖了中国的大部分地区。本次研究针对此次影响了中国及周边地区的强沙尘天气,使用我国风云三号A(FY-3A)卫星及美国的MODIS卫星气溶胶资料进行了同化及模拟试验研究。

  图1 2011年4月28日-2011年5月3日期间4组试验中模式输出结果与4个AERONET站点数据对比图

  

图2 2011年4月28日-2011年5月3日期间4组试验中模式输出结果与4个CARSNET站点数据对比图

  Reference:

  Xia, X. L., J. Z. Min, F. F. Shen, Y. B, Wang, and C. Yang, 2019: Aerosol data assimilation using data from Fengyun-3A and MODIS: Application to a dust storm over East Asia in 2011. Adv. Atmos. Sci., 36(1), 1–14, https://doi.org/10.1007/s00376-018-8075-9.

  Download:

  https://link.springer.com/article/10.1007/s00376-018-8075-9

  http://159.226.119.58/aas/EN/10.1007/s00376-018-8075-9

 
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