大气沙尘气溶胶的时空变化具有复杂性, 受沙尘源地、 气象条件和人类活动等多种因素影响。沙尘气溶胶的实际观测资料时空连续性受到站点选址的影响, 其观测覆盖范围和代表性有限, 对数值模式评估沙尘气溶胶环境和气候效应造成较大不确定性(
夏祥鳌和王明星, 2004;
Li et al, 2021;
Zhao et al, 2021)。因而, 要合理评估气溶胶的环境和气候效应, 需要获得沙尘气溶胶长时间序列、 高分辨率的观测资料。沙尘气溶胶源地分布集中在全球沙漠、 戈壁地区, 通过地面激光雷达和飞机观测可以获取沙尘垂直分布廓线(
Dickerson et al, 2007;
马学谦等, 2021), 但资料难以满足全球和区域尺度精细化研究的需要。20世纪70年代以来, 基于地球卫星遥感平台的全球和区域气溶胶探测技术迅速发展。(1)被动式遥感卫星, 例如中分辨率成像光谱仪(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer, MODIS)、 多角度成像光谱仪(Multi-angle Imaging SpectroRadiometer, MISR)和臭氧总量探测仪(Total Ozone Mapping Spectrometer, TOMS), 能够获取沙尘气溶胶分布和输送的遥感影像, 但是无法提供沙尘气溶胶垂直方向的信息。由于沙尘气溶胶的垂直分布直接影响了大气的垂直加热, 进而影响和改变了大气热力结构; 此外通过不同云微物理过程中的间接效应, 在气溶胶-云相互作用中扮演重要角色, 沙尘垂直分布的研究变得十分有必要。(2)较晚出现的主动式遥感极轨卫星, 可以提供气溶胶垂直高度信息, 但是时空分辨率不足。2006年4月28日美国发射并至今在轨运行的极轨卫星CALIPSO (Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation), 其搭载的激光雷达 CALIOP(Cloud-Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization), 能够提供全球范围内多年连续的气溶胶垂直廓线信息(
Winker et al, 2006)。陈怡璇等(2021)利用CALIOP 和OMI资料对比分析了矿物沙尘与盐尘气溶胶的光学特性, 结果表明: 咸海地区盐尘的不规则程度小于塔里木盆地源区沙尘, 其粒径远小于沙尘。
徐成鹏等(2014)利用2006年6月至2012年5月的CALIOP资料分析了我国典型地区沙尘气溶胶的垂直分布和季节变化, 在38°N -44°N之间存在明显的沙尘输送带, 受季节性风场变化和源区对流活动的影响。
Xu et al(2020)通过估算青藏高原地区春季沙尘质量通量表明, 经由柴达木盆地的沙尘对青藏高原地区春季沙尘质量通量的贡献占主导地位。
田甜和马建中(2021)利用模式模拟分析研究2010 -2012年青藏高原上空气溶胶光学厚度及其直接辐射强迫的时空分布规律, 结果表明: 沙尘气溶胶在高原北部边缘大气顶产生正辐射强迫, 气溶胶直接辐射强迫高值区出现在沙尘含量高的地区。
Yang et al(2021)研究了2007 -2019年青藏高原及其邻近区域上空对流层内的气溶胶分布特征, 青藏高原内部区域的多年平均气溶胶光学厚度为0.098, 青藏高原地区气溶胶光学厚度在春季和夏季较高。(3)静止卫星以高时空分辨率的优势, 为气溶胶直接和间接气候效应评估提供了良好的资料, 在沙尘监测和沙尘天气预报中有着广泛的应用。
胡秀清等(2003,
2007)、 罗敬宁等(2017)、
吴硕秋和马晓燕(2020)、 蒋盈沙等(2021)、
姜红等(2021)、
段伯隆等(2021)分别利用风云系列静止气象卫星开展沙尘监测和研究工作。由于青藏高原处于西风带和亚洲季风带叠加影响区域, 气溶胶来源和影响复杂, 前人研究在沙尘过程和单站观测方面开展了大量工作, 缺乏对于青藏高原沙尘活动长期监测和定量分析。
Zhao et al(2021)指出由于模式分辨率不足, 未能解析青藏高原本地沙尘释放过程, 影响了地表沙尘浓度模拟效果。以往研究工作针对AOD、 AE等变量的时空分布表征沙尘活动的时空变化, 缺乏对沙尘活动强度及范围的定量评估; 近年来对青藏高原内部沙尘释放、 传输和沉降的观测实验在局地揭示了沙尘来源和影响机制, 如狮泉河(
Zhang et al, 2021) 、 雅鲁藏布江河谷地区(
马鹏飞等, 2021), 但迄今沙尘气溶胶对青藏高原的影响未被充分揭示, 制约了相关研究的深入开展。