卫星遥感技术在空气点位布设评估工作中的应用研究

以苏州市为例,利用2013-2014年MODIS高分辨率大气气溶胶卫星遥感产品对国控空气监测点位布设调整方案进行评估论证,通过提取2 km和5km半径范围的PM2.5遥感观测数据,与现有国控布设点位的地面监测数据进行相关性分析后,确定卫星产品用于评估验证是可靠的;通过不同天气场下PM2.5月均值浓度分布的比较,表明调整后空气点位布设具有很好的代表性.     

基于卫星观测的2005—2015年京津冀地区NO2柱浓度分布及变化趋势

为更好地了解京津冀地区NO₂浓度的长期时空分布变化特征,对2005—2015年京津冀地区对流层NO₂柱浓度数据进行了统计分析.结果表明,京津冀地区对流层NO₂柱浓度在2005—2010年增加明显,年均复合增长率为6.8%,并在2010年达到峰值,为1 329.07×1013 mol/cm2;2010—2013年保持相对稳定;2013—2015年显著下降,降幅达26.2%.2015年NO₂柱浓度为964.43×1013 mol/cm2,基本与2005年的浓度水平持平.北京地区NO₂柱浓度最先开始下降并保持降低趋势,其中北京市城区降幅远大于郊区,并在2015年达到最低值,为1 647.38×1013 mol/cm2;天津市城、郊区NO₂柱浓度变化相近,总体上均呈先增后减的趋势,并且均在2010年达到峰值,分别为2 686.96×1013、2 019.36×1013 mol/cm2;而河北省西南部(石家庄、邢台、邯郸市)在近两年降幅最为明显,均在35.0%以上.京津冀对流层NO₂柱浓度呈由南向北递减的空间分布趋势,高值区主要分布于京津唐一带以及河北省南部沿太行山一带.研究显示,虽然近年来京津冀地区NO₂柱浓度降幅明显,但相比于周边地区仍面临较大的减排压力.      

基于OCO-2遥感数据的新疆维吾尔自治区大气XCO2空间化研究

二氧化碳(CO₂)是导致全球变暖最主要的温室气体,掌握准确的CO₂空间分布信息可以有效评估碳减排成效,对于推进碳达峰、碳中和工作具有重要意义。相比站点观测,碳卫星能够获取大尺度的CO₂分布信息,但是由于其幅宽较窄以及云覆盖的影响,大气CO₂卫星遥感数据存在大量缺值区域,不能获得空间连续的大气CO₂分布。以新疆维吾尔自治区为研究区,基于2019年OCO-2卫星大气二氧化碳柱平均干空气混合比(XCO₂)数据,结合气温、地形、植被、大气NO₂浓度等相关变量,综合对比了多元线性回归(MLR)、地理加权回归(GWR)、支持向量机(SVR)、随机森林(RF)、极端梯度提升树(XGBoost)和极端随机树(ERT)等方法在生成大气XCO₂空间连续数据中的表现。交叉验证结果表明,RF、XGBoost和ERT这3种集成学习模型精度明显优于SVR、GWR和MLR模型,其中ERT模型精度最高,决定系数R²为0.7...     

基于机器学习的二氧化碳卫星反演方法

基于机器学习模型在分析数据并学习预测方面的优势,提出了一种基于机器学习的短波红外通道CO₂卫星遥感反演方法,以卫星观测辐亮度、气溶胶光学厚度、温度构建训练数据集,采用前馈神经网络与量化共轭梯度算法进行训练学习,构建了短波红外通道卫星CO₂反演模型,并利用GOSAT卫星观测光谱数据反演了CO₂浓度.反演结果与TCCON站点观测数据进行了比对,结果表明:卫星与地面观测的相关性优于0.86,平均误差小于2.5×10^-6,验证了反演方法的有效性.     

基于卫星遥感等多源数据的发电厂CO2排放分析

应用烟羽分割、背景插值和高斯烟羽模型,使用轨道碳监测传感器(OCO-3)SAM模式在1年内的4次有效观测数据,估算了托克托电厂CO₂排放量,并利用年度核算报告结果、月度发电量与连续排放监测系统(CEMS)监测数据对卫星遥感估算结果进行验证.结果表明,2021年4次卫星过境时CO₂排放速率分别为1900.82、3353.96、2941.07和3701.71tCO₂/h,其不确定性分别为25.10%、20.27%、19.59%和29.52%,不确定性主要来源于气象数据、背景和其它排放源影响.CO₂小时排放速率卫星遥感反演结果和核算分配结果验证具有较好的一致性,相关系数R为0.822.电厂月度发电量及小时级在线监测数据分析结果表明,电厂活动水平具有明显的季节性变化和小时变化特征,其中与CO₂排放密切相关的月度发电量相对标准偏差可达14.55%,NO_x小时排放量相对标准偏差可达12.35%.     

GPM卫星降水数据在天山山区的适用性分析

卫星降水产品在山区的适用性具有较高的不确定性。论文基于天山山区2014-2015年167个气象站点数据,应用较为广泛的两套卫星降水产品--TRMM与CMORPH,选用均方根误差（RMSE）、相关系数（R）、相对误差（PB）,以及分类统计分析指标（错报率FAR、探测率POD、公正先兆评分ETS、频率偏差BIAS）等,评估了新一代卫星降水产品--Global Precipitation Measurement（GPM）在天山山区的适用性。结果表明：相对于以上两种产品,GPM在山区的精度最高。具体表现在：1）3套产品在降水较多的夏秋季均表现较好,相对于TRMM与CMORPH,GPM与观测数据的相关系数最高（R≥0.6）,相对误差最小（PB≈10%）;2）在整个天山山区,GPM相对于其他两套产品表现出较低的误差范围（-55%~55%）;3）GPM在不同的高程带内,均表现出同观测站点较低的误差与较高的相关系数;4）3套降水产品均表现出对探测弱降水事件较高的准确性（POD≈0.58）和较低的错误率（FAR≈0.63）,但综合分析4种指数,GPM表现最佳,能够以较准确的精度和较低的误差估测降水系统。     

2014年河北中南部两次重霾天气成因分析

利用河北省环保局环境监测站提供的污染物浓度数据及常规气象观测数据、NCEP再分析资料,结合HYSPLIT4.9后向轨迹模式,对2014年10月上旬发生在河北省的2次大范围的重霾天气特征和成因进行综合分析.结果表明,这2次重污染天气过程PM_2.5地面浓度最大值出现在邢台,为507μg/m³,水平能见度不足1km.均压场的分布和较为平稳的高空形势为2次霾天气提供了有利的气象背景.高湿,静小风以及较低的混合层高度不利于污染物扩散,是导致这两次重污染天气持续的主要原因.结合卫星火点及污染物来源分析表明,河北南部及周边省份的秸秆燃烧加重了第2次过程的污染,污染气团的输送对区域性重霾天气产生重要影响.     

基于TRMM订正数据的横断山区降水时空分布特征

鉴于高时空变异地区降水观测的需求,论文提出了基于ISODATA动态聚类法和最大似然法分区逐月回归的TRMM数据订正方法,并以横断山区为例,利用地基台站降水数据对1998-2012 年的TRMM 3B43 V7 数据进行了实验研究,并探讨了过去15 a 横断山区的降水时空分布特征及变化趋势。结果表明,TRMM 3B43 V7 数据在横断山区的总体精度较高,单站精度较低。订正后的TRMM 3B43 数据,与实测值偏差大为减少,降水相对偏差大于10%的站点由原始数据的16 个(42.1%)减少为7 个(18.4%),有81.6%的站点年降水量相对偏差小于10%,且相对偏差大于等于20%的站点仅3 个,能够基本满足横断山区降水时空分布特征研究的精度需要,有效地弥补了有限站点观测的不足。研究区内年降水量从东南向西北递减,与东亚季风在该区域的走向一致;1998-2012 年横断山区的降水量主要呈减少趋势,减少地区主要分布在南部以及中西部地区。夏季降水减少趋势最为突出,秋季次之,冬春变化趋势不明显。横断山区大部分区域的降水量与东亚夏季风指数正相关,与东亚冬季风指数负相关;最近15 a,研究区东亚季风指数持续变小,恰好与研究结果中的降水减少趋势一致。     

气象灾害预防执法存在的问题与应对措施

<正>雷电是大气中十分壮观的超长距离放电过程,通常伴随着强对流天气而发生。其强大的电流、炙热的高温、强烈的电磁辐射以及猛烈的冲击波等物理效应能够在瞬间产生巨大的破坏作用,造成人员伤亡或物体受损。根据全球雷电的卫星观测结果估计:全球每秒钟约有46次雷电发生,而我国每一分钟发生70余次雷电。鉴于雷击灾害范围广,对人类的生产生活危害又大,联合国有关部门已把它列为"最严重的十种自然灾害之一"。雷击除每年造成我国上千人伤亡外,还导致民用电器损坏,森林发生大火,建筑物、供配电系统、通信设备遭到破坏,仓储、炼油厂、油田等燃烧甚至爆炸……目前,国内有关监管部门已经把防雷减灾作为一项重要的议题来抓。白山市安监局与气象局在联合执法减灾方面做了有益尝试,取得了初步成效,但在执法中也发现诸多问题,亟待解决。