大气气溶胶的直径从几纳米到几十微米不等, 对大气辐射评估、 全球气候变化、 当地空气质量和能见度以及人类健康都有着直接或间接影响, 尤其秋冬季节是雾霾高发期, 更有利于大气气溶胶的生成、 转化和积累。 目前, 用于气溶胶信息观测的技术有很多, 包括激光雷达、 太阳光度计、 华盖计、 卫星遥感等。 多轴差分光学吸收光谱（MAX-DOAS）技术是一种被动遥测式光谱设备, 具有稳定、 可实时连续监测等特点, 可同时获取多种痕量气体的浓度信息, 且能反演气溶胶光学厚度（AOD）和气溶胶廓线。 介绍了MAX-DOAS反演气溶胶信息的算法, 并于2017年12月至2018年1月, 在合肥市科学岛开展了MAX-DOAS观测, 观测方位角为0度（正北）, 垂直方向上从低到高扫描10个仰角; 反演时取中午时段的天顶方向测量光谱作为参考光谱。 在337～370 nm波段, 利用QDOAS软件计算出O4斜柱浓度（DSCD）, 然后再利用气溶胶廓线反演算法（PriAM）反演出AOD和气溶胶消光系数（AE）。 将结果与太阳光度计CE318测得的AOD做对比, 小时均值和日均值的相关性系数均为0.91, 结果表明MAX-DOAS在获取气溶胶信息方面具有较高的可靠性。 同时, 将MAX-DOAS获得的近地面气溶胶消光系数与地面站点的点式仪器测得的PM2.5浓度进行了相关性对比, 日均值和小时均值线性拟合相关系数r分别为0.83和0.62, 进一步验证了MAX-DOAS获取气溶胶信息的可靠性。 由于冬季是雾霾的高发期, AOD值较高, 选取2017年12月3日至6日的一次雾霾过程, 廓线结果表明气溶胶主要分布在1.5 km以下, 结合当时的风场信息及雾霾期间的气流后向轨迹图, 可知此次污染是西北方向污染气团输送导致的。

研制一种高精度全自动可实时测量、远程控制覆盖可见-近红外多波长太阳光度计PSR-2,可实现太阳直射辐照度、天空辐亮度(主平面、等天顶角)、气溶胶光学厚度、大气柱水汽含量和臭氧含量的实时测量和显示, 具有各通道独立同时测量、精确的温度控制、精确的太阳跟踪等检测功能。PSR-2在本单位自研PSR-1的基础上进行改进, 经受住长时间沙漠风沙和雨水侵蚀的测试, 具有能够长时间有效稳定观测、更加小型化、数据处理更便捷和更高的性价比等特点。在敦煌给仪器进行了Langley法标定和仪器温控性能测试, 结果显示PSR-2 Langley定标拟合直线相关性高于99%, 恒温仓温度稳定在在(25±0.3)℃, 与国外行业标准CE318的合肥、敦煌两地实际测量结果对比, PSR-2气溶胶光学厚度和大气柱水汽含量偏差分别在0.02和0.1以内, 并进行了误差分析。

SCIATRAN是一种高光谱分辨率辐射传输模型, 其参数丰富、调节性强, 为反演CO2浓度提供更可靠的仿真资料。研究采用SCIATRAN模型模拟了不同气溶胶类型、气溶胶光学厚度以及地表类型的CO2辐射亮度, 分析了不同条件下影响CO2辐射亮度的规律。研究结果表明: 气溶胶类型对CO2辐射亮度的影响比例在8%以内。由于城市型气溶胶成分复杂, 对CO2辐射亮度的影响比乡村型和海洋型气溶胶稍大; 气溶胶光学厚度对CO2辐射亮度的影响比例在-3.52%~42.97%之间, 光学厚度越小, CO2辐射亮度则越大; 地表类型对CO2辐射亮度影响最大, 与参考值差值比例最高达166.43%, 且CO2辐射亮度随地表反照率的增强而增强。该研究还通过仿真信号与实测信号的对比, 验证了SCIATRAN模型仿真信号的有效性和可行性。

大气中气溶胶光学厚度和可降水量情况为天文选址提供必不可少的评价依据,为天文观测提供重要参考。利用DTF型太阳辐射计对青海德令哈进行 观测,获得2013年9月至2015年1月晴天无云条件下的观测结果,进而得到该地区观测期间气溶胶光学厚度、ngstrm指数和大气可降水量的 日变化与季节变化特征。该地区的气溶胶光学厚度和可降水量日变化类型较多,可分为六种,有一定的季节性特征。不同季节中,秋季气溶胶光学 厚度最小,其他季节相当,而可降水量在夏季最大,明显高于其他季节。ngstrm指数春季最小,夏季和秋季次之,冬季最大。总体来说青海德令哈 的气溶胶光学厚度和可降水量都较小,大气较干净稳定,适合天文观测。

大气气溶胶具有很强的时空变化特性,而气溶胶标高是反映大气气溶胶垂直分布特性的一个重要参量,常规获取大气气溶胶标高的方法需要多种仪器进行联合测量.基于均匀平行球面大气分层的假定,研究了利用太阳光度计的分层算法获取大气气溶胶标高的方法.结果表明,利用该分层算法可仅利用太阳光度计一种仪器同时获得各分层大气平均消光系数和光学厚度、气溶胶垂直分布高度、气溶胶标高等参数.该算法所得气溶胶标高与常规方法获得的气溶胶标高进行比较,相对误差在10%以内;得到的大气总光学厚度与整层算法计算的大气总光学厚度的相对误差小于2%.因而,利用该分层算法仅使用太阳光度计一种仪器来获取气溶胶标高的方法是可行的,拓展了太阳光度计的应用.

采用基于逐次散射法的矢量辐射传输模型，通过求解矢量辐射传输方程，分析了影响海面上空气溶胶光学参数反演的主要因素。根据海洋大气气溶胶模型，通过构建多参数的反射率和偏振反射率查找表，给出了用于海上气溶胶光学参数反演的查找表迭代查找法。利用自主研制的多角度航空偏振相机在渤海湾上空航拍的偏振辐射数据，反演获得了该海域550 nm波段的气溶胶光学厚度和ngstrm波长指数，其均值分别为0.441和1.15。通过与布置在京津塘周边的多个地基CE318太阳辐射计同步观测数据进行的对比校验发现，两者间具有很好的一致性，说明反演方法针对海天背景的实际问题的考虑和处理过程切实可行。

利用5个航次的海上实测资料,分析了东中国海域上空气溶胶的光学性质,并利用实测资料对SeaDAS软件中的气溶 胶模型在该海域的适用性进行了评估。结果表明：在该海域气溶胶大部分为弱吸收性类型(约占60%),同时也存 在强散射性类型(约20%)和强吸收性类型(约20%)。气溶胶粒径体积谱主要呈双峰模式,但是在双峰之间 还存在着一个不显著的次峰,因而用三个对数正态函数之和来描述气溶胶粒径体积谱要优于用两个对数正 态函数之和来描述。实测资料和SeaDAS气溶胶模型的单次散射反照率的对比结果显示,在该海域具有吸 收性的沙尘和烟尘气溶胶的影响不可忽略,而目前的SeaDAS气溶胶模型主要针对非吸收或弱吸收气 溶胶,不能完全满足东中国海域海色遥感大气校正的需要。

利用Terra卫星的MISR传感器数据进行渤海湾上空气溶胶反演的初步研究。采用分区暗像元的方法进行反演,传统暗像元大气校正算法认为研究区域上空的气溶胶光学厚度呈均匀分布状态。针对传统暗像元算法的不合理性, 将渤海湾划分为7个子区域, 每个子区域利用传统暗像元算法估算其气溶胶光学厚度, 然后结合空间插值算法获取整个渤海湾的气溶胶光学厚度信息。研究结果表明: 渤海湾上空的气溶胶光学厚度呈沿海岸线高,近海区低的阶梯分布模式,与传统暗像元算法相比, 分区暗像元算法综合考虑了水体上空气溶胶光学厚度空间分布的不均匀性, 有利于改善大气校正的精度。

利用DTF型太阳光度计在我国几个典型城市地区较长期观测得到的资料，分析了不同地区气溶胶光学厚度日变化和季节变化特征，得到了各地区观测期间日均值、月均值和季节值的变化。结果显示，观测期间丽江地区气溶胶光学厚度最小，大气较洁净，大气中以细粒子为主；其次是张北；喀什和合肥地区气溶胶光学厚度都较大，但喀什、张北多以粗粒子为主，合肥多以细粒子为主。各地区都在春季气溶胶光学厚度较大，冬季最小。喀什的气溶胶光学厚度值多集中在0.15到0.7之间，张北多集中在0.08 到 0.4之间，合肥多集中在0.2到0.75之间，丽江多集中在0.01到0.1之间。各地区气溶胶光学厚度和ngstrm波长指数频率分布基本呈高斯分布，气溶胶光学厚度峰值分布由高到低依次为合肥、喀什、张北、丽江，ngstrm波长指数由高到低依次为丽江、合肥、张北、喀什。

利用POLDER偏振资料反演了北京市2005～2010年的气溶胶光学厚度,并利用AERONET北京站点 提供的观测资料证明了结果的可靠性,通过对反演结果的统计和对比分析研究了气溶胶光学厚度的 时间及空间变化特征。结果表明,在空间上,气溶胶光学厚度表现为东南部较高,西北部相对较低,呈现 出由东南向西北降低的趋势。在时间上,研究时段内气溶胶光学厚度随着时间的推移呈降低趋势； 不同月份的气溶胶光学厚度也有较明显的差异,在7月达到全年中的峰值,为0.65, 11月达到最低值0.2； 不同季节的气溶胶光学厚度表现为春夏季节大于秋冬季节,夏季最大,秋季最小。