TOMS 与 OMI 合并臭氧数据 v4：全球臭氧监测的长期记录
引言
臭氧层是地球生命的“保护伞”，它吸收来自太阳的有害紫外线辐射。自20世纪80年代南极臭氧洞被发现以来，全球臭氧监测一直是大气科学和环境政策的核心议题。TOMS（全臭氧测绘光谱仪，Total Ozone Mapping Spectrometer）数据代表了过去近半个世纪里，用于监测全球和区域总臭氧趋势的主要长期、连续卫星观测记录。
本文介绍的TOMS and OMI Merged Ozone Data v4（简称 TOMS/MERGED_V4），是由 NASA 戈达德航天飞行中心大气实验室生成的一套高质量合并臭氧数据集。它整合了多颗卫星的观测数据，为研究臭氧层的长期变化、损耗与恢复提供了坚实的数据基础。
数据集概述
| 属性 | 说明 |
|---|---|
| 数据集ID | TOMS/MERGED_V4 |
| 时间范围 | 1978-11-01 至 2026-07-06（持续更新） |
| 空间分辨率 | 约 111 公里（1.0° × 1.25° 网格） |
| 时间分辨率 | 1 天 |
| 数据生产者 | NASA / GES DISC（戈达德地球科学数据与信息服务中心） |
| 标签 | 全臭氧测绘光谱仪（TOMS） |
数据来源与合并策略
该数据集是多个卫星臭氧观测产品的合并成果，具体包括：
- TOMS/EarthProbe
- TOMS/Nimbus-7
- TOMS/Meteor-3
- OMI/Aura（臭氧监测仪，搭载于 Aura 卫星，2004 年 7 月至今）
此外，对于没有观测数据的日期，数据集中还插入了USGS 插值数据，以确保时间序列的连续性。
值得特别注意的是，OMI/Aura 的数据具有更高的分辨率（1.0° × 1.0°），而 TOMS 系列数据为 1.0° × 1.25° 网格。该数据集统一将这些数据重采样至约 111 公里的像素大小。
版本更新：如需了解 v3 与 v4 之间的具体变更，可参阅 NASA 提供的变更说明文档。
波段信息
该数据集包含一个核心波段：
| 波段名称 | 单位 | 最小值 | 最大值 | 像素大小 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| ozone | Dobson（多布森单位） | 73* | 983* | 111,000 米 | 总柱臭氧含量 |
*注：最小值和最大值为估计值，实际数值可能因时间和区域而异。
Dobson Unit（DU）是衡量大气中臭氧总量的标准单位。1 DU 相当于在标准温度和压力下，0.01 毫米厚的纯臭氧层。通常，全球平均臭氧总量约为 300 DU。
Earth Engine 代码示例
JavaScript（Code Editor）
// 加载 TOMS 与 OMI 合并臭氧数据 v4vardataset=ee.ImageCollection('TOMS/MERGED_V4');// 按时间过滤（例如：2018年8月1日至10日）varfiltered=dataset.filterDate('2018-08-01','2018-08-10');// 选择臭氧波段varcolumnOzone=filtered.select('ozone');// 可视化参数varvisParams={min:100,max:500,palette:['1621a2','cyan','green','yellow','orange','red']};// 添加到地图Map.setCenter(6.75,46.53,2);// 定位至瑞士附近Map.addLayer(columnOzone,visParams,'Column Ozone');计算区域平均臭氧（JavaScript）
// 定义一个感兴趣区域（例如：南极洲上空）varroi=ee.Geometry.Rectangle([-180,-90,180,-60]);// 加载并过滤数据集varozone=ee.ImageCollection('TOMS/MERGED_V4').filterDate('2024-01-01','2024-12-31').select('ozone');// 计算年度平均臭氧总量varannualMean=ozone.mean();// 提取区域平均值varmeanOzone=annualMean.reduceRegion({reducer:ee.Reducer.mean(),geometry:roi,scale:111000,maxPixels:1e9});print('Annual mean ozone over Antarctica (DU):',meanOzone.get('ozone'));提取时间序列（JavaScript）
提取特定位置多年臭氧变化趋势：
// 定义感兴趣点（例如：南极洲上空）varpoint=ee.Geometry.Point([0,-80]);// 加载数据集vardataset=ee.ImageCollection('TOMS/MERGED_V4');// 提取臭氧时间序列（每月一个值）varts=dataset.map(function(image){varozoneVal=image.reduceRegion({reducer:ee.Reducer.mean(),geometry:point,scale:111000,maxPixels:1e9});returnee.Feature(null,{'date':image.date().format('YYYY-MM-dd'),'ozone':ee.Number(ozoneVal.get('ozone'))});});print('Ozone Time Series:',ts);Python（geemap / ee）
importeeimportgeemap# 初始化 Earth Engineee.Initialize()# 加载数据集dataset=ee.ImageCollection('TOMS/MERGED_V4')# 按时间过滤filtered=dataset.filterDate('2018-08-01','2018-08-10')columnOzone=filtered.select('ozone')# 创建交互式地图Map=geemap.Map()Map.setCenter(6.75,46.53,2)# 可视化参数vis_params={'min':100,'max':500,'palette':['1621a2','cyan','green','yellow','orange','red']}Map.addLayer(columnOzone,vis_params,'Column Ozone')Map.addLayerControl()Map使用条款与引用
数据使用政策：GES DISC 的数据分发由 NASA 科学任务理事会（SMD）资助。根据 NASA 地球科学数据和信息政策，GES DISC 存档数据可供用户群体免费使用。详细信息请参阅 GES DISC 数据政策页面。
建议引用格式：
, 2012, 最后更新于 2013 年：《》。NASA/GSFC, Greenbelt, MD, USA, NASA 戈达德地球科学数据与信息服务中心 (GES DISC)。访问于 ，地址 （根据 Parsons 等人 (2010) 的建议 [doi:10.1029/2010EO340001]）。
注意事项
空间分辨率：该数据集的空间分辨率约为 111 公里（1.0° × 1.25° 网格），适用于全球和区域尺度的臭氧趋势分析，不适用于局地尺度的精细化研究。
数据连续性：数据集通过合并多颗卫星观测数据并插补空白日期，实现了从 1978 年至今的长期连续记录，是研究臭氧层长期变化的重要工具。
版本差异：v4 版本相对于 v3 有若干更新，具体变更请参阅 NASA 提供的官方文档。
OMI 数据优势：自 2004 年 7 月起，OMI/Aura 的数据被纳入合并产品，其分辨率（1.0° × 1.0°）略高于早期 TOMS 数据（1.0° × 1.25°）。
总结
TOMS 与 OMI 合并臭氧数据 v4 是全球臭氧监测领域最权威的长期数据集之一。它整合了来自多颗卫星的观测记录，覆盖从 1978 年至今的近 50 年时间跨度，为科学家、政策制定者和公众提供了监测臭氧层变化的关键数据。通过 Google Earth Engine 平台，用户可以便捷地访问、可视化和分析这一宝贵资源，助力于理解臭氧损耗与恢复的复杂过程。
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