利用多载荷吸收性气溶胶指数（AAI）及卫星与地基协同观测表征空气污染输送

《Atmospheric Environment》：Characterization of air pollution transport using absorbing aerosol index from multiple payloads and synergistic satellite and ground-based observations

　　

过去十年，中国卫星仪器在监测吸收性气溶胶方面取得了显著进展，尤其是在空间分辨率方面。为了说明这些仪器不断扩展的应用范围，研究人员展示了由不同代际传感器观测到的三个代表性事件。第一个案例覆盖2015年1月下旬至2月初，采用了将上一代FY-3B/TOU吸收性气溶胶指数（AAI）与CALIOP/CALIPSO垂直特征掩膜（VFM）相结合的协同方法。此外，HYSPLIT前向和后向轨迹分析以及对流层多个高度的再分析风场提供了关于垂直分离的气溶胶特征和高度依赖的输送路径的信息。2015年2月3日，沙尘和人为污染物共同导致了该事件，PM₁₀超过450 μg/m³，PM_2.5超过250 μg/m³，AAI峰值达到5。FY-3B/TOU AAI、CALIPSO VFM、HYSPLIT轨迹和地面PM观测的协同作用提供了中国冬季气溶胶输送的多平台描述。第二个案例（2024年撒哈拉沙尘向欧洲输送）和第三个案例（2025年北美野火烟雾向欧洲输送）使用了中国新一代载荷GF-5B/AAS和FY-3F/OMS-N，它们提供了更精细的空间采样。AERONET太阳光度计观测和HYSPLIT后向轨迹为气溶胶负载、主导粒子模态和可能的气团来源提供了独立的事件特定支持。总之，这些案例展示了多代中国紫外传感器在区域和跨洲尺度上监测吸收性气溶胶输送的应用潜力。由于这些仪器没有同时观测同一事件，因此这些案例并非旨在进行受控的传感器间性能比较。

**论文解读：利用多载荷吸收性气溶胶指数协同卫星与地基观测表征空气污染输送**

吸收性气溶胶是一类重要的空气污染物，主要包括沙尘、生物质燃烧、火山喷发和工业燃烧等人为及自然源排放。它们通过吸收和散射太阳辐射改变大气辐射平衡，影响区域和全球气候，同时高浓度污染还会降低能见度并危害人体健康。卫星遥感中的吸收性气溶胶指数（AAI）利用紫外-可见光波段的辐射残差识别大气中的吸收性气溶胶，对地表亮度不敏感，已成为监测气溶胶长距离输送的重要工具。国际上已有多代传感器提供AAI产品，而中国在过去十余年间也相继发展了FY-3B/TOU、GF-5B/AAS和FY-3F/OMS-N等紫外-可见光载荷，其空间分辨率从0.5°×0.5°逐步提升到2 km×4 km和7 km×7 km。然而，这些国产传感器在不同污染事件中的实际应用能力，以及如何与地基观测、激光雷达垂直剖面和轨迹模型协同使用，尚缺乏系统性展示。为此，这项研究选取三个代表性事件，旨在回答三个问题：第一，FY-3B/TOU AAI能否与国际成熟AAI产品在空间上大体一致；第二，如何将AAI与地面观测、激光雷达、气象场和轨迹相结合，表征吸收性气溶胶的输送过程；第三，中国新一代紫外传感器在跨洲沙尘和野火烟雾事件中能否有效应用。该论文发表在《Atmospheric Environment》。

研究人员主要采用以下关键技术方法：针对2015年1月底至2月初华东沙尘-污染混合事件，使用FY-3B/TOU AAI（0.5°网格）绘制水平分布，结合CALIPSO/CALIOP垂直特征掩膜（VFM）获取垂直结构，并利用中国气象局地面PM_2.5/PM₁₀和相对湿度数据、NCEP FNL再分析风场（1 km和2 km高度）以及HYSPLIT前向和后向轨迹（起始高度100、500、1000、2000 m）进行多平台协同分析。针对2024年3月撒哈拉沙尘输欧和2025年5-6月北美野火烟雾输欧两个跨洲事件，使用GF-5B/AAS和FY-3F/OMS-N的AAI产品（基于354 nm和388 nm波长对），并以AERONET太阳光度计观测（500 nm AOD和细模态分数FMF）及HYSPLIT后向轨迹作为独立的事件特定支持。所有数据均按事件特点进行匹配和筛选。

研究结果分为四个部分。**4.1 数据可靠性评估**：通过北京站AAI与PM_2.5时间序列对比发现两者具有部分一致的演变特征，但并非严格对应。区域空间相关分析显示，2015年2月2-4日污染发展期间，AAI与PM_2.5的相关系数分别为0.488、0.638、0.443，与PM₁₀的相关系数分别为0.516、0.615、0.570（p<0.05），均为弱到中等相关；而5日污染消散后相关不显著。这表明柱积分AAI与地面PM的关系依赖于事件阶段，受气溶胶垂直分布和光学性质影响。此外，将FY-3B/TOU AAI与Metop-B/GOME-2 AAI在2014年春季四个案例中交叉比较，经公共网格匹配后相关系数均超过0.7，说明二者在空间分布上大体一致，但约4小时过境时间差限制了严格的像素级验证。**4.2 2015年1月30日至2月5日华东污染事件**：FY-3B/TOU AAI图像显示污染最初源于塔克拉玛干沙漠沙尘，在偏西气流下向东长距离输送至华北。2月3日事件达到峰值，AAI达5，多个站点PM₁₀超过450 μg/m³、PM_2.5超过250 μg/m³。HYSPLIT轨迹显示衡水站低层（100、500 m）气团主要来自区域内部，而1 km和2 km高度气团从西部远距离到达，暗示高架沙尘输送。烟台站的轨迹分析进一步表明2 km高度存在西北方向沙尘影响。NCEP FNL风场显示污染区存在顺时针涡旋，2 km处东向分量强于1 km，有利于高架气溶胶东输。CALIPSO VFM沿轨道剖面显示两种垂直结构：南支以污染大陆/烟羽类型为主，主要分布在1.5 km以下；北支有高架沙尘层延伸至更高高度。**4.3 2024年3月末撒哈拉沙尘入侵欧洲**：GF-5B/AAS观测到3月29-31日高AAI羽流从北撒哈拉向北延伸至地中海和欧洲。受云覆盖影响，部分区域信号被低估。AERONET站点（帕尔马、波兰Rzecin、爱沙尼亚T?ra