福建近岸海域悬浮泥沙浓度遥感定量监测研究

论文在分析MODIS数据对海洋水体反射光谱特征的基础上,选用合适的探测波段构成悬浮泥沙遥感参数,并根据2003~2004年福建近岸海域海洋监控区内9个站点的海洋水色数据建立悬浮泥沙浓度遥感定量反演模式。利用已建立的模式对2001~2005年福建近岸海域悬浮泥沙浓度进行遥感反演,根据反演结果分析该海域悬浮泥沙浓度的分布及其变化特征,着重分析闽江口海域的悬浮泥沙运动特点。结果表明:福建近岸海域悬浮泥沙浓度与基于MODIS蓝光(0.438~0.448μm)和绿光(0.545~0.565μm)探测波段数据构成的遥感参数呈指数函数关系,定量反演效果比较理想,反演结果能客观地揭示福建近岸海域悬浮泥沙的浓度分布及其变化特征,为今后对该海域悬浮泥沙运动规律的深化研究奠定了基础。     

基于A-train卫星对中国北方地区气溶胶分布的研究

利用A-train(CALIPSO和MODIS-Aqua)卫星的数据资料,对比分析了中国北方地区(分为3个部分西部-W区,中部-M区和东部-E区)2007年1月~2010年10月AOD的年平均和季节平均分布特征,结果发现:MODIS-Aqua的卫星资料在我国北方地区区域基本具有适用性;MODIS和CALIPSO卫星反演的AOD年平均分布特征基本一致,AOD的高值区分布在南疆盆地(主要受沙尘气溶胶的影响)和地势较低的华北平原地区;MODIS和CALIPSO卫星反演的北方地区AOD季节平均分布的结果基本一致:W区AOD的高值区在季节上分布特征是:春季最高,夏季次之,秋季最小,冬季又慢慢增大;E区AOD的高值区的分布特征是:夏季最大,春季次之,秋冬季最小.     

北京大气PM2.5遥感监测业务化方法探讨

为探索卫星遥感监测大气ρ(PM_2.5)业务化方法,以北京为例,利用2013年MODIS卫星资料和北京35个地面自动监测站(下称自动站)的实时观测数据,以目前国内外应用最广泛的3种卫星反演大气气溶胶的方法——AOD(气溶胶光学厚度)、K_drya,0(气溶胶干消光系数)和R_a(气溶胶表观反照率)反演地面ρ(PM_2.5)的方法(分别称为AOD法、K_drya,0法和R_a法)为基础,结合地面ρ(PM_2.5)实测数据,建立了气溶胶反演参数与ρ(PM_2.5)统计关系,进一步测算了全市区域ρ(PM_2.5)的分布情况.结果表明:3种方法都具有较高的反演精度,其获取的全年ρ(PM_2.5)与地面实测数据的相关系数分别达到0.80、0.81和0.85,其中R_a法结果精度最高.从季节来看,R_a法在除夏季外的其他季节与地面监测数据相关系数都在0.70以上,优于其他2种方法.建议在春、秋、冬三季以R_a法,夏季以AOD法或K_drya,0法为基础进行北京PM_2.5业务化遥感监测.基于R_a法探讨了在2013年11月20—23日区域性大气重污染过程中北京PM_2.5区域分布特征和变化过程,卫星反演结果相对误差低于20%,直观地反映了区域大气颗粒物污染的时空分布规律.研究显示,三者都可以用来反演北京地区ρ(PM_2.5),其中R_a法最简便易行,尤其适用于业务化遥感监测.      

冀中南平原区气溶胶标高变化及估算模型研究

作为反映大气气溶胶垂直分布的重要参量,气溶胶标高被广泛应用于气溶胶反演及模型订正研究中.为研究气溶胶标高时空变化规律并构建其简易计算模型,基于2009～2016年气象站点观测资料及MODIS卫星反演数据,利用Peterson模型及多元回归分析对冀中南平原区气溶胶标高进行了估算分析.研究结果表明:区域气溶胶标高夏季最高,...     

辽东湾MODIS生物光学算法研究(Ⅰ)算法适用性评估

辽东湾是典型的复杂二类水体,我们利用2002～2004年在辽东湾现场实测的叶绿素a数据(分光法、荧光法和HPLC法),以及水面之上法现场实测的离水辐射率和遥感反射率数据模拟的MODIS各相应波段值对MODIS海洋水色算法进行了评估.评估的MODIS生物光学算法有四个,即CZCS_pigm、chlor_MODIS、chlor_a_2和chlor_a_3算法.结果表明,两个一类水体生物光学算法(CZCS_pigm和chlor_MODIS)反演值与分光法和荧光法测试分析结果相比,算法均低估了叶绿素a浓度,与HPLC分析结果相比算法高估了叶绿素a浓度;两个二类水体算法(chlor_a_2和chlor_a_3)与所有叶绿素a分析方法相比,均高估了叶绿素a浓度.根据MODIS生物光学算法在辽东湾的具体表现,我们认为HPLC法分析的叶绿素a浓度更适合于作为海洋水色算法评估的现场检验依据.叶绿素a浓度的反演值和实测值之间较低的相关系数则显示MODIS两个一类水体算法所采用的波段比值不适合本海区.     

乌鲁木齐市MODIS气溶胶光学厚度与PM10浓度关系模型研究

为了建立乌鲁木齐市近地面PM10浓度监测的关系模型,利用乌鲁木齐市2013年3—11月、2014年3—11月MODIS AOD产品与同期地面观测的PM10质量浓度进行相关分析,结果表明二者直接相关程度较低(r=0.433,p0.01);然后以WRF模式模拟的大气边界层高度及地面观测的相对湿度数据对AOD进行垂直、湿度订正后,二者相关性得到较大程度提高(r=0.630,p0.01);按照季节分类统计和订正春、夏、秋季的相关系数r分别为0.779、0.393、0.523,均大于统计学上99%的置信度要求,其中春季的订正最为有效,可用性更高;最后,建立全年和各季AOD-PM10最优拟合模型并反演乌鲁木齐市地面PM10质量浓度,全年和三季的反演结果与实测数据的相关系数分别为0.757、0.748、0.652、0.715(p0.01);同时基于卫星遥感AOD反演得到的PM10质量浓度的空间分布与AOD呈现出整体的一致性,并且3个季节AOD平均值表现为:春季秋季夏季.证实了卫星遥感AOD经过垂直和湿度订正后,可以作为辅助监测乌鲁木齐市PM10地面浓度分布的一个有效手段.     

辽东湾MODIS生物光学算法研究(I) 算法适用性评估

辽东湾是典型的复杂二类水体,我们利用2002~2004年在辽东湾现场实测的叶绿素a数据(分光法、荧光法和HPLC法),以及水面之上法现场实测的离水辐射率和遥感反射率数据模拟的MODIS各相应波段值对MODIS海洋水色算法进行了评估。评估的MODIS生物光学算法有四个,即CZCS_pigm、chlor_MODIS、chlor_a_2和chlor_a_3算法。结果表明,两个一类水体生物光学算法(CZCS_pigm和chlor_MODIS)反演值与分光法和荧光法测试分析结果相比,算法均低估了叶绿素a浓度,与HPLC分析结果相比算法高估了叶绿素a浓度;两个二类水体算法(chlor_a_2和chlor_a_3)与所有叶绿素a分析方法相比,均高估了叶绿素a浓度。根据MODIS生物光学算法在辽东湾的具体表现,我们认为HPLC法分析的叶绿素a浓度更适合于作为海洋水色算法评估的现场检验依据。叶绿素a浓度的反演值和实测值之间较低的相关系数则显示MODIS两个一类水体算法所采用的波段比值不适合本海区。     

基于多卫星遥感的东北地区霾污染时空特征研究

利用多卫星(MODIS、CALIPSO、VIIRS)观测的气溶胶产品、地面空气质量监测数据和气象资料,获取了东北地区2006—2015年期间气溶胶光学厚度(AOD)的季节和年际变化特征,并对2014年10月14日东北地区一次典型重霾污染过程的特征及其潜在传输路径进行了深入讨论.研究结果显示,自2008年起东北地区灰霾污染范围扩大且污染程度加剧,呈带状空间分布(营口-长春-哈尔滨);区域内AOD值呈春、秋和冬季高,夏季低的时间变化特征.采用CALIPSO星载激光雷达数据与MODIS、VIIRS卫星获取的AOD开展综合分析,可有效弥补MODIS、VIIRS卫星因冬季积雪亮地表干扰所产生的AOD缺省区域,增强对长期积雪覆盖地区霾污染的时空特征分析能力.与反映霾污染空间分布范围更广的VIIRS卫星相比,MODIS卫星AOD值与东北地区地面观测获取的AQI、PM10和PM2.5相关系数更高,分别为0.89、0.73和0.83.进一步研究结果显示,秋末冬初东北地区的霾污染事件与农作物秸秆焚烧有关,同时,华北地区灰霾污染可跨越渤海湾传输至东北地区,进一步形成更大尺度的带状区域污染.     

基于实测光谱的杭州湾悬浮物浓度遥感反演模式

悬浮物是我国近海水质遥感监测的主要参数之一.利用ASD地物光谱仪测量杭州湾水体的反射光谱,同步采集表层水样获取悬浮物浓度,模拟水色卫星MODIS和MERIS的波段设置提取遥感反射率,基于人工神经网络分别建立2种悬浮物浓度的遥感反演模式.实测结果表明,杭州湾水体中悬浮物浓度较高,泥沙含量远远大于叶绿素浓度,平均值分别为705 mg/L和1.164 mg/m³;2个监测站位的悬浮物浓度表现出时空上的差异,尤其是随潮汐变化的短周期变异十分显著;实测水体反射率光谱曲线在650～700 nm之间与800 nm附近分别出现峰值,光谱曲线一阶微分结果显示第一反射峰的位置随着悬浮物浓度增大向长波方向移动.基于神经网络建立的模拟算法充分利用了卫星不同通道的光谱信息,可以同时模拟水体中色素与非色素悬浮物的浓度,模型取得了较好的拟合效果,R²均大于0.95,可以应用于实际卫星遥感反演,尤其是MERIS数据,因其具有相对较高的空间分辨率,在近海水环境遥感监测中的应用前景更为广阔.     

MODIS遥感气溶胶光学厚度产品在地面能见距中的应用

利用气象站点能见距的历史资料和NASA的MODIS卫星遥感手段获取10km*10km分辨率的气溶胶光学厚度资料,建立二者之间的季节平均关系,得到了上海地区季节变化的气溶胶标高,并利用标高数据和气溶胶光学厚度的季节分布,反演出上海地区季节变化的区域能见距分布,研究近地层大气气溶胶与地面能见距的关系,分析上海市能见度时空分布特征,结果显示:上海城区在冬春季平均能见距较差,市区中心能见距在10km以下;低能见距中心分布明显,且主要分布在杨浦、桃浦、吴淞等工业区范围.     

Spatial and temporal distribution of the cloud optical depth over China based on MODIS satellite data during 2003–2016

The cloud optical depth(COD) is one of the important parameters used to characterize atmospheric clouds. We analyzed the seasonal variations in the COD over East Asia in 2011 using cloud mode data from the AERONET(Aerosol Robotic Network) ground-based observational network. The applicability of the MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) COD product was verified and compared with the AERONET cloud mode dataset. There was a good correlation between the AERONET and the MODIS. The spatial and temporal distribution and trends in the COD over China were then analyzed using MODIS satellite data from 2003 to 2016. The seasonal changes in the AERONET data and the time sequence variation of the satellite data suggest that the seasonal variations in the COD are significant. The result shows that the COD first decreases and then increases with the season in northern China, and reaches the maximum in summer and minimum in winter.However, the spatial distribution change is just the opposite in southern China. The spatial variation trend shows the COD in China decreases first with time and gradually increases after 2014. And the trend of COD in the western and central China is consistent with that in China. While the trend of COD shows a continuously increasing over time in northeast China and the Pearl River Delta.     

黄、东海二甲基硫海气交换通量时空分布及影响因子

二甲基硫（dimethyl sulfide,DMS）海气交换对全球气候和环境变化有重要贡献。本文利用已发表的2005－2017年文献数据,结合ERA-interim（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts Interim Re-Analysis）风速数据,估算了黄、东海DMS海气通量,并分析了其季节变化和空间差异。结果表明:南黄海和东海DMS年平均海气通量分别为（8.63±4.90）μmol/(m2·d)和（12.77±8.42）μmol/(m2·d),除秋季外,东海海气通量高于南黄海;DMS海气通量季节变化显著,夏季最大,冬季最小,南黄海秋季高于春季,东海春季高于秋季。基于方差分解,本文讨论了各因子方差对DMS海气通量方差的贡献,在南黄海,春季表层DMS浓度和交换速率均对海气通量有主要影响,夏季和冬季交换速率对海气通量影响较大;在东海,春季海气通量受到交换速率和DMS浓度交互作用的影响较大,夏季海气通量主要由DMS浓度控制,秋季和冬季交换速率对海气通量的影响较大。南黄海和东海占全球海洋面积的0.30%,其DMS排放量为0.1461 TgS/a,占全球海洋DMS排放量的0.52%。     

东中国海表层海水137Cs分布的影响因素

采集山东半岛附近海域表层海水样品,分析137Cs分布特征,并结合东中国海137Cs比活度数据,探讨影响表层海水137Cs分布的因素。结果表明:（1）山东半岛附近海域表层海水137Cs比活度在0.60±0.18~1.21±0.19 Bq/m3之间,平均值为0.90±0.17 Bq/m3。沿岸137Cs比活度较离岸小,主要受沿岸流影响。（2）东中国海各海域137Cs空间分布受大气不均匀沉降,沿岸流,河流冲淡水等因素影响;随时间变化,整个东中国海表层137Cs活度降低,切尔诺贝利核事故对东中国海影响不大。（3）渤海表层137Cs海水析出速率为0.046/a,高于黄海（0.032/a）和东海（0.027/a）,与较高的颗粒物质吸附能力和水体横纵向混合过程有关。     

基于注意力机制的HDC-BiGRU海表温度预测模型

海表温度（sea surface temperature,SST）是研究全球气候变化的重要地球物理参数,SST的精确预测对全球气候变化、海洋环境和渔业发展具有重要意义。为了提高SST的预测精度,基于时空特征的提取方法,本文提出具有注意力机制的HDC-BiGRU混合模型（HDC-BiGRU-AT,由编码器和解码器构成）,可以预测7天的SST。在模型编码阶段,混合空洞卷积（hybrid dilated convolution,HDC）能够提取SST的空间特征,双向门控循环神经网络（bidirectional gated recurrentunit,BiGRU）能够捕获SST的时序特征。通过加入注意力机制,对输出信息分配不同的权重（重要信息分配更高的权重系数）,进而实现信息编码,在解码阶段可以提高模型的预测精度。选取我国东海和南海海域的二维SST数据进行建模,实验结果表明,HDC-BiGRU-AT模型的误差指标值均低于已有的方法,充分验证了所提方法的可行性、有效性。     

东黄渤海白姑鱼(Argyrosomus argentatus) 渔场空间格局的研究

根据1971-1982年渤、黄、东海的统计资料研究近海白姑鱼数量空间格局的变化。研究结果表明:我国东黄渤海白姑鱼渔场一共有3类:即产卵场渔场,主要位于春季东海沿海水域;索饵场渔场主要位于夏季的东海北部和黄海南部;越冬场渔场有两个,北部越冬场在冬季的东黄海外海,南部越冬场主要集中在东海南部近海。自1978年后,东海白姑鱼产量明显上升,并且超过黄渤海区。通过对不同渔场白姑鱼产量对整个渔场产量贡献的分布格局分析显示,东海白姑鱼主要渔场有两个:其中东黄海渔场位于长江口附近,渔讯为5-9月;黄渤海的渔场位于黄海北部近海和渤海中央,主要渔讯在11月。在渔汛时,白姑鱼渔场中的鱼群密集,产量集中,是捕捞白姑鱼的理想渔场。1971-1982年白姑鱼鱼群的分布与近年来分布格局类似,因此论文有关白姑鱼渔场特征、渔汛时间和渔场贡献率分布格局模式等重要结论对现今白姑鱼资源保护仍然具有重要的参考价值。     

An air quality forecasting system in Beijing - Application to the study of dust storm events in China in May 2008

An air pollution forecast system, ARIA Regional, was implemented in 2007-2008 at the Beijing Municipality Environmental Monitoring Center, providing daily forecast of main pollutant concentrations. The chemistry-transport model CHIMERE was coupled with the dust emission model MB95 for restituting dust storm events in springtime so as to improve forecast results. Dust storm events were sporadic but could be extremely intense and then control air quality indexes close to the source areas but also far in the Beijing area. A dust episode having occurred at the end of May 2008 was analyzed in this article, and its impact of particulate matter on the Chinese air pollution index (API) was evaluated. Following our estimation, about 23 Tg of dust were emitted from source areas in Mongolia and in the Inner Mongolia of China, transporting towards southeast. This episode of dust storm influenced a large part of North China and East China, and also South Korea. The model result was then evaluated using satellite observations and in situ data. The simulated daily concentrations of total suspended particulate at 6:00 UTC had a similar spatial pattern with respect to OMI satellite aerosol index. Temporal evolution of dust plume was evaluated by comparing dust aerosol optical depth (AOD) calculated from the simulations with AOD derived from MODIS satellite products. Finally, the comparison of reported Chinese API in Beijing with API calculated from the simulation including dust emissions had showed the significant improvement of the model results taking into account mineral dust correctly.     

中国地表城市热岛驱动因素及其空间异质性

基于MODIS卫星遥感数据,计算了中国284个地级市2018年的年平均地表城市热岛强度,分析了中国地表城市热岛的空间分布规律和空间集聚模式.结合多元遥感数据、气象数据和社会经济统计数据,利用地理加权回归模型分析了日间和夜间地表城市热岛强度主要驱动因素的空间异质性结果表明,中国地表城市热岛强度的空间分布存在明显的空间自相...     

不同空间分辨率遥感数据在核电站温排水监测中的应用研究

近年来,我国核电事业发展迅速,随之而来的环境问题备受关注。本研究采用同时相、不同空间分辨率的MODIS数据、HJ-1B红外相机数据及Landsat-8热红外数据计算获取了红沿河核电站附近海域的海表温度分布信息,并基于校正的海湾平均温度法得到三种星源数据的核电站温排水分布。分析显示:在红沿河核电站温排水监测中,Landsat-8监测结果精度最高,且能体现最多的温升细节信息;HJ-1B与MODIS数据因受制于较低空间分辨率所导致的“混合像元”效应,监测结果精度较低。考虑到不同温排水扩散区域水文地质条件的差异,在监测工作中应综合利用不同时间及空间分辨率的卫星数据,同时,无人机载红外载荷监测方式有望成为卫星遥感监测手段的有力补充。     

利用MODIS遥感数据反演广州市气溶胶光学厚度

利用中分辨率成像光谱仪(MODIS)数据和NASA的V5.2气溶胶业务反演算法,对广州市进行了高空间分辨率气溶胶光学厚度的反演,并应用地面太阳光度计(CE-318)观测的气溶胶光学厚度进行验证.结果表明,利用MODIS L1B数据进行高分辨率气溶胶光学厚度反演,结果精度较高.利用反演结果分析2008~2009年冬季广州市的气溶胶光学厚度时空变化特征,2008年12月的气溶胶光学厚度较低,平均大约为0.65,随后气溶胶光学厚度逐渐增大,到2009年2月,气溶胶光学厚度平均大约为1.35.广州市气溶胶光学厚度空间差异显著,在0.1~1之间变化,呈东北低西南高的空间分布特征.即森林覆盖率比较高的地区气溶胶较低.