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德里-NCR夏季气溶胶光学深度和太阳辐照度的空间变化

Purnima Bhardwaj1＊阿洛克·库马尔·潘迪(Alok Kumar Pandey)说1，2, Krishan库马尔1还有v·k·杰恩1

1印度尼赫鲁大学环境科学学院，新德里，110067

2印度哈里亚纳邦中央大学环境科学系。

DOI:http://dx.doi.org/10.12944/CWE.12.2.22

目前的研究显示了2015年夏季德里和国家首都地区(NCR)城市和农村地区气溶胶光学深度(AOD)和太阳辐照度的空间变化及其关联。来自美国宇航局Terra卫星MODIS传感器的夏季AOD数据已被用于研究德里及其周边农村地区气溶胶的空间分布。使用Fieldspec光谱辐射计，在德里和NCR的城市和农村地区收集了直接和全球太阳辐照度的地面数据。采用HYSPLIT模型进行气团轨迹分析。与NCR农村地区相对较低的AOD相比，德里地区的AOD值较高。NCR站点在夏季观测到比德里更高的平均太阳辐照度。这可能是因为与郊区相比，德里的气溶胶浓度更高。此外，该地区在夏季受到严重的沙尘暴事件的影响，进一步增加了大气中的气溶胶负荷。HYSPLIT结果显示了塔尔沙漠西部气团对德里- ncr的影响。风吹和人为气溶胶在散射和吸收入射太阳辐射方面起着主要作用，因此，在控制该地区的微气候学方面也起着重要作用。


大气气溶胶;太阳辐照度;MODIS

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李文杰，王志强，王志强，等。夏季德里-NCR地区气溶胶光学深度和太阳辐照度的空间变化。Curr World Environ 2017;12(2)。DOI:http://dx.doi.org/10.12944/CWE.12.2.22

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李文杰，王志强，王志强，等。夏季德里-NCR地区气溶胶光学深度和太阳辐照度的空间变化。Curr World Environ 2017;12(2)。可以从://www.a-i-l-s-a.com/?P=17313.

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收到: 2017-06-19
公认： 2017-07-10

介绍

气溶胶和空气污染在城市气候学中起着至关重要的作用。城市化、工业发展、生物燃料燃烧和化石燃料燃烧等人类活动日益增多的过程，导致空气污染加剧，也干扰了城市的小气候。1，2，3气溶胶负荷的增加造成了与空气质量问题相关的健康问题，而且由于能见度降低，也影响了航空安全4．由于散射和吸收，气溶胶和其他污染物显着降低了进入的太阳辐射。太阳辐射数据不仅适用于科学和工业应用来开发高效的太阳能系统，还必须用于各种各样的其他应用，如医疗，农业，建筑物，大气化学和物理学。5,6伊克巴尔说7太阳辐射的特点是三个主要成分：直接梁，漫射辐射和全球辐射，并受到各种因素的管辖，如太阳能天性角度，季节，气溶胶及其性质，臭氧水平，区域的海拔，表面反照科，等等。Delhi-NCR位于印度北部的印度印度邦（IGP）地区的西部。由于德里-NCR是一种迅速的城市化区域，它更容易变化其气候学。除了上述申请之外，太阳辐照度在治疗区域的气候学中发挥着重要作用，因此，尽可能广泛地调查，因此非常重要。该地区对其空气质量和气候学的变化相比，与城市热群（UHIS）的周围的农村地区相比，城市的温度增加。8、9此外，特别是在夏季的高温增加了对流和抑制灰尘。与强大的表面风相结合，该地区受夏季严重的尘暴事件的影响。10、11在过去的十年中，人们进行了各种各样的研究，以研究气溶胶对光的吸收及其对德里和德里以外辐射强迫的影响，例如基于AOD测量的研究12、13；沙尘气溶胶引起的SSA、AOD和埃系数。14但是很少有关于德里- ncr入射太阳辐射的全球、直接和漫射的研究。拉莎和Badrinath朝拜15研究了海得拉巴上空空气污染引起的太阳辐照度(全球和扩散)变化。Ali等人研究了季节AOD变异性。16用卫星对沙特阿拉伯进行了十多年的观测。然而，关于该区域太阳辐照度各组分与AOD之间关系的研究并不多。本文试图研究夏季德里- ncr地区的太阳辐照度和气溶胶光学深度(AOD)。

采样地点

2015年5月至6月在德里-NCR的两个地点进行了夏季取样，即德里(28.68°N, 77.29°E)的城市地点和哈里亚纳邦(28.77°N, 76.76°E)的桑普拉，NCR位于德里西北约66公里处，代表农村地点。采样地点如图1所示。德里是印度的首都，是人口密集且不断增长的特大城市之一，人口超过1600万17．Shahdara是德里高度城市化的地区之一，包括住宅和工业设施。另一方面，桑普拉遗址主要被农田包围。在离取样地点约10公里的地方建立了一些工厂和一两个砖窑。德里- ncr位于半干旱气候区，夏季漫长，白天温度高达45°C18．这个地区的年平均降雨量约为670毫米。

图1德里- ncr的采样点。


图1:德里- ncr的取样地点。
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材料和方法

在无云条件下，使用宽带手持FieldSpec光谱辐射计(ASD Inc.)测量入射太阳辐照度的全局和直接分量。本仪器在可见光和近红外波段采集波长范围为300nm-1100nm的光谱。由于没有自动太阳跟踪装置，这台仪器受到了限制。因此，观测者的人工操作确保了测量的正确性，并确定了没有云团的情况。在这两个地点，仪器被放置在建筑的屋顶，以确保仪器有清晰的180度视野(FOV)。在2015年5月至6月的几个月里，连续测量了全球和直接辐照度，时间间隔为15分钟，从上午11点到下午4点。避免了早晚时间采样，因为太阳位置在早晚变化更快，因此不可能使用手持FieldSpec Spectro辐射计收集准确的太阳辐照度。为了测量总辐照度，在光谱辐射计上附加了一个远端余弦受体(RCR)。对于直接辐照度测量，2π视场测量的整体辐照度被一个狭窄的管道限制，在内部涂有黑碳表面配有2度视场圆盘。然后把这个狭窄的管子指向太阳圆盘，利用阴影技术直接测量辐照度。 View Spec pro software was used for further analysis of the collected data.

MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectro-radiometer) is a sensor mounted on the Terra and Aqua Satellites of NASA’s EOS (Earth Observing System) Mission having 36 spectral channels in the range 0.405 and 14.385 μm, which provide information about the Earth Atmosphere, Ocean and Land Condition. Terra and Aqua are sun-synchronous, near polar satellites having different equator crossing times i.e. 10.30am/pm and 1.30pm/am respectively covering the whole earth’s surface every 1-2 days (http://modis.gsfc.nasa.gov/data). MODIS datasets (MOD04_L2 data from Terra platform) were used to retrieve AOD values over this region for the period of May-June 2015. NCEP re-analysis data have been downloaded from the NOAA website (ftp://ftp.arl.noaa.gov/pub/archives/reanalysis) for Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory (HYSPLIT) model configuration. HYSPLIT model control file has been configured to run model at different heights for the three days backward trajectory analysis.

结果与讨论

图2和3分别在2015年夏季显示了德里-NCR的平均全球辐照度和平均直接辐照度的变化。发现平均全球太阳能辐照度在SAMPLA（最大= 1.15WM）－2纳米－1在537nm）比沙发达拉（最大= 1.04wm－2纳米－1在537海里)。两个采样点的总辐照度在太阳光谱的可见光区(VR)和近红外区(NIR)有显著变化。Latha和Badrinath报告了海得拉巴上空类似的全球辐照度变化。15但在较短和较长的波长处，两个采样点的总太阳辐照度变化不大。平均直接辐照度发现在桑普拉斯更高(最大值=0.37Wm－2纳米－1在612nm处)比Shahdara(最大值=0.34Wm－2纳米－1在2015年夏季562纳米。发现直接辐照规定在太阳光谱的VR和NIR中大约487nm之间变化;然而，在两个采样位点的可见区域开始时可以看到直接辐照度的不多变化。

图2所示。2015年夏天Shahdara(德里)和Sampla(哈里亚纳)的全球辐照度。


图2:2015年夏天Shahdara(德里)和Sampla(哈里亚纳邦)的全球辐照度。
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图3。2015年夏天直射光在Shahdara(德里)和Sampla(哈里亚纳邦)。


图3:2015年夏天Shahdara(德里)和Sampla(哈里亚纳邦)的直射照度。
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大气的模糊度对太阳的衰减也起着很大的作用。19整个夏季，德里- ncr上空弥漫着雾霾天气，这是由于大量的人为排放，例如来自燃煤火力发电厂的车辆排放，这也是硫酸盐、硝酸盐和碳质气溶胶的来源，以及来自大规模建筑活动的灰尘。13、19、20、21、22德里- ncr的AOD空间图(图4)显示，夏季，德里的AOD值(0.72-0.99)相对高于德里以外的农村地区(0.32-0.63)。Pandithurai et al。14报告指出，0.5 mm的AOD从0.55(3月)增加到1.2(6月)，这是由于季风前新德里上空的沙尘气溶胶造成的，埃指数从1.28(3月)减少到0.47(6月)，表明来自塔尔地区附近的沙尘暴导致粗颗粒数量增加。Pandey et al。8报告显示，与以农业用地为主的周边农村地区相比，德里高度建筑密集区的AOD值更高。高AOD的另一个重要参数可能是城市地区黑碳排放的存在。23

视图。2015年夏天德里- ncr上空500nm的AOD。


图4:2015年夏季德里- ncr 500nm的AOD。
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微型计算机体积很小。NOAA HYSPLIT模式在德里- ncr上空的三天反轨迹。


图5:来自NOAA HYSPLIT模式在德里- ncr上空的三天后向轨迹。
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农村地区主要由广阔的农田组成，不像城市地区，在干燥的夏季成为大气中重新悬浮的灰尘的来源。此外，前季风季节(3 - 6月)频繁的沙尘暴事件，当地称为“Aandhi”，14也增加了大气中粗模粒子的数量，从而极大地影响了该区域的太阳光谱辐照度。矿物粉尘与人为污染物的混合也对该地区的日晒有显著影响。24太阳光谱辐照度测量和AOD测量结果是一致的。从结果中可以明显看出，与Sampla(低AOD)的高太阳辐照度相比，Shahdara(高AOD)的太阳光谱辐照度观测值更低。火力发电厂和车辆的排放是新德里上空气溶胶和其他空气污染物的主要来源。除了当地的排放，来自塔尔沙漠的夏季风沙也对德里上空的气溶胶负荷产生了影响。25

从采样点绘制HYSPLIT模型3天的反向轨迹(图5)，以了解研究期间的气团轨迹。在所有HYSPLIT模型的结果中，20TH.以2015年5月为代表气团轨迹，表明研究区气团受到西北气团的影响，成为附近塔尔沙漠等西北地区的沙尘等污染物的来源。

太阳光谱辐照度测量是在德里- ncr的两个不同地点进行的。2015年夏季，桑普拉(农村，NCR站点)的平均全球和直接太阳辐照度高于Shahdara(城市，德里站点)。城市高水平的空气污染、频繁的沙尘暴和农村空地上的再悬浮沙尘的存在可能是影响太阳辐照度的主要因素。与NCR相比，在德里观测到的AOD值更多，NCR与测量的太阳辐照度一致。HYSPLIT模式的结果显示了西北方向对研究区气团的影响。

确认

作者感恩很感谢NASA GES光盘，该光盘开发和维护中频分辨率的成像光谱仪（MODIS）科学和数据支持团队，以使数据提供可用。Purnima Bhardwaj承认印度政府的大学拨款委员会（UGC），迈尔德政府进行财政支持。

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