基于AVHRR数据的中国新一代气溶胶光学厚度数据集（1981-2000年）：高精度反演与长期气候记录构建

为解决中国1981-2000年气溶胶光学厚度（AOD）长期观测数据缺失问题，研究人员开发了AVHRR数据反演算法ADL v2.0，通过改进地表反射率估计和动态NDVI窗口技术，显著提升了高AOD值（>0.6）的检索精度。该研究构建了中国大陆首套20年AOD数据集，验证结果与地面BEM法和AVHRR DB数据高度一致，为全球气候变化研究提供了关键基础数据。

　　

20世纪80年代至21世纪初，中国快速工业化与城市化导致大气污染问题日益严峻，二氧化硫（SO₂）和氮氧化物（NO₂）排放激增，沙尘暴频发，形成复合型气溶胶污染。气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth, AOD）作为衡量大气污染的关键指标，其长期观测数据对理解气候变化至关重要。然而，2000年前中国缺乏系统的卫星AOD观测，现有数据难以满足全球气候观测系统（GCOS）要求的30年以上气候数据记录（CDR）标准。

中国科学院空天信息创新研究院的研究人员针对这一科学难题，基于美国NOAA和欧洲Metop卫星搭载的先进甚高分辨率辐射计（AVHRR）历史数据，开发了新一代陆地气溶胶光学厚度反演算法ADL v2.0。该研究创新性地结合MODIS地表反射率光谱转换技术和动态NDVI搜索窗口，解决了AVHRR 3.75 μm通道热校正误差和高AOD值（>1.0）检索失效等关键技术瓶颈，成功构建了中国大陆（70°E-140°E，15°N-60°N）1981-2000年高精度AOD数据集，相关成果发表于《Remote Sensing of Environment》。

研究团队采用三大核心技术方法：1）通过MODIS MOD09/MYD09产品光谱转换建立AVHRR通道地表反射率回归模型，消除传感器间光谱差异；2）设计动态NDVI搜索窗口识别最小气溶胶干扰的植被指数，提升高AOD反演能力；3）利用宽带消光法（BEM）和AVHRR Deep Blue（DB）数据集进行交叉验证。

研究结果显示：

1）算法改进效果：ADL v2.0成功检索到AOD>1.0的极端污染事件，较旧版（v1.0）极限值0.6实现突破。与华北、华东等7个BEM观测站的比对显示，月尺度AOD变化趋势相关系数达0.89。

2）空间一致性：与AVHRR DB数据集对比表明，两者在中国东部、四川盆地等区域空间分布高度吻合，但ADL v2.0在华北高污染区域有效数据量提升40%。

3）长期变化特征：数据集清晰反映出1990-1995年SO₂排放小幅增长阶段与2000年后污染治理阶段的AOD变化趋势，证实了政策干预的大气环境响应。

讨论与结论指出，该研究首次实现了中国改革开放初期至21世纪初完整AOD气候记录的构建，填补了全球气溶胶CDR的关键空白。数据集不仅为评估中国大气污染治理政策效果提供科学依据，其创新的动态NDVI技术更为其他历史卫星数据（如TOMS）的再处理提供了方法论参考。研究同时揭示，华北平原、关中盆地等区域的高AOD缺失问题仍需通过多传感器协同反演进一步解决。

这项历时20年的基础性工作，将中国气溶胶观测时间基线前推至1981年，为理解人为排放与自然过程的交互作用、预测未来气候变化提供了不可替代的数据支撑。正如作者Yahui Che在结论部分强调的："ADL v2.0算法框架可扩展应用于全球其他区域，特别是缺乏早期地面观测的发展中国家，这对完善全球气溶胶气候效应评估具有重要价值。"