中国整层气溶胶气候学综合特性研究取得进展

日前，中国科学院遥感与数字地球研究所作为第一和通讯单位，在国际期刊《美国气象学会通报》（BAMS）上发表研究论文《中国整层大气气溶胶光学、物理、化学和辐射特性综合研究：太阳-天空辐射计观测网络（SONET）观测综述》（Comprehensive Study of Optical, Physical, Chemical, and Radiative Properties of Total Columnar Atmospheric Aerosols over China: An Overview of Sun–Sky Radiometer Observation Network Measurements）。这是首篇系统介绍中国区域整层大气气溶胶光学、物理、化学、辐射综合特性长期观测数据以及气候学统计分析结果的研究论文。

相关工作是基于中科院太阳－天空辐射计观测网（SONET，http://www.sonet.ac.cn）长期观测获得的重要基础性研究成果。合作研究者来自国家卫星海洋应用中心、南京大学、中山大学、中科院地球环境研究所、浙江省舟山市海洋环境监测站、中科院上海技术物理研究所、中科院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所、成都信息工程大学、黑龙江大学、中科院遥感地球所喀什卫星接收站、中国资源卫星应用中心和西藏大学等10余家单位。

气溶胶在地球辐射能量收支平衡和全球气候变化中起关键作用，被认为是全球气候变化评估中最大的不确定性因素（IPCC）。由于气溶胶成分复杂、时空差异性大，迫切需要增加对其的观测和了解。目前，中国地区的长期观测仍十分缺乏，特别缺少综合考虑“光学–物理–化学–辐射”参数的气候学分析结果。针对这一基础性挑战，遥感地球所研究团队联合国内外多家机构，经过长期的努力，在突破测量、定标、反演和质控等关键技术的基础上，建立了中科院气溶胶遥感地基观测网及数据处理系统和发布平台，开展中国地区整层大气气溶胶综合特性长期观测，服务于气候变化评估、卫星产品验证、大气环境污染等科学研究。

此项研究工作基于SONET 2010至2016年中国区域16个观测站点（北京、哈尔滨、民勤、张掖、喀什、拉萨、三亚、海口、广州、舟山、上海、合肥、南京、成都、嵩山、西安）的连续数据，系统分析了大气整层气溶胶的光学（气溶胶光学厚度、AE指数、细模态比例、单次散射反照率）、物理（粒子谱分布）的时空分布及气候学特征。论文评审专家认为这是中国整层气溶胶综合气候学特性观测研究的里程碑性重要进展。

这是首次基于遥感方法提供中国区域气溶胶化学成分（黑碳BC、棕色碳BrC、粗粒子CM、散射性细粒子FS、颗粒物含水AW）的试验性产品。与传统的气溶胶化学成分离线采样或在线分析技术相比，遥感方法首次获得了中国重点区域整层大气气溶胶成分含量，这是全球变化研究关注的重点问题。

此项研究在获得自洽物理和化学成分参数的基础上，得以精确评估中国重点区域的气溶胶辐射效应（直接辐射强迫和辐射强迫效率），以及其对气候变化的影响。研究成果加深了对中国气溶胶性质特征的认识与理解，对中国气溶胶特性建模、卫星遥感产品真实性检验、改进气溶胶环境、气候效应评估等工作提供重要科学支撑。

论文第一作者为遥感地球所研究员李正强，共同通讯作者为副研究员许华。该工作得到了国家重大科学研究计划（2016YFE0201400）、国家自然科学基金（41671367和41671364）等项目的支持。

图1 太阳-天空辐射计观测网SONET长期站点分布图 

图2 粒子体积谱分布的全年变化（多年平均）。纵坐标为半径，横坐标为月份，颜色表示体积浓度（μm3/μm2）

图3 气溶胶成分（黑碳、棕色碳、粗粒子、散射性细粒子、水分）质量浓度（mg/m2）（多年平均）

图4 晴空短波（0.3~2.8μm）日均气溶胶辐射强迫（RF）和气溶胶辐射强迫效率（RFE）（多年平均）