亞洲大氣污染物之整合監測與其對環境及氣候之衝擊研究-國際參與(II)-整合衛星與地面觀測氣膠參數在空氣品質預報三維初始場之建構與應用(總計畫及子計畫六)

全球氣膠地面觀測網絡AERONET(Aerosol Robotic Network)除提供大氣各類氣膠參數之檢驗外，也證實長期觀測之氣膠光學參數可應用於氣膠種類之辨識，如粒徑大小及單次散射反照率(SSA)之頻譜變化特性等訊息，惟對氣膠種類混合的情況，單一種類的參數閾值仍無法滿足辨識上之需求。本計畫前期利用正規化氣膠指數(Normalized Derivative Aerosol Index，NDAI)，整合理論模擬和實際觀測資料，檢驗頻譜光學厚度之一階與二階導數與各類氣膠光學粒徑大小和複數折射指數之相關，分別建構沙塵，生質燃燒(黑炭)及人為污染物(硫酸鹽與硝酸鹽)之光學本質參數，除單一種類氣膠之辨識，亦可量化率定混合氣膠之主要成份。另外，大範圍地表細懸浮微粒(PM2.5)估算所需之氣膠垂直分布，也是現階段全球極待突破之限制。前期研究基於2005-2014年間環保署中大站(EPA-NCU)地面光達實測氣膠垂直分布資料，開發對數常態分布函數(lognormal distribution function)擬合氣膠消光係數廓線的模式，應用於衛星資料反演大範圍的二維資料獲取三維的氣膠資訊。並整合正規化頻譜光學厚度之一階與二階導數在氣膠光學粒徑大小和複數折射指數之特性，分別建構沙塵，生質燃燒(黑炭)及人為污染物(硫酸鹽與硝酸鹽)之光學本質參數，於氣膠種類之辨識與混合比例之率定，便可得到更準確的地面PM2.5濃度分布。惟目前應用於MODIS衛星資料，僅能提供一天兩筆觀測資料。因此，本計畫在111年度將嘗試將該研究方法應用於亞洲新一代的地球同步衛星，向日葵8號衛星(Himawari-8, H-8)，其能提供每十分鐘一筆的觀測資料，將前期研究之方法應用於向日葵八號觀測資料，以達到近即時監測的效果。在112年度，我們規劃將衛星反演與地面觀測的PM2.5資料應用於WRF-Chem，期待能改善模式初始場。