卫星遥感气溶胶的不确定性和对其长期趋势的监测影响：审查和观点

卫星遥感气溶胶的不确定性和对其长期趋势的监测影响：审

查和观点

摘要：由于气候研究越来越多地关注气溶胶，因此已经产生了许多全球卫星气溶胶产品。气溶胶参数和强化物理过程现在被纳入许多通用循环模型（GCM）中，以通过它们与能量和水循环的相互作用来解释其对地球气候的直接和间接影响。然而，存在这些卫星产品存在重大差异的突出问题，必须大幅度降低，以缩小气溶胶气候影响的估计范围。在本文中，针对一些广泛使用和相对较长的卫星气溶胶产品，包括AVHRR，TOMS，MODIS等，针对气溶胶光学深度（AOD）检索中的许多关键不确定因素，MISR和SeaWiFS。根据影响被动卫星气溶胶检索质量的四个关键因素，我们系统地回顾了为这些传感器开发的算法：校准，云屏蔽，气溶胶类型分类和表面效应。为了进一步了解这些不确定因素，NOAA AVHRR数据用于进行各种测试，有助于估计每个因素引起的不确定性范围。最后，提出了应对这些问题的建议，并为环境监测和气候研究制定了一个统一和统一的高质量气溶胶数据库。

1 简介

工业化和人类活动导致大量微量气体和气溶胶粒子释放到大气中。气溶胶是影响辐射能量传递的主要大气变量，也是水汽转化为云滴和雨滴的主要大气变量。因此，大多数的大气环流模型（GCM）现在将气溶胶参数和物理过程与气溶胶的能源和水的循环，气候气溶胶的直接和间接影响是可以解决的。然而，气溶胶仍然是估计气候强迫的最大不确定性之一（IPCC，2007），这在很大程度上是由于全球尺度缺乏可靠的测量。气溶胶的气候迫使许多全球的估计基于模拟的化学传输模型（CTM）加上或由GCM（下巴et al.，2002；汉森等人，2002；Ramaswamy et al.，2001；Takemura等，2002）。由于全球卫星反演气溶胶产品问世（King et al.，1999；考夫曼等，2002）结合增加地面气溶胶观测站数（Holben等人，1998），建模的研究开始使用观测数据对模型的不确定性。然而，在气溶胶直接辐射强迫一些建模的研究中估计仍存在很大差异（Bellouin et al.，2005；郑et al.，2005；余et al.，2006；Zhao et al.，2008a）利用卫星产品由不同传感器产生不同的检索算法。

图1。不同卫星输入数据和自2000以来重叠期的反演算法在海洋上全球平均AOD的比较。

假设不同的气溶胶模型（甚至检索气溶胶模型，如MODIS算法），不同的检索算法。将AOD

从检索渠道标准550nm取决于用或检索和外推可能引入额外的误差的气溶胶模型，尤其是使用固定的气溶胶模型的算法（如图）。因此，我们决定在代替外推到标准波长550nm的AOD

检索通道显示。

作为测量的气溶胶，气溶胶光学厚度（AOD）是一个基本的光学特性衍生出许多地球diobservation卫星（AVHRR、MODIS、MISR，T 5oms / OMI，SeaWiFS，等）从上世纪70年代末到现在。虽然一些国际比较研究（King et al.，1999；李等，2009）进行，对造成差异的原因进行了一些见解（Jeong et al.，2005；Jeong和李，2005；Zhao et al.，2005A，B；卡恩et al.，2007；kokhanovsky et al.，2007；Mishchenko等人，2007，2009；刘和Mishchenko，2008），进展一直缓慢，协调差异，并生成集成的产品，优势，个别产品的同时保留自己的弱点，规避或减轻（金尼等人，2006, 2009）。

这给用户社区在从丰富的库存中选择气雾剂产品提出了最大的挑战。此外在使用建模的研究，集成的产品应该提供一个无缝的长期时间序列监测由于自然或人为原因任何趋势变化（Mishchenko等人，2007年b）。由于越来越多的气雾剂产品将从新的传感器产生的（例如，CALIPSO，阳伞，外膜蛋白，APS，VIIRS），一致性问题显得更加尖锐。这是在图1中显示的海洋上的几个突出的气雾剂产品近几年同期使用不同的输入数据集和算法计算比较时间序列显示全球平均气溶胶光学厚度。出现差异，无论在幅度和时间趋势。差异量的总体范围约50%的平均值。

涉及的因素包括云掩膜的差异，地表边界条件的处理，关于成分的气溶胶微物理特性的假设，和仪器的校准（设备定标），为下文的论述，在参考引用。虚假的趋势可能导致的fi高效的检索算法和/或错误校正的输入数据（Zhao et al.，2008b）。不恰当的假设中所使用的算法作为气雾剂的类型和尺寸分布等关键参数，可能会导致一个虚假的AOD长期趋势的地区fl影响工业和生物质燃烧污染和沙漠颗粒由于地域偏见重下。一致校准是一个更严重的问题，研究的趋势，AOD使用历史不良的卫星辐射数据。AOD的长期趋势的迹象可以逆转由于校准（Zhao et al.，2008b）。

然而，采样差异的工具也使得区域事件的明显的差异，主要贡献（Ignatov et al.，2005；卡恩et al.，2007）。鉴于AOD的空间和时间的变化，控制有关实际的卫星测量频率的假设，“平均”从这些仪器的数据集可以被视为区域性或全球性的AOD必须更加仔细地检查，统计表示，odespecially为仪器低重访频率（如MISR）。这当然会对这些数据集用于评估长期趋势的方式产生影响。前citherefore，AOD的任何趋势的物理原因，fiED，我们必须争取在检索算法，将数据集的深刻见解，以及数据采样，以保证不会造成任何明显fi不能文物的时间和空间在检索产品的足迹。

2全球AOD的长期产品概述

气雾剂产品已从AVHRR检索，汤姆/ OMI，SeaWiFS的MODIS和MISR，，一个相对长的时间周期。历史的气雾剂产品是来自AVHRR和汤姆的测量，最长的记录超过25年。由于气溶胶遥感是不包括在原来的仪表设计，从这些传统乐器的气溶胶反演是主体更多的限制比SeaWiFS反演MODIS和MISR。然而，它们的持续时间长，使它们非常适合气候研究。

2.1TOMS产品

这个数据是由美国宇航局的总臭氧测绘光谱仪卫星观测产生. 由于低附近所有陆地表面UV表面反照率（包括沙漠）除冰或雪，近紫外测量所有平台的汤姆已被用来检测气溶胶和检索他们的AOD和单次散射反照率（SSA）在海洋和大陆（托雷斯et al.，1998, 2002）。AOD炉已通过与表面的气溶胶机器人网络（AERONET）测量的比较验证。网格化月平均AODs在1×1分辨率从1979到2000可供我们研究。目前TOMS气溶胶al gorithm（版本2）发生了重要的升级，降低显fi明显高估（图3中观察到的）在与其他卫星数据集的1版记录海洋。

图2。在0.63µM 1985年4月来自AVHRR辐射AOD月平均图（左图）和回顾性校准AVHRR radiancesfiguusingre 2。momodisnthlyradianmeances M（rightaps面板厚度）。

2.2 gacp-avhrr气溶胶数据

这个数据是美国国家航空和航天局全球气候项目的产品（GACP）成立于1998。气溶胶反演算法是基于AQP1的表达（0.63µm）和通道（0.85µm）AVHRR观测在海洋（Mishchenko et al.，1999；geogdzhayev et al.，2002）和ap的_ ISCCPDX