利用FY-4A卫星光学数据对中国近地面PM2.5浓度的估算和检验分析

对FY-4A卫星的气溶胶光学厚度（AOD）产品进行检验,并根据卫星相关观测资料,通过改进后的PMRS方法,反演得到中国近地面PM_2.5质量浓度网格化分布。结果表明,FY-4A卫星反演不同站点AOD与地基观测网（AERONET）观测结果吻合较好,但存在一定的低估或高估现象,相关系数区间为0.54—0.87。将细粒子比（FMF）以0.4为界进行划分,FMF＞0.4时,拟合结果较FMF≤0.4时更接近于AERONET观测结果;但FMF≤0.4时,卫星反演的AOD稳定性优于FMF＞0.4时。通过引入AOD的大小,改进FMF＞0.4时对细粒子柱状体积消光比（VE_f）的估算算法,并通过改进后的PMRS方法对中国近地面PM_2.5浓度进行逐时反演,其反演结果和地面观测结果相关较好,其中,乌鲁木齐、石家庄和徐州观测点的相关系数均高于0.7,但数值上仍存在高估或低估,误差结果由多种因素决定。空间分布中,卫星反演的中国2019年近地面PM_2.5浓度月均值与近地面观测的结果有较好的对应关系,二者逐月演变趋势基本一致,基本可以反映出中国近地面大气细粒子的空间分布,特别是秋、冬季京津冀周边区域、汾渭平原等污染高值区均与地面观测对应较好。      

华东地区气溶胶分布和变化特征研究

利用中分辨率光谱仪(MODIS)获得的气溶胶光学厚度(AOD)、细粒子比例(FMF)和臭氧检测仪(OMI)获得的气溶胶指数(AI)统计分析了2005—2014年我国华东地区气溶胶光学性质的时空分布特征,同时利用潜在源分析(PSCF)模型对我国华东地区AOD和AI的潜在源区进行分析。研究结果表明:华东地区的AOD、FMF和AI时空分布存在较大的差异,2005—2014年AOD和AI的平均值高值主要分布在华东地区北部,FMF的高值区则分布在华东南部地区;10 a间华东地区AOD呈现出先升高后降低的趋势,FMF波动幅度不明显,AI值有所上升;整个华东地区AOD的季节变化较为明显,春夏两季AOD明显高于秋冬两季。华东北部和中部地区夏季由于较高的相对湿度,AOD最大可达0.8以上。而在华东南部地区,夏季受到降水的影响,AOD维持在0.2~0.4之间。FMF季节变化趋势与AOD不同,夏季最大达到0.58,春季最小仅为0.26。AI平均值在冬季最大高达0.63,夏季最小,为0.27。PSCF分析显示华东地区AOD主要源区以局地排放为主,同时也存在由河南、湖北和湖南等周边省市近距离输送影响;AI以局地和北方远距离输送为主,同时也受到河南、湖北等周边省市近距离输送的影响。     

变异函数对泛克里金法的细粒子比星-地融合影响研究

泛克里金方法进行星-地融合可有效提高MODIS FMF的精度,然而由于地基站点稀少造成融合前需要利用长时间序列数据获取变异函数的主要参数（块金值、基台值和变程）,故不能满足基于卫星瞬时观测遥感PM_2.5的PMRS模型的需求。本文对2010年12月至2016年11月中国中东部地区的数据进行了变异函数参数的计算和分析,结果表明不同年份相关距离变化情况相一致,夏季显著高于冬季,基台值呈现与相关距离相反的趋势。通过利用2016年冬季变异函数中的变程（控制实验）和2011-2016年冬季变异函数的变程季均值（对比实验）作为初始值,对2016年冬季中国中东部地区MODIS FMF和地基FMF进行了融合,弃一交叉验证结果显示控制实验下FMF融合结果与地基FMF偏差最大值由0.552降低至0.198左右（对比实验下最大偏差为0.218）,平均误差相近（分别为0.070、0.080）。2种实验估算的PM_2.5平均值（分别为77.6、78.8 μg/m³）仅相差1.2 μg/m³,与在位测量的PM_2.5观测值相比,误差平均值均为37.4 μg/m³。由此可见,融合结果对初始变程值的变化敏感度不高,在季节相同的情况下,变程的多年季均值可有效替代相应季节的变程值。