近日，中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）未來技術(shù)學(xué)院博士研究生郎芹在遙感領(lǐng)域頂級期刊《Remote Sensing of Environment》上發(fā)表了最新研究成果。該研究揭示了在估算地表太陽輻射時，忽略“氣溶膠與云共存”這一大氣現(xiàn)象所帶來的顯著誤差。郎芹為論文第一作者，王倫澈教授為通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金（No. 42375129、42101385、42371031）的資助。
準確估算到達地表的太陽輻射，對于氣候調(diào)節(jié)、作物生長、太陽能發(fā)電評估等都至關(guān)重要。被動衛(wèi)星遙感產(chǎn)品是估算地表太陽總輻射（TSR）及其分量——直射輻射（DIR）和散射輻射（DIF）的主要數(shù)據(jù)源。氣溶膠和云是導(dǎo)致太陽輻射衰減的關(guān)鍵因素，然而現(xiàn)有基于被動衛(wèi)星的輻射估算方法通常僅在晴空條件下考慮氣溶膠效應(yīng)，普遍忽略了氣溶膠與云共存的情形（圖1）。氣溶膠-云共存現(xiàn)象在真實大氣中發(fā)生的頻率如何？其時空分布有何特征？忽略這一現(xiàn)象會對地表太陽輻射估算產(chǎn)生多大影響？這些問題尚未得到充分解答。
圖1. 氣溶膠-云共存條件下太陽輻射傳輸及主被動衛(wèi)星觀測示意圖
該研究首先利用大氣輻射傳輸模型，模擬了在不同條件下忽略氣溶膠-云共存可能產(chǎn)生的太陽輻射估算偏差。進而，基于能同步探測氣溶膠與云的CALIPSO主動衛(wèi)星數(shù)據(jù)，在全球尺度上厘清了該共存現(xiàn)象的時空分布特征。在此基礎(chǔ)上，以CALIPSO的精準觀測為基準，與兩類主流被動衛(wèi)星（AQUA和Himawari-8）數(shù)據(jù)進行比對，量化了因忽略共存而引入的估算誤差。最后，評估了兩種考慮共存信息的改進策略，檢驗了其對提升估算精度的效果。
全球CALIPSO觀測數(shù)據(jù)顯示，氣溶膠與云共存現(xiàn)象出現(xiàn)的比例約為15%，其中以非洲中部出現(xiàn)頻率最高（圖2）。88%的共存樣本集中在氣溶膠光學(xué)厚度（AOD）低于0.5、云光學(xué)厚度（COT）小于15的范圍內(nèi)（圖3）。結(jié)合地面站點觀測數(shù)據(jù)的精度評估結(jié)果證實，忽略氣溶膠-云共存現(xiàn)象會使DIR與DIF的估算誤差增大19%至31%。研究還測試了兩種考慮共存信息的改進策略，為提升地表太陽輻射估算精度提供了可行路徑。
圖2. 基于2016-2017年CALIPSO數(shù)據(jù)識別的氣溶膠-云共存樣本的空間密度圖：（a-l）月平均分布，（m）年平均分布
圖3. （a）氣溶膠-云共存樣本在不同CALIPSO AOD-COT區(qū)間的比例；（b）與（c）分別為2016-2017年共存樣本的平均AOD和COT空間分布圖
該項研究揭示了當前衛(wèi)星太陽輻射產(chǎn)品中一個長期被忽視的誤差來源，并為進一步提升產(chǎn)品精度提供了重要參考。未來，在氣溶膠-云共存現(xiàn)象頻發(fā)區(qū)域使用相關(guān)輻射數(shù)據(jù)時，需注意其中存在的偏差，并可參考該研究提出的改進策略提升精度。這將為氣候變化模擬、太陽能資源評估、農(nóng)業(yè)光能利用及生態(tài)環(huán)境監(jiān)測等依賴高精度太陽輻射數(shù)據(jù)的領(lǐng)域，提供更可靠的科學(xué)支撐。
論文全文見：
Qin Lang, Ming Zhang, Qiuhua He, Shikuan Jin, Wenmin Qin, Lingxia Luo, Lunche Wang. Significant uncertainties from overlooking aerosol-cloud coexistence in surface solar radiation estimates using passive satellite observations. Remote Sensing of Environment, 2026, 333: 115168, https://doi.org/10.1016/j.rse.2025.115168.
