中國地區AERONET站點數據的使用概述

環境科學

DOI：10.16660/.1674-098X.2018.06.153

2018 NO.06

Science and Technology Innovation Herald

科技創新導報

中國地區AERONET站點數據的使用概述

①

戴一楓 張廣何 韋旭

*

(同濟大學浙江學院 浙江嘉興 314051)

摘 要：

AERONET氣溶膠觀測數據對于衛星遙感氣溶膠數據的驗證和評估有著重要意義。本文梳理了中國地區AERONET站

點的分布情況，統計了中國境內具有level2.0的AOD數據的時空分布，介紹了中國主要AERONET站點AOD數據的可獲得性以及

加密觀測的情況。并回顧了近期中國地區AERONET主要站點數據的使用情況以及有代表性的研究結果。統計結果發現中國地

區已有研究使用的AERONET二級AOD數據主要集中在SACOL站、北京站、香河站、興隆站、太湖站等觀測時間序列超過3年的

AERONET站點。研究領域涉及中國氣溶膠光學特性研究鑒定、衛星反演及數值模式產品的驗證和評估、環境和輻射效應的研究

等多個方面。

關鍵詞：

氣溶膠光學厚度 AOD AERONET 氣溶膠觀測數據

中圖分類號：文獻標識碼文章編號

P466 ：A ：1674-098X(2018)02(c)-0153-04

Abstract：

AERONET aerosol obrving data is a steady stone for verification of satellite retrieved aerosol data.

The article prent the status of AERONET sites within China, introduces the availability of AOD level 2.0 data,

both sites and time ries. Moreover, the article also reviewed the main results of AERONET site AOD data which

mainly focud on SACOL，Beijing, Xianghe, Xinglong and Taihu etc. The rearches covered AOD characteristic

studies, satellite retrieved data verification, model validation etc.

Key Words：

Aerosol Optical Depth; AOD; AERONET; Obrved Data

近年來，人們越來越關心大氣污染、霧霾等議題。大氣感觀測網絡，主要設備為法國CIMEL公司生產的CE-318型

氣溶膠的研究隨之越來越多。對氣溶膠污染物在地面建立太陽光度計，儀器提供340，380，440，500，675，870，936，

觀測站、進行全天候連續觀測能夠直接得到反映污染物的1020，1640(nm)光譜通道。通過各國學術機構、學院、大

地面濃度以及時間變化的較為準確的信息。全球自動觀測氣、個體科學家等其他伙伴的參與，該網絡已有500多個站

網AERONET(Aeronet Robotic Network)是已有氣溶點，覆蓋全球主要區域。全球自動觀測網AERONET為全

膠觀測計劃中世界范圍內參與度最廣，已有數據時間序列最球和區域的氣溶膠光學特性研究鑒定、衛星反演及數值模

長的。中國也有多個機構參與其中建立觀測。這些觀測數據式產品的驗證和評估、環境和輻射效應的研究、與其他數據

對于中國氣溶膠光學特性研究鑒定、衛星反演及數值模式庫的協同，提供了長期的、易獲取的氣溶膠光學、微觀物理

產品的驗證和評估、環境和輻射效應的研究等多個方面的學以及輻射特性。AERONET數據的優勢體現在觀測精度

研究具有重要意義，已有研究往往就單個站點數據進行分比較高，AOD觀測誤差可在0.01～0.02的范圍內，所以地基

析，因此有必要就中國AERONET站點AOD數據的可獲得觀測到的數據可以作為一個真實值對衛星產品的精確度進

性、時間覆蓋、加密觀測等情況做系統性的整理，為后續相行校正。

關研究提供參考。AERONET的AOD數據獲取網址為：https://

aeronet.gsfc.nas。從網站上下載的AERONET的

AOD數據分為三個等級:第一級數據(Level1.0,unscreened)

是沒有經過云過濾和質量驗證的數據,第一點五級數據

（Level1.5,cloud-screened)是完成了云過濾但是沒

1 AERONET數據使用說明

全球自動觀測網AERONET(Aeronet Robotic

Network)是由NASA和CNRS共同建立的氣溶膠地基遙

①基金項目： 2016嘉興市科技計劃項目（公益類）“基于衛星遙感數據的氣溶膠污染與嘉興居民健康的關聯性研究”(項目編

號：2016AY23106)。

通訊作者：戴一楓(1986—)，女，漢族，浙江嘉興人，博士，講師，主要從事城市氣候數值模擬及遙感數據處理工作，

E-mail：mapledai@。

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表1 中國地區AERONET站點Level2 AOD數據時間覆蓋情況

序

號

1Beijing北京39.977°N，116.381°E92m3555d[9.74年]2001.3—2017.5

2Xianghe香河39.754°N，116.962°E36m3268d[8.95年]2001.3—2017.5

3SACOL蘭州大學35.946°N，104.137°E1966m1393d[3.816年]2006.4—2012.7

4QOMS_CAS珠穆朗瑪28.365°N，86.948°E4276m1336d[3.66年]2010.1—2015.6

5Hong_Kong_PolyU22.303°N，114.179°E30m1262d[3.458年]2005.1—2017.3

站點經緯度海拔總覆蓋d數時間范圍

香港理工大學

6Beijing-CAMS39.933°N，116.317°E106m1192d[3.27年]2012.8—2017.11

北京-氣象局

7Xinglong興隆40.396°N，117.578°E970m1160d[3.178年]2006.1—2014.11

8Taihu太湖31.421°N，120.215°E20m1133d[3.104年]2005.1—2016.8

9NAM_CO30.772°N，90.962°E4740m765d[2.096年]2006.1—2016.8

念青唐古拉山

10Dongsha_Island20.699°N，116.729°E5m594d[1.627年]1998.2—2016.4

東山島

11Hong_Kong_Sheung香22.483°N，114.116°E40.85m256d[0.701年]2012.1—2016.3

港-上水

12Yulin榆林38.283°N，109.716°E1080m230d[0.630年]2001.3—2002.10

1380m205d[0.562年]2007.3—2010.6Hong_Kong_Hok_Tsui22.209°N，114.258°E

香港-鶴咀山

14Beijing_RADI 40.005°N，116.379°E59m200d[0.548年]2010.1—2011.5

北京遙感所

15Muztagh_Ata38.408°N，75.038°E

慕士塔格峰

3647m114d[0.312年]2011.6—2011.12

22.7m102d[0.279年]2008.5—2008.1216Shouxian壽縣32.558°N，116.781°E

30m94d[0.258年]2008.4—2009.217Hangzhou_City30.289°N，120.157 °E

杭州市中心

18Hefei合肥31.90°N, 117.169°E36m79d[0.21年]2005.1—2008.11

19Lanzhou_City蘭州市36.047°N，103.852°E1516m66d[0.181年]2009.1—2010.3

20Liangning41.511°N，122.701°E15m65d[0.178年]2005.4—2005.7

21Zhangye張掖39.078°N，100.275°E1461m56d[0.153年]2018.4—2008.6

22Hangzhou-ZFU30.257°N，119.727°E14m52d[0.142年]2007.8—2007.11

杭州-浙林大

23Jingtai景泰37.333°N，104.100°E1604m44d[0.121年]2008.2—2008.5

24AOE_Baotou包頭40.851°N，109.628°E1270m30d[0.082年]2013.9—2013.12

25Dunhung-LZU40.492°N，94.955°E1061m28d[0.077年]2012.3—2012.5

26Dunhung敦煌40.038°N，94.794°E1300m28d[0.077年]2001.3—2001.5

27Kaiping開平22.315°N，112.538°E51m23d[0.063年]2008.10—2008.11

2862m20d[0.055年]2010.3—2010.4NUIST32.206°N，118.717°E

敦煌-蘭州大學

南京信息工程大學

注：統計截止至2018年4月，未統計中國臺灣地區站點。

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有質量驗證的數據和第二級數據（Level 2.0,cloud-富的加密觀測，如Beijing-CAMS站點采用V3.0算法，觀

screenedand quality-assured）是完成了云過濾和質量

驗證的數據。處理算法已從1.0、2.0版本更新至現在的3.0

版本。不同地區有不同等級的數據，可以根據自己的需求下

載所需要的數據。

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測了2012年1、7月，2013年2、8月，2014年3、9月，2015年4、

10月，2016年5、11月，2017年6月的Level2.0AOD等數據，

Beijing_RADI站點觀測了2010年1、3、5、11月和2011年

2、4、6、12月份的Level2.0AOD等數據。蘭州大學，中國科

學院寒區旱區環境與工程研究所在中國西部，高原地區設

置了多個站點，如SACOL蘭州大學、珠穆朗瑪、念青唐古拉

山、榆林、慕士塔格峰、蘭州市中心、張掖、景泰、包頭、敦煌

站等。SACOL蘭州大學站有較長時間的觀測，其他的如榆

林、景泰、敦煌等都有至少大于1個月的加密觀測數據。華東

地區具有超過三年數據的只有太湖站，另外浙江林業大學

在2007—2009年間在杭州有短期的加密觀測，數據顯現在

杭州市中心和杭州-浙林大兩個站點中。華南地區的觀測主

要有香港理工大學站，可用AOD二級產品d數為1262d，并

且在2007—2010年和2012—2016年，在香港鶴咀山和上水

兩處進行了加密觀測。

2 中國地區AERONET站點及數據概況

中國正逐步建立以CE318型太陽光度計為基礎的氣溶

膠自動監測網。目前，中國地區已有50多個AERONET站

點，分別分布在香港，包頭、斑布（圭亞那）、北京、長春、蘭

州、敦煌、張掖（甘肅）、景泰（甘肅）、黎塘（廣西）、玉林、

慕土塔格峰（新疆）、石家莊、青海湖、武漢、太湖、上海、南

京、杭州、千島湖、徐州、壽縣、臺灣等不同地區。從分布區域

來看，主要都集中在東部地區，北方地區、南方地區和西部

地區站點數量較少。

AERONET的數據格式分為All Points,Daily

Average,Monthly Average of Daily Averages和

Monthly Average of Weighted Daily Averages五

種。All Points代表著這些數據可以用于每個測量或檢

索時刻即數據全天覆蓋。Daily Average代表當有三點

或更多的點可用時，這些數據是從All Points中計算得到

的。Monthly Average of Daily Averages代表這些

數據是使用每天的每日平均值來計算月平均值。Monthly

Average of Weighted Daily Averages代表這些數據

是使用每天的加權日平均值來計算月平均值。中國站點主要

是All Points和Daily Average數據。

Level2.0第二級數據是完成了云過濾和質量驗證的數

據。由于Level2.0數據算法比較復雜，所以基本上只有比

較大規模的基站才會有2.0的數據，如北京站、蘭州站、太

湖站等。其他的站點大多是Level1.5的數據等級。我們將中

國地區可獲得的具有Level2.0AOD數據的AERONET站

點及其時間覆蓋情況進行了整理。如表1所示,中國大陸地

區有AOD二級產品的AERONET站點共28個，其中觀測數

據超過3年的站點共8個，分別為北京、香河、蘭州大學、珠

穆朗瑪、香港理工大學、北京-氣象局、興隆和太湖站。以上

八個站點的數據也是目前學者們在分析中國地區觀測氣溶

膠特征研究中使用最多的。北京及周邊觀測數據最為豐富，

中國科學院大氣物理研究所設置的北京站和香河站都有近

十年的數據。另外還在北京周邊設置了興隆、liangning等

站點加以對比。中國氣象局、中國科學院遙感與數字地球研

究所等單位也在北京設有站點，使得北京地區有相對更豐

3 中國地區AERONET站點AOD二級數據主要應用情

況及分析結果

由于中國地區AERONET站點空間分布和Level2.0

數據時間分布的局限性，已有研究主要是選取了個別站點

的AOD觀測數據來做區域性的氣溶膠分布特征的研究。王

宏斌等選取了香河、太湖和SACOL三個具有代表性的站

[1]

點的AERONET地基監測資料，對MODIS氣溶膠產品精

度進行驗算，經過線性擬合后發現，香河站觀測的AOD和

Terra、Aqua衛星的MODIS相關系數為0.96和0.97，吻合

較好。太湖站對應的MODIS的AOD反演值存在高估現象，

為了得到更真實的太湖地區的AOD觀測值，文中做了訂正。

張志薇等選取了香河、太湖和SACOL三個站點的監測數

[2]

據，研究氣溶膠微物理參數特征及地區差異。結果顯示，

香河、太湖和SACOL多年平均氣溶膠光學厚度(AOD)分別

為0.67±0.66、0.72±0.44和0.38±0.27，變化范圍較大。

沙塵是SACOL春季最主要的氣溶膠類型，香河春季受沙塵的

影響也較重，而太湖受沙塵影響的頻率較小。白鴻濤等利用

[3]

SACOL站觀測的AOD數據，對構建的氣溶膠模型進行了大

氣訂正，得出地表反射率反演出的沙塵氣溶膠光學厚度最

接近實際測量值。王宏斌等利用2001—2012年中國地區

[4]

太湖、合肥；蘭州、榆林；香港鶴咀山、香港理工大學、臺灣

大學、臺灣成功大學；北京、香河、興隆共12個AERONET

站點的AOD產品，覆蓋華東、華南、西部和華北，研究整個

中國地區氣溶膠類型特性及其時空變化規律。研究結果發

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MODIS氣溶膠產品的驗證[A].第31屆中國氣象學會年會現，氣溶膠類型受空間、季節、年際變化等特征影響較大，

[C].2014.沙塵氣溶膠主要出現在春季，強散射型細粒子氣溶膠主要

[2]張志薇,王宏斌,張鐳,等.中國3個AERONET站出現在夏季，強吸收型細粒子氣溶膠則主要出現在秋冬季

點氣溶膠微物理特性分析及比較[J].中國環境科節。

學,2014,34(8):1927-1937.齊玉磊等通過選取了2009—2012年，中國北方4個地

[3]白鴻濤,馮建東,陳勇航,等.基于AERONET SACOL站面AERONET站點（SACOL站、北京站、香河站、興隆站）

觀測資料的沙塵氣溶膠光學厚度衛星反演試驗研究[J].觀測的氣溶膠光學厚度AOD，與Terra衛星上MODIS的氣

光學學報,2010,30(10):2837-2844.溶膠產品進行對比,發現MODIS反演結果與AERONET

[4]王宏斌,張鐳,焦圣明,等.中國地區MODIS氣溶膠產品的觀測的相對誤差為30%。高中明等利用AERONET和

驗證及反演誤差分析[J].高原氣象,2016,35(3):810-SKYNET兩個國際氣溶膠網站榆中、北京、香河、榆林、敦

822.煌和蒙古國達蘭扎達嘎德6個站點的2.0等級氣溶膠數據

[5]齊玉磊,葛覲銘,黃建平.北方地區MODIS和MISR與產品，通過對氣溶膠光學特征的日變化規律和季節變化特

AERONET氣溶膠光學厚度的比較及其時空分布分析征的研究，發現中國北方地區和蒙古國的監測站都在春季

[J].科學通報,2013(17):1670-1679.出現最高值，這和沙塵天氣有關。北京和香河站由于人類

[6]高中明,閉建榮,黃建平.基于AERONET和SKYNET網活動影響，AOD在夏季較高。Fu等選取了北京、香河、興

觀測的中國北方地區氣溶膠光學特征分析[J].高原氣隆、太湖和合肥5個站點的AERONET觀測數據，結合相

象,2013(5):1293-1307.應的MODIS衛星反演數據和再分析數據作為初始場，在

[7]Fu,Y.F.,J.C.Zhu,ng,et al.Grid-cell SBDART模式中發展了一種新的格點式的氣溶膠直接輻射

aerosol direct shortwave radiative forcing 模型。同時，相應的AERONET觀測數據也被用來驗證和

calculated using the SBDART model with 評估該模型。

MODIS and AERONET observations:An 總體而言，中國地區已有研究使用的AERONET二級

application in winter and summer in eastern AOD數據主要集中在SACOL站、北京站、香河站、興隆站、

China[J].Adv. ,2017,34(8):952-964.太湖站等觀測時間序列較長的AERONET站點。研究領域

[5]

[6]

[7]

涉及中國氣溶膠光學特性研究鑒定、衛星反演及數值模式

產品的驗證和評估、環境和輻射效應的研究等多個方面。

4 結語

地基監測數據準確，因此近年來應用需求量非常大，但

儀器昂貴，受地形限制較大，中國國土廣闊，地基觀測不可

能大規模拓展。這時候就需要衛星遙感，它速度快，成本

低，便于長期監測，又能實時、快速跟蹤和監測突發性大氣

環境污染。但是衛星遙感數據的質量評估和訂正需要有一

定量的地面觀測作保證，對于中國人口大量集中的三大城

市群地區，京津冀區域特別是北京周邊，AOD觀測數據較

為豐富，長江三角洲和珠江三家洲地區AERONET站點較

少，AOD數據覆蓋時間也較有限，對于區域氣溶膠研究造

成了一定的限制，需進一步建設一些長期的、有代表性的氣

溶膠監測站。

參考文獻

[1]王宏斌,張鐳,焦圣明.基于AERONET觀測資料對

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