卫星遥感监测遵义市大气质量状况研究

为了解遵义市大气质量空间分布状况,采用MODIS L1B 1 km遥感影像数据,基于6S大气辐射传输模型构建查找表,利用暗像元法反演了遵义市AOD(气溶胶光学厚度)分布,并将反演结果与NASA公布的MOD04_3K气溶胶产品及地面观测空气质量数据进行对比。结果表明:反演的遵义市AOD结果与NASA公布的MOD04_3K气溶胶产品相关性为0.73,与地面观测的AQI、PM2.5、PM10相关性分别为0.70、0.70、0.61,反演结果与验证数据具有较好的一致性,AOD反演结果具有较高准确性;遵义市AOD分布呈现西南部较高,东北部较低的格局,遵义市全域AOD均值为0.23,红花岗区AOD均值最高(0.51),赤水市AOD值最低(0.12)。     

南宁市HJ-1CCD数据气溶胶光学厚度反演

利用环境一号卫星(HJ-1)CCD数据高时间分辨率、空间分辨率和宽覆盖的特点,进行城市地区气溶胶光学厚度定量反演研究。提出使用环境卫星数据自带的逐像元卫星观测角度文件及相应参数进行逐像元太阳天顶角、太阳方位角推算,生成四波段合成角度数据。结合改进后的暗目标算法,以及基于逐像元角度数据的6S查找表,对南宁市2014年1月14日、15日、16日HJ-1CCD数据进行气溶胶光学厚度反演。反演结果与ARONET地基观测数据进行验证,表明该算法有较高反演精度,相关系数为0.865,同时与MODIS气溶胶反演结果进行比较。结果表明,经过HJ-1CCD数据反演的气溶胶光学厚度可作为气溶胶时空分布的实时监测手段。     

高分辨率气溶胶光学厚度在珠三角及香港地区区域颗粒物监测中的应用研究

利用最新的MODlS(中分辨率成像光谱仪)气溶胶光学厚度(AOD)反演算法,反演珠江三角洲及香港地区2008年高分辨率(1 km x1 km)AOD分布,并与AERONET观测数据进行了验证(r=0.917).分析了2008年珠江三角洲及香港地区5个站点地面监测PM10质量浓度与反演的AOD数据相关性.结果表明:两者直...     

基于遥感技术的贵州省PM10浓度年际变化监测与分析研究

文章选取MODIS数据,利用暗像元算法反演得到气溶胶光学厚度,利用BP神经网络算法通过网络训练和验证,得出PM10浓度遥感监测模型。利用该模型反演得到贵州省2014年3、7、10、12四个典型月份的PM10浓度值。结果表明模型训练和验证PM10浓度模拟值与实测值相关性系数（r）分别为0.76和0.62,利用此模型监测贵州省PM10近地面浓度是可行的;贵州省夏、秋季PM10浓度较低,春、冬季PM10浓度较高;贵州省的PM10浓度整体较低,空气质量较好。     

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.     

利用TM影像反演广州市气溶胶光学厚度空间分布

利用2005年7月18日摄录的广州市TM影像,在相关研究基础上建立了适合于复杂大气状况城市尺度的气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)反演模型,研究了广州市30m空间分辨率的AOD空同分布,并与同期的广州市地面9个空气质量监测站的PM10浓度进行比较.结果表明,利用TM影像较好地反演了广州市AOD空间分布.地形、植被、建成区分布是影响广州市AOD空间分布的主要因素,AOD按照高山植被区、靠近建成区的山地植被区、建成区与平原植被区的顺序逐渐增加.地面监测的PM10浓度与AOD的相关系数为0.717,基于TM影像反演的AOD可较好地反映当日地面污染物PM10的空间分布.     

基于遥感影像的PM_(2.5)浓度与大气气溶胶光学厚度间模型建立的探索——以鄂南地区为例

利用MODIS遥感影像反演方法来探索鄂南地区大气气溶胶光学厚度AOD与PM2.5浓度关系模型,首先对MODIS影像在ENVI中进行发射率、反射率几何校正及合成,角度数据的处理、云检测、气溶胶反演等过程,并利用Arc GIS处理有关数据,可得到该地区的气溶胶光学厚度。其次对鄂南地区国控点监测站的PM2.5浓度进行实时监测,定量分析鄂南地区PM2.5的浓度分布。最后在得到气溶胶光学厚度及PM2.5浓度后,利用SPSS对其进行建模分析,并得到三次关系模型y=17.53+67.55x-14.25x2+0.82x3,经验证模型在已有数据下具有较高的拟合度。本文的研究结果可以为改善鄂南地区环境承载压力提供科学的有益参考。     

利用多角度偏振数据反演华北地区灰霾气溶胶

针对灰霾气溶胶,利用多角度偏振数据进行了反演研究.在地面观测数据的基础上,模拟了卫星观测的灰霾多角度偏振信号,发现利用近红外波段偏振信息能更好地区分灰霾的轻重程度.在此基础上,针对POLDER3的多角度偏振数据,考虑灰霾气溶胶的组分构成,采用偏振反射率最优拟合的方法,建立了华北地区灰霾气溶胶的反演算法.2010年2月23日的算法实验表明,本算法在重霾发生时能较好地区分灰霾的轻重程度.而2009~2010年的反演结果与地面观测结果有较好的相关性(相关系数在0.9左右),灰霾时AOD的反演误差大约在10%左右.但本算法反演结果要整体低于地面观测结果,原因可能是偏振信号对粗粒子不敏感以及地表类型数据更新较慢、灰霾各气溶胶组分的线性组合假定.     

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.     

长江三角洲PM2.5质量浓度遥感估算与时空分布特征

卫星遥感反演气溶胶光学厚度(AOT)已被广泛地应用于地面PM2.5遥感监测.为遥感监测长江三角洲地区PM2.5,利用2013年的MODIS/Terra AOT产品,考虑研究区36个空气质量监测站点的风速、温度、湿度和边界层高度等气象条件,构建了基于MODIS AOD产品估算PM2.5的模型.利用17个空气质量监测站点数据对模型进行散点拟合验证,结果表明模型估算精度较高,春夏秋冬4个季节PM2.5质量浓度的模型估算值与地面监测值的相关系数R2值分别为0.45、0.50、0.58和0.52.利用模型估算的长时间序列PM2.5时空分布数据进行时空变化特征分析,结果表明:1 2000~2013年研究区PM2.5质量浓度呈增长趋势,月均增长量为0.047μg·m-3,最大值出现在2月,为(66.2±19.3)μg·m-3,最小值出现在8月,为(22.6±5.9)μg·m-3.2研究区PM2.5质量浓度空间分布差异显著,南部低,北部高,高值主要出现在由上海、杭州和南京构成的三角形区域的城市群中,而低值主要出现在南部远离城市的森林区域.结果表明基于MODIS/Terra AOT产品和地面观测气象数据估算PM2.5的多元线性回归模型能较好地应用于区域PM2.5监测.     

环境一号卫星CCD相机应用于陆地气溶胶的监测

环境一号卫星CCD相机应用在陆地气溶胶的监测中,因缺少短波红外通道,使地表反射的去除变得异常困难.应用改进的暗目标法,利用辐射传输方程(6S)构建查找表,对CCD相机数据进行图像重采样和辐射定标处理,进而对查找表进行插值,获得气溶胶光学厚度(AOD)分布.通过AERONET地基数据的验证及与MODIS气溶胶产品的对比表明,环境一号卫星CCD相机对陆地气溶胶的监测结果在AOD较大(>0.2)时,精度与MODIS相近;在AOD较小(<0.2)时,结果欠理想.     

石河子市PM_(2.5)浓度的遥感反演研究

大气悬浮细颗粒物PM_(2.5)已成为中国各大城市的首要空气污染问题,快速了解其浓度及空间分布状况,对于控制PM_(2.5)质量浓度、提高空气质量具有重要意义。以石河子市为研究区,利用HJ-1 CCD影像,通过暗像元法、6S模型反演气溶胶光学厚度,结合DTF-6太阳光度计数据进行验证,然后根据AOD与PM_(2.5)之间的统计关系建立符合研究区实际特点的PM_(2.5)反演参数和算法,建立遥感反演模型获取PM_(2.5)的空间分布。结果表明:PM_(2.5)浓度反演结果的平均绝对误差为0.93 ug/m3,反演精度较高,石河子市PM_(2.5)的空间分布呈现北低南高,西低东高的特点。     

上海地区一次典型连续浮尘天气过程分析

研究分析了2011年5月1~4日上海地区一次典型的连续浮尘天气过程.利用微脉冲激光雷达数据资料反演得到的气溶胶消光系数和垂直廓线,结合地面气象数据和气溶胶观测资料以及卫星遥感资料,初步研究了此次连续浮尘过程的传输特征和形成的主要原因.结果表明,5月1日的浮尘过程以PM2.5的影响为主,而5月2~4日为回流浮尘过程,PM2.5比重较5月1日下降.外源性输入、垂直风场分布和大气层结变化为浮尘天气的发生和维持创造了有利条件.研究还发现,在此次浮尘的气溶胶大气消光作用中,其散射贡献大于吸收作用.     

Spatial distribution of aerosol pollution based on MODIS data over Beijing, China

With the help of regression analysis,the relationships were detected between aerosol's contribution to apparent reflectance(ACR) derived from Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS)on board Terra and hourly PM_(10)mass concentration measured at 30 ground-based locations in Beijing for the August of 2003 and 2004.It was shown that there was a good correlation between the ACR and PM_(10)(linear correlation coefficient,R=0.56).On the basis of this relationship,spatial distribution and possible sources of PM_(10)derived from MODIS were analyzed and two frequently heavily-polluted regions were found,namely downtown of the city and the district near Xishan Mountain.These two regions coincidently are also urban heat island centers.The foundings of this paper will be greatly useful for environmental monitoring and urban planning for Beijing,especially for the 2008 Olympic game to be held in Beijing.     

结合激光雷达观测与模式模拟的雾霾区域传输分析

以一次2015年1月3日至5日发生在中国中东部地区的严重雾霾事件为例,综合地基微脉冲激光雷达观测和WRF-Chem模式模拟的方法,揭示雾霾事件过程中的气溶胶颗粒物的跨区域传输特征。研究表明,徐州站点的激光雷达探测到1～3 km的外来颗粒物输入,在两次输入过程中,对当地总的气溶胶光学厚度贡献分别为43%和69%。WRF-Chem模式能够有效模拟预报PM_(2.5)浓度,但实测浓度为高值的区域出现低估现象。徐州地区在冬季易受来自山东西部、河南东部以及安徽北部的污染物的影响而引发雾霾,该区域需加强协作、联防联控。近年来我国冬季高空的风向具有规律性,且风速在逐年加快,雾霾从华北地区向华东地区的传输可能将变成常态。     

Estimation of PM_(10) in the trafc-related atmosphere for three road types in Beijing and Guangzhou,China

The levels of roadside PM10in Beijing, China, were investigated in 2011 and 2012 on a seasonal basis to estimate the population exposure to particulates for three road types. The measurements of PM10 were also conducted in the southern Chinese megacity of Guangzhou for comparison purposes. The results showed that roadside PM10in Beijing correlated strongly with the PM10background in the urban atmosphere. The levels of PM10in street canyons were markedly higher than those along the open roads and in crossroad areas because of limited ventilation. An elevation of PM10was observed in April, which was possibly due to the sand storms that frequently occur in the spring. Based on these observations, roadside PM10in Beijing could have multiple origins and was to some extent dispersiongoverned. In Guangzhou, the roadside PM10did not closely relate to the background values. The PM10 pollution was greatly afected by local trafc conditions. The simulation of PM10 for diferent road types was completed during the study period using the Motor Vehicle Emissions Factor Model(MOBILE6.2) as an emission model and the California Line Source Dispersion Model(CALINE4) and Operational Street Pollution Model(OSPM) as dispersion models. The MOBILE6.2/CALINE4 software package was demonstrated to be sufcient for the simulation of PM10in the open roads and crossroad areas in both Beijing and Guangzhou, and the simulation results of roadside PM10 in the street canyons by the MOBILE6.2/OSPM package were in close agreement with those of the measurements.     

2014年10月上旬北京市大气重污染分析

使用垂直观测、地面观测和PM2.5化学组分观测等手段,对2014年10月上旬北京市一次重污染过程进行分析.结果表明,本次大气重污染发生时北京市近地面后散射激光强度变强,气溶胶消光系数升高,说明污染物在近地面层积累.重污染期间气象要素特征为:风场弱,湿度大,地面受弱气压场控制.从PM2.5浓度变化趋势来看,这次重污染过程大体分为四个阶段:“两个台阶”型的浓度爬升阶段(P1和P2)、高浓度维持阶段(P3)和迅速清除阶段(P4).结合地面观测、遥感反演和PM2.5组分分析可发现,区域传输是导致本次重污染的诱因,其中秸秆焚烧是影响因素之一,随后区域传输和本地污染物排放共同维持并加重了重污染过程.大气氧化剂OX与PM2.5浓度、二次离子浓度均表现出显著正相关性,表明较强的大气氧化性能促进PM2.5浓度增长.     

基于技术的水泥工业大气颗粒物排放清单

针对我国水泥工业的生产技术及生产过程中的大气颗粒物排放控制技术分类,建立了一个基于技术、自下而上的大气颗粒物排放模型.通过分析我国水泥工业不同生产工艺所占比重的历史变化趋势,以及不同时期水泥工业大气颗粒物控制标准的影响,利用此模型计算了1990-2004年全国水泥工业大气颗粒物的排放系数和排放量.我国水泥工业的大气颗粒物的排放系数由1990年的27.9 kg·t-1水泥下降至2004年的8.05 kg·t-1水泥;大气颗粒物排放量自1990年起逐年增加,于1997年达到最高值l 044×104t,其中PM10排放量为716 X 104 t,PM2 5排放量为436×104t;此后逐年降低,到2001年后又有缓慢增加.我国水泥工业大气颗粒物排放量的地理分布很不均衡,山东、广东、河北、江苏、浙江和河南的排放量超过了全国总排放量的50%.新型干法水泥生产线替代立窑生产线的进程以及2004年<水泥工业大气污染物排放标准>的颁布将很可能大幅降低我国水泥工业的大气颗粒物排放量,从而在很大程度上影响我国的大气颗粒物污染特征.     

沈阳一次雾霾天气颗粒物浓度及光学特征变化

利用2011年10月17～22日连续在线观测沈阳地区大气能见度、颗粒物质量浓度ρ(PM10)、ρ(PM2.5)、ρ(PM1.0)、以及通过太阳光度计测量数据反演得到的气溶胶光学厚度、Angstrom波长指数、气溶胶粒子谱分布数据,结合相对湿度、风速、温度等气象资料,分析了2011 年秋季沈阳一次雾霾天气过程中能见度与颗粒物质量浓度及气溶胶光学特征变化.结果表明:相对温度偏高、小风天气以及颗粒物质量浓度累积是造成沈阳能见度下降、引发雾霾天气的主要因素;雾霾期间细粒子所占比例较高,ρ(PM10)、ρ(PM2.5)、ρ(PM1.0)平均值分别为138.8、103.3、94.9μg/m3,比雾霾过程前均增加约2倍左右,PM2.5/PM10和PM1.0/PM10分别为74.7%和68.6%;当RH0.90),RH >80%时, 能见度与颗粒物浓度间的相关性减弱;雾霾期间气溶胶光学厚度明显增加,雾霾前气溶胶光学厚度和Angstrom波长指数平均值分别为0.82和0.94,雾霾期间气溶胶光学厚度和Angstrom波长指数平均值分别为1.42和1.25;雾霾天气过程中,细模态粒子的峰值浓度约是雾霾前细粒子浓度的2倍,说明沈阳地区大气污染物以细粒子为主,进而影响气溶胶光学特征发生变化.     

气溶胶采样头在无人机上安装位置的模拟

利用流体力学软件CFD对固定翼无人机在海拔1000m高处以30m/s速度飞行时采样头的最佳安装位置进行了模拟.首先利用ICEM CFD前处理软件对无人机模型进行了网格划分;然后利用FLUENT软件及其中的DPM模型先后对气相(连续相)和颗粒相(离散相)分别进行了数值模拟,最后用DPM模型模拟了从速度入口方向以30m/s速度释放粒径为1,2.5,10μm的颗粒物,由颗粒物的轨迹图得到了颗粒物在机身周围的阴影区和密集区厚度.得到主要结论如下:对于本研究中的无人机,在海拔1000m高处,采集PM1,PM2.5,PM10时的气溶胶采样头的最佳安装位置为机身下部距机头距离约42~75cm,采样头探头距机身下部壁面的距离分别应大于4,4,4.3cm,但不超过26cm(机身下部距地面距离).