3.1 MISR PDL气溶胶反演结果与AERONET验证
图3展示了2015-2019年中国东部地区MISR PDL和V23气溶胶反演结果与地基AERONET产品的验证对比。MISR PDL和V23 AOD均有较高精度,且有超过85%的反演结果落在的预期误差(EE)±(0.05 + 20%)范围内。相比于V23的AOD产品,PDL(R=0.943,RMSE=0.181)具有更高的相关系数(R=0.974)和更低的均方根误差(RMSE=0.095)。此外,PDL算法有效解决了V23 AOD在中高值(AOD>0.5)时的低估问题。
PDL FAOD与AOD的反演精度非常接近(R=0.959,RMSE=0.099),明显优于MISR V23产品的FAOD(R=0.845,RMSE=0.215)。其中,MISR V23的FAOD包括了半径<0.35μm的细模态气溶胶和0.35-0.70μm范围内的中模态气溶胶。PDL的CAOD与AERONET产品的相关性(R=0.633)较MISR V23产品(R=0.336)更高,并且异常值相对较少。
图3. 550nm MISR PDL以及MISR V23 AOD、FAOD和CAOD反演结果验证;黑色虚线和实线是预期误差(EE)±(0.05 + 20%)和1:1线。
与MISR V23的SSA产品相比,MISR PDL SSA反演精度显著提高(图4)。由于蓝光波段瑞利散射影响,PDL的SSA存在显著的波长依赖性,在672nm和866 nm有更高的精度,能够准确地反映气溶胶吸收特性的变化。相比之下,PDL反演的472 nm处SSA的精度较低,在SSA <0.9时存在高估,而在SSA >0.9时存在低估。虽然SSA与AERONET产品的相关性明显低于粗细粒子AOD,但是在682和867nm相对均匀的分布在1:1线两侧,可定量表征吸收性气溶胶的变化。
图4. 446nm、672nm、867nm MISR PDL以及MISR V23 SSA反演结果验证
3.2 PDL AOD与V23 AOD产品的对比
图5展示了2017年中国东部MISR PDL和V23气溶胶参数的年平均值对比。虽然它们具有一致的空间分布,但PDL和V23气溶胶的反演结果具有显著差异。与V23 AOD相比,PDL反演结果在污染地区的值(>0.4)明显更高。V23反演SSA的大幅高估可能是导致其AOD系统性低估的主要原因。PDL 反演的FAOD清晰地反映了中国东部城市/工业地区的人为排放热点。相比之下,V23的CAOD在以细颗粒为主的南部地区呈现出显著的高值(>0.3),PDL反演在空间一致性方面表现更好。中国东部PDL CAOD高值较少,主要分布在沙尘活动较多的西北戈壁沙漠地区。
图5. 2017年中国东部550nm MISR PDL和MISR V23 AOD、FAOD、CAOD以及650nm SSA年均值为检验MISR PDL气溶胶算法识别不同类型气溶胶的能力,对2017年5月4日典型沙尘事件的MISR PDL和V23反演结果进行了分析比对(图6)。MISR PDL与V23反演的AOD在污染地区存在显著差异,尤其是在沙尘羽流集中区域,V23 CAOD具有明显低估。相比之下,PDL CAOD 可以很好地捕捉到沙尘的主要分布。
图6. 2017年5月4日沙尘天气550nm MISR PDL和 MISR V23 AOD、FAOD、CAOD和672nm SSA的反演结果比对
此外,本研究还对2012年6月13日生物质燃烧事件中的MISR PDL和V23的反演结果进行了分析比对(图7),当时大范围的火灾排放物被吹向北方。MISR PDL AOD和FAOD可以清晰地显示出浓烟的空间分布。MISR PDL 672 nm SSA的火点分布表明MISR PDL算法对吸收气溶胶的敏感性突出。
图7. 2017年5月4日生物质燃烧事件550nm MISR PDL和 MISR V23 AOD、FAOD、CAOD和672nm SSA的反演结果比对