1995 - 2022 年 ATSR - 2、AATSR 和 SLSTR 卫星仪器的气溶胶测量数据成果解读

为减少气溶胶光学深度（AOD）估算不确定性，研究人员分析卫星数据，得出全球 AOD 数据记录，意义重大。

　　在地球的大气中，气溶胶宛如一群神秘的 “小精灵”，它们虽然身材微小，却在气候系统和空气质量等方面发挥着至关重要的作用。气溶胶光学深度（AOD）作为一个关键的气候变量，反映了气溶胶对光的衰减程度。然而，气溶胶在气候系统中的 “行为” 十分复杂，从 1750 年到 2014 年，与气溶胶效应相关的辐射强迫估算值存在着极大的不确定性，范围在 -2.0 到?0.6Wm?2 之间（90% 置信度）。而且，全球和区域的气溶胶测量对于准确模拟空气质量和污染物传输也至关重要，但目前这方面的数据却存在诸多不足。

为了深入了解气溶胶的奥秘，来自英国斯旺西大学、德国 FIELAX GmbH、西班牙国家研究委员会等多个机构的研究人员展开了一项极具意义的研究。他们对 1995 - 2022 年期间，由一系列双视角卫星仪器（沿轨扫描辐射计 2（ATSR - 2）、高级沿轨扫描辐射计（AATSR）以及海陆表面温度辐射计（SLSTRs））获取的全球大气总气溶胶光学深度和细模态气溶胶光学深度（通常源于人为活动）数据进行了深入分析。该研究成果发表在《Scientific Data》上。

在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，利用特定的反演算法从卫星观测数据中获取气溶胶特性，该算法基于模型反演框架，通过同时反演地表反射率和 AOD 来实现；其次，对卫星数据进行严格的预处理，包括云检测、数据筛选和聚合等操作；最后，将反演得到的数据进行时空聚合，生成不同时间尺度（日、月）和空间分辨率（10 km、1°×1° 经纬度网格）的数据集。

研究结果如下：

1. 数据记录与处理：研究人员获得了长达 24 年的全球气溶胶数据记录，这些数据从最初约 1 km 分辨率的反射率测量值，经过处理得到 10 km 分辨率的气溶胶属性数据，并进一步整理成日和月尺度、1°×1° 经纬度网格的数据集。在数据处理过程中，成功检索的数量和纬度分布呈现出一定的规律，例如，单台仪器每天成功检索的平均数量从记录初期的 1×105 增加到后期的 6×105 。
2. 算法验证：通过与地面太阳光度计（如气溶胶机器人网络（AERONET）和海洋气溶胶网络（MAN））的测量数据进行对比，对反演算法进行了验证。结果显示，不同仪器的 AOD 反演结果与地面测量数据在一定程度上具有相关性，但也存在一定的偏差。例如，ATSR - 2 的平均 AOD 为 0.171，偏差为 0.023；AATSR 的平均 AOD 为 0.175，偏差为 0.011；SLSTR - A 的平均 AOD 为 0.140，偏差为 0.044；SLSTR - B 的平均 AOD 为 0.138，偏差为 0.049。
3. 与其他数据集比较：将该研究得到的数据集与其他卫星衍生数据集进行比较后发现，不同数据集在不同区域的表现各有优劣。例如，在与 AERONET 数据的比较中，SLSTR - A 和 MODIS 的全球偏差相似，AATSR 的全球偏差较小，但在中国地区存在明显的负偏差。在与其他仪器的 AOD 比较中，MISR 在大多数区域返回的 AOD 值最低，对于海洋和亚洲陆地地区，SLSTR 的 AOD 值通常与 MODIS 接近，而在非洲和北美地区，MODIS 的结果更接近 MISR。

研究结论和讨论部分表明，该研究提供的长期气溶胶数据记录具有重要意义。它可以直接约束地球的辐射预算，为评估和改进气候系统中气溶胶的模型表示提供基准，有助于空气质量监测，还能补充与火灾、沙尘和硫酸盐污染等来源相关的排放趋势的长期记录。尽管数据记录存在一些不一致性，如 SLSTR 仪器数据的偏差相对较高，但总体而言，该数据集在历史长度、覆盖范围和数据质量方面具有独特优势。未来，这些数据集还将不断更新和扩展，为相关领域的研究提供更有力的支持。