基于 MODIS 数据的气溶胶时空分布特征分析
摘要：气溶胶在地球大气辐射收支平衡和全球气候变化中扮演着非常重要的角色，气溶胶光学厚度作为其最重要的参数之
一，是表征大气混浊度的重要物理量，也是确定气溶胶气候效应的一个关键因子。与传统的地基探测方法不同，卫星遥感反演
方法具有面积覆盖广、信息获取方便、快捷等特点，能更高效地获取大气气溶胶信息，摆脱了地基探测方法只是获取空间点上
的数据，不能反映大区域气溶胶时空分布的缺点，为人们实时了解大区域范围内的气溶胶变化提供了可能。
本文在总结国内外对气溶胶光学厚度研究的基础上，对大气中的气溶胶分类已及来源做了简单综述，分析了 MODIS 各个通
道的用途，对江西省地区的气溶胶光学厚度进行了统计，分析了江西省气溶胶从 2007 年到 2009 年这三年的季节变化以及其年
际变化，探讨总结了气溶胶的时空分布特性，以及造成这种分布情况的原因。
关键词：气溶胶光学厚度（AOD）；季节变化；年际变化；时空分布特征；MODIS 数据
1. 引言
气溶胶是指悬浮在大气中的各种固态和液态微粒，如尘埃、云雾、海盐和降水粒子等。气溶胶污染大气，
影响人类的生存环境，严重影响大气质量，对气溶胶的监测成为迫切的重要的观测项目
[1]
。在地球大气的各
组分中，气溶胶虽然只是微量成分，但它在地球-大气辐射收支平衡和全球气候变化中扮演着重要角色
[2]
。气
溶胶能够通过直接和间接辐射效应影响地-气系统辐射平衡，直接辐射效应指直接散射和吸收太阳辐射从而影
响地气系统辐射能量收支，间接辐射效应是指气溶胶通过改变云的光学特性和分布状况而影响太阳辐射状况,
进而影响地气系统额射平衡，并影响气候变化
[3]
。高浓度的气溶胶会降低大气能见度，严重时还会影响到飞
机起飞和降落和汽车等地面交通工具的堵塞，从而导致交通事故发生，给人们的出行带来不便。此外，大气
气溶胶还能破坏大气环境，引发酸性降水、形成区域灰霾天气、降低能见度等，气溶胶中的细粒子还可以进
入人体导致疾病（主要为呼吸道疾病），这一切在很大程度上影响了人类的生活生产
[4]
。因此，气溶胶引起了
人们的广泛关注，对气溶胶的研究也投入了大量的人力物力。
目前，对气溶胶的研究主要集中在对气溶胶光学厚度的探测与研究方面。而对于气溶胶光学厚度的研究
主要包括以下四个方面：(1)地面太阳光度计，它是目前能够精确测量气溶胶的仪器之一，其中以全自动太阳
光度计 CE-318 应用最为广泛
[5]
。如中国的气溶胶观测网络 CAeroNet，是由中国气象局从 2002 年开始负责建
设和管理，20 个观测站点，监测使用的设备就是 CE318-II 太阳光度计，并结合能见度仪、热红外仪、气溶
胶独度仪、土壤温度计、TSP 等设备，对大气光学特性等进行实时观测
[5]
。(2)全波段太阳福射，但是目前国
内外只有几十个对全波段太阳直接福射进行测量的站点
[6]
。(3)激光雷达，利用激光雷达可直接获得气溶胶空
间垂直分布信息，但是这种方法在大气探测领域的业务化运行并不多见，因为常规的激光雷达发射的脉冲能
量很高，对人和飞行器可能造成危害；其次价格昂贵，种种不利因素使得激光雷达并不适用于气溶胶监测的
业务化应用
[7]
。(4)卫星遥感，如 1999 年发射的 Terra 卫星和 Aqua 卫星上搭载的 MODIS 传感器，此传感器在
很大程度上提高了气溶胶的遥感监测能力
[5]
。在目前的研究中，我们通常采用两种气溶胶观测手段，分别是
地基观测法和卫星观测法。其中，比较大的两个地基观测网络分别为由美国和法国发起的气溶胶自动观测网
