基于遙感與地面監(jiān)測數(shù)據(jù)的城市氣溶膠定量反演研究——以北京為例.pdf

1、氣溶膠是影響地表能量收支平衡的決定性因素之一，它以直接輻射強(qiáng)迫和間接輻射強(qiáng)迫兩種方式影響著氣候系統(tǒng)，同時(shí)在局地、區(qū)域乃至全球大氣環(huán)境質(zhì)量中也扮演著一個(gè)重要角色。本文在氣溶膠衛(wèi)星遙感國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及歸納總結(jié)出所要解決的主要問題的基礎(chǔ)上，對大氣氣溶膠的遙感機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)性的分析；利用地基CE318氣溶膠觀測數(shù)據(jù)和地面大氣污染監(jiān)測數(shù)據(jù)，對氣溶膠在大氣環(huán)境領(lǐng)域中的適用性進(jìn)行了研究分析；根據(jù)地基激光雷達(dá)數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)確定出大氣污染邊界層；并基于L

2、andsat／7 TM遙感數(shù)據(jù)和同步的地面大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)，以經(jīng)過完善后的DTA法和統(tǒng)計(jì)回歸為主要研究方法，探討了北京示范區(qū)的氣溶膠和主要大氣污染物(PMlO、SO<,2>)的空間分布。 本文用地面太陽光度計(jì)觀測數(shù)據(jù)和大氣環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)回歸方式計(jì)算，肯定了氣溶膠光學(xué)厚度可以在大氣環(huán)境領(lǐng)域中應(yīng)用，能夠指示大氣污染。利用這些數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析了北京地區(qū)的氣溶膠光學(xué)厚度和大氣污染之間的對應(yīng)關(guān)系和季節(jié)變化特點(diǎn)，并對

3、季節(jié)變化特征予以詳細(xì)的分析。發(fā)現(xiàn)用AOT表征大氣污染時(shí)，表征方法和精度對于不同的污染物，在不同的季節(jié)有所差異。用氣溶膠光學(xué)厚度來描述大氣污染指標(biāo)時(shí)，PMlO的描述關(guān)系最為簡單，受季節(jié)影響不大，相關(guān)性都保持在0.7附近，屬于高度正相關(guān)。對NO<,2>的描述，受季節(jié)影響明顯，冬季具有極高相關(guān)性，春季和秋季具有高的相關(guān)性，夏季具有一般相關(guān)性。對SO<,2>的描述最為復(fù)雜，受季節(jié)影響最為明顯，除了冬季與氣溶膠光學(xué)厚度有高度相關(guān)關(guān)系外，其余季節(jié)相

4、關(guān)性都不高。 本文利用AML-1車載測污激光雷達(dá)資料和氣象廓線探空數(shù)據(jù)，建立了二者之間的對應(yīng)關(guān)系，確定了北京冬季大氣污染邊界層的厚度。這為后面是否可以將衛(wèi)星遙感反演的AOT和PMlO等污染物關(guān)聯(lián)起來，構(gòu)建二者之間的統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷乃悸返於嘶A(chǔ)。因?yàn)闅馊苣z主要集中在近地層的結(jié)論有時(shí)候是不成立的，論文給出了一個(gè)污染個(gè)例，來對這種情況作了進(jìn)一步的論述。 本文以北京為示范區(qū)，利用Landsat／7 TM衛(wèi)星數(shù)據(jù)，定量反演了氣

5、溶膠光學(xué)厚度的空間分布。提出了最佳距離指數(shù)的確定方式，完善和發(fā)展了DTA方法。補(bǔ)充了對“潔凈日”影像進(jìn)行云檢測和大氣校正的過程，減小了方法適用的局限性限制，增加了參考影像的“潔凈”程度，減少了大氣對“參考日”影像的影響，使地表反射率更接近“真實(shí)”地表反射率，最終增加了反演精度。通過對北京地區(qū)的AOT反演結(jié)果與NASA的10Km空間分辨率的MODo4 Level2的氣溶膠光學(xué)厚度產(chǎn)品進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)反演結(jié)果有很好的精度，二者之間的相關(guān)性達(dá)

6、到了0.83。利用先前得到的邊界層高度和衛(wèi)星反演得到的氣溶膠光學(xué)厚度，首次將衛(wèi)星反演得到的AOT歸并到污染邊界層內(nèi)，得到了邊界層高度范圍內(nèi)的氣溶膠光學(xué)厚度，即BAOT。結(jié)合地面大氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)，對二者進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)回歸分析比較，衛(wèi)星遙感反演結(jié)果和同步的地面空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)之間具有高度相關(guān)性，BAOT與PMlO的相關(guān)系數(shù)為O.729，與SO<,2>的為0.698。在此基礎(chǔ)上，建立了二者之間的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模型，并將其用于北京地區(qū)的局地大氣污染空間分

7、布研究。最后對北京地區(qū)氣溶膠、大氣污染特征和形成原因進(jìn)行了分析。這些嘗試首次通過衛(wèi)星遙感手段獲取了城市地區(qū)高空間分辨率(30m)的氣溶膠空間分布特征，對分析污染物的區(qū)域性輸送、城市局地氣溶膠污染物的分布、變化有重要意義，研究證實(shí)氣溶膠光學(xué)厚度在局地大氣污染研究領(lǐng)域中有很好的指示效應(yīng)。對北京氣溶膠污染個(gè)例分析表明，城市地區(qū)氣溶膠光學(xué)厚度的增加包含局地城市污染和區(qū)域性輸送的雙重貢獻(xiàn)，Landsat/7TM衛(wèi)星遙感反演氣溶膠的結(jié)果，提供了研究