Wissenschaft

Einführung eines neuen Aerosolindex-Abrufalgorithmus

In einer Studie veröffentlicht in Fernerkundung, Die Forscher führten einen neuen Abrufalgorithmus für den Absorptionsaerosolindex (AAI) ein, der auf einem Instrument zur Überwachung von Spurengasen in der Umwelt (EMI) basiert. Der EMI-AAI-Algorithmus könnte große Aerosolereignisse effizient erkennen, um die räumliche Variabilität von UV-absorbierenden Aerosolen zu rekonstruieren.

Lernen: Erfolgreiche Ableitung des Absorbing Aerosol Index aus dem Environmental Trace Gases Monitoring Instrument (EMI). Bildnachweis: Alexander_Magnum/Shutterstock.com

Wirkung von Aerosolen auf die Umwelt der Erde

Aerosole sind kleine feste Partikel oder Flüssigkeitströpfchen, die in der Luft schweben. Sie können anthropogen und natürlich sein. Bekannte Beispiele sind Nebel, Staub und Vulkanasche.

Der Einfluss von Aerosolen auf das Erdklima ist kompliziert. Aerosole haben einen direkten Einfluss auf das Strahlungsgleichgewicht der Erde, indem sie einfallendes Sonnen- und Infrarotlicht streuen und absorbieren. Sie verändern jedoch indirekt die optischen Eigenschaften und die Langlebigkeit von Wolken.

Die Fernerkundung aus dem Weltraum hat umfangreiche Langzeitaufzeichnungen von Aerosoldaten für die Erforschung der klimatischen und gesundheitlichen Auswirkungen von Aerosolen geliefert.

Absorptions-Aerosol-Index

Der Absorbent Aerosol Index (AAI) wird häufig verwendet, um kritische Daten über die Bewegung von troposphärischen Aerosolen aus anthropogenen Quellen wie industrieller Verschmutzung und Verbrennung von Biomasse und natürlichen Quellen wie Vulkanasche und Wüstenstaub zu liefern.

All diese Aerosole können globale und regionale Luftverschmutzung verursachen. Mehrere Satellitenmissionen haben unser Verständnis der Aerosolabsorption erweitert, indem sie Rückstreustrahlungsbeobachtungen lieferten, die zur Berechnung des absorbierenden Aerosolindex verwendet wurden.

AAI ist ein wertvoller Parameter, der von Strahlungen im Weltraum abgeleitet wird. Da es auf keiner Art von Oberfläche empfindlich ist, kann es von Land und Wasser aufgenommen werden. AAI ist jedoch sehr empfindlich gegenüber UV-absorbierenden Aerosolen wie Mineralstaub, Rauch und Vulkanasche.

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Die meisten optischen Eigenschaften von Aerosolen werden derzeit aus dem Weltraum mit Methoden extrahiert, die zuerst ein Wolkenscreening durchführen. Daher ist der AAI-Abruf nützlich, da er in bewölkten Umgebungen verwendet werden kann.

Instrument zur Umweltspurengasüberwachung (EMI).

Das Instrument zur Überwachung von Spurengasen in der Umwelt ist ein satellitengestütztes Hyperspektralspektrometer GaoFen5, das Spurengase zurückgewinnen kann. Das EMI stellt auch unabhängige AAI-Daten mit globaler Abdeckung zur Verfügung, die bestätigen, dass AAI für die Überwachung und Erkennung der Aerosolabsorption geeignet ist.

Abrufen des Absorbent Aerosol Index vom Environmental Trace Gases Monitoring Instrument (EMI)

Das Ziel dieser Studie ist die Bewertung der EMI-AAI unter Verwendung von TROPOspheric Monitoring Instrument (TROPOMI) Level 2-Datensätzen, die aus AAI und optischer Aerosoltiefe (AOD) bestehen.

Die Forscher verglichen den AAI von TROPOMI mit dem monatlichen Mittelwert des EMI-AAI für Staub- und Rauchpartikel im August und Oktober 2019. Die räumliche Verteilung von Aerosol-EMI-Satellitendaten wurde mit AOD des Aerosol-Roboternetzwerks und TROPOMI validiert, und die Wirksamkeit von EMI wurde durch Untersuchungen verifiziert Buschbrände in Australien im November 2019.

Dieses lernen verwendeten die AAI-Technik unter bewölkten Bedingungen. Der AAI wurde unter Verwendung von EMI-Strahlungsmessungen und -geometrien unter Verwendung des SCIATRAN-Strahlungsübertragungsmodells berechnet.

Da EMI-Bestrahlungskalibrierungsfehler einige anfängliche AAI-Werte beeinflussten, wurde der Algorithmus hinsichtlich der Variabilität über die Spuren hinweg korrigiert. Außerdem wurden die Korrekturfaktoren anhand von Hintergrundwerten abgeleitet, um radiometrische Ungenauigkeiten zu reduzieren.

Wichtige Erkenntnisse aus der Studie

Die AAI-Wiedergewinnungstechnik des vorgeschlagenen EMI-Instruments kann signifikante Adsorptionsaerosolereignisse verfolgen. Die Technik basiert auf Reflexion, bestimmt durch Beobachtungen von Erdstrahlung und Sonnenstrahlung bei 380 und 340 nm (UV2-Band).

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Die EMI-AAI-Ergebnisse wurden zunächst anhand von TROPOMI-AAI-Daten verifiziert. Beim Vergleich des Monatsmittelwerts EMI mit dem TROPOMI-AAI wurden gleiche Verteilungen von absorbierenden Aerosolen gefunden. Der Unterschied der mittleren AAI-Werte zwischen EMI und TROPOMI betrug weniger als 24 %.

Die Studie ergab, dass der monatliche Durchschnitts-AAI in den primär kontaminierten Standorten einem einzigartigen saisonalen Zyklus folgte, mit niedrigeren Werten im Herbst und höheren Werten in der Sommersaison.

Die Forscher untersuchten die EMI- und TROPOMI-AAI-Produkte anhand einer einzigen Messung, die über der Sahara durchgeführt wurde, um die Genauigkeit der EMI-AAI-Abfragen weiter zu verifizieren. Die von EMI und TROPOMI AOD erhaltene geografische Verteilung AAI erschien einheitlich.

Dieses lernen untersuchte auch ein extremes Lauffeuer, das vom 8. bis 16. November 2019 erhebliche Mengen Ruß aus Australien in den Pazifik transportierte. Rauchfahnenvergleiche zeigten, dass EMI und TROPOMI die gleichen geografischen Schwankungen und Verteilungen aufwiesen.

AAI in Wolken wurde unter Verwendung einfacher Annahmen für wolkenoptische Parameter abgerufen. Darüber hinaus enthielten die zusätzlichen Informationen von EMI AAI keine Ozonabsorptionswirkungen auf AAI. Trotz dieser Einschränkungen bewies die Studie, dass EMI eine vielversprechende Technik zur Charakterisierung von Aerosolen ist.

Bezug

Tang, F., Wang, W., Si, F., Zhou, H., Luo, Y., & Qian, Y. (2022). Erfolgreiche Ableitung des Absorbing Aerosol Index aus dem Environmental Trace Gases Monitoring Instrument (EMI). Fernerkundung. https://www.mdpi.com/2072-4292/14/16/4105/htm

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Lili Falk

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