用MODIS卫星数据来分析格陵兰海叶绿素和气溶胶光学厚度之间的关系

主要利用卫星数据MODIS Aqua研究在北极格陵兰海(10°W-10°E,70°N-85°N)2003-2009年间叶绿素a(Chl a)与气溶胶厚度(AOD)的分布以及它们之间的耦合关系.研究发现,Chl a和AOD在一定的区域里有着带有滞后期的耦合关系.同时通过统计软件EVieWS的滞后回归分析发现,Chl a滞...     

大连市大气污染物质量浓度与气溶胶光学厚度的相关性分析

分别对2015年6~12月和2016年6~12月大连地区的大气污染物PM2.5、PM10、SO₂、NO₂、CO和O₃的浓度数据进行数据统计分析,基于ENVI软件平台利用MODIS数据反演大连地区的气溶胶光学厚度,通过回归建模研究气溶胶光学厚度与大连地区10个地面监测站点的大气污染物PM2.5、PM10、SO₂、NO₂、CO和O₃的浓度数据的相关性。回归建模以气溶胶光学厚度（AOD）为自变量,以大气污染物PM2.5、PM10、SO₂、NO₂、CO和O₃为因变量,在SPSS软件中分别选取线性、对数、三次、乘幂、指数5种函数类型进行研究,通过对比回归模型的拟合优度R²,选择最优拟合模型,探讨利用遥感数据反演气溶胶光学厚度监测大气污染的相关性。结果表明：气溶胶光学厚度与NO₂、PM2.5和PM10的最优拟合模型均为三次模型,其拟合优度R²分别是0.685、0.801和0.845;与O₃和SO₂的最优拟合模型为指数模型,其R²为0.367和0.482;与CO的最优拟合模型为对数模型,其拟合优度R²为0.810。该结果为分析大气气溶胶污染来源以及治理提供了数据。     

利用MODIS可见光波段反演陆地气溶胶光学厚度

利用Herold等建立的地表反射率库及MODIS遥感影像研究城市区和非城市区典型地物在可见光红蓝波段地表反射率的比值特性。在此基础上,利用MODIS 1km分辨率遥感影像红蓝可见光波段实现了气溶胶光学厚度的反演,采用卫星过境时间前后半小时北京和香河AERONET站的气溶胶光学厚度观测平均值作为验证参考。结果显示,66.67%的反演结果处于±0.05±0.15τ的误差界限内,反演算法不受地表反射率的限制,而且只利用了可见光红蓝波段,避免缺少近红外波段数据的限制。     

气溶胶光学厚度的分布特征及其与沙尘天气的关系

 利用MODIS卫星遥感光学厚度资料，分析了中国大气气溶胶光学厚度的时空分布特征，并与同期沙尘天气进行了对比和相关分析，结果表明：①中国主要内陆地区的气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Thickness，简称AOT)分布有4个高值区：①分别位于南疆盆地和青海\,甘肃、内蒙古中西部地区、四川盆地和长江黄河下游地区。②春季北方特别是西北的AOT值明显高于南方，冬季南北AOT值差别不大。③南疆盆地和内蒙古中东部地区AOT值随季节变化明显，而四川盆地、长江黄河下游地区AOT值没有明显的季节变化。④南疆盆地、青海、内蒙古等地区沙尘天气过程与AOT值同步变化。⑤在沙尘天气的多发区，气溶胶光学厚度与沙尘天气有较好的相关性；沙尘天气的少发区，气溶胶光学厚度与沙尘天气基本不相关。因此可以推断，中国北方，特别是干旱荒漠区，大气气溶胶主要来自沙尘天气过程引起的地面沙尘释放。     

上海市PM2.5浓度变化特征及其气象因子分析

对上海市2012-2016年PM_2.5质量浓度、气象因素数据资料进行整理统计,通过定性分析与定量计算相结合的方法,揭示近年来上海市PM_2.5浓度的变化特征及其污染状况;采用相关性分析,从温度、气压、相对湿度、风向、风速和降水量等方面探讨了PM_2.5浓度与气象因素之间的关联性。结果表明：上海市近5 a空气质量主要为优和良,污染天数所占全年比例在减少。PM_2.5浓度呈现出夏季低,冬季高的季节特征,而且8月PM_2.5浓度最低,处于16~36 μg·m^-3;PM_2.5的日变化呈现出双峰双谷结构,浓度峰值出现于8~9时和19~20时,且后者浓度更高。气温、气压、相对湿度的阈值分别出现在9.8℃、1 021.6 hPa、83%,最大PM_2.5在阈值处出现显著变化;最大PM_2.5浓度与累积风速和降水量呈现出对数关系,并且东北风和东南风的累积风速达到350 m·s^-1以上时,PM_2.5浓度基本减少至35 μg·m^-3;降水量越大,PM_2.5浓度越低。     

基于MODIS数据的城市光化学污染预警系统及预警等级研究

通过分析MODIS遥感数据反演的大气气溶胶光学厚度(AOD)与大气环境污染的关系,结果表明当空气清洁没有污染时,AOD小于0.3,当空气轻度污染时,AOD在0.3~1.0之间,当空气污染严重时,AOD大于1.0。在分析AOD与地面大气污染的关系的基础上,结合地面空气污染监测数据的空气污染指数,将城市光化学污染的预警等级分为无、微弱、较弱、较强和强五级,并对城市光化学污染预警系统进行了框架分析,为进一步建设城市光化学污染预警系统提供基础。     

高反射率地区气溶胶光学厚度遥感反演:现状及展望

气溶胶在地球大气辐射收支平衡和全球气候变化中扮演着重要的角色。利用卫星数据反 演水体、浓密植被等暗背景上空的气溶胶光学厚度已经达到了较高的精度, 而对于干旱、半干旱 以及城市等高反射率地区, 气溶胶光学厚度反演仍面临严峻挑战。高反射率地区气溶胶光学厚度 反演的困难主要是地表反射率的确定精度较低; 气溶胶的指示作用随着地表反射率的升高而降 低。为精确反演高反射率地区的气溶胶光学厚度, 国内外开展了大量的研究工作。本文介绍了对 比算法、高反差地表法等几种主要的反演方法, 介绍了这些方法的理论基础, 指出了它们的优势 与不足, 并分析了高反射率地区气溶胶光学厚度反演的发展前景。     

基于分布式感知深度神经网络的高分辨率PM2.5值估算

细颗粒物(PM2.5)个体暴露水平是健康效应研究中的关键问题,然而历史数据缺失和地面监测点覆盖范围小阻碍了相关研究.基于美国国家航空航天局遥感数据提供的气溶胶光学厚度(AOD),融合地面监测、气象等多源数据进行建模来估算近地面PM2.5浓度,所得结果的空间覆盖范围广、时间连续性强、方法成本低.本文基于2018年京津冀鲁...     

典型干旱区沙尘气溶胶光学厚度及粒度谱分布的初步分析

利用中国科学院沙坡头沙漠试验研究站2001年9月至2002年5月的太阳光度计辐射资料,计算了该地区各月平均大气气溶胶光学厚度（AOT）,并对该地区秋、冬、春三季平均的光学厚度进行了比较,同时对日变化也作了分析。此外,从反演的粒度谱分布也可以看出,春季该地区大气中的气溶胶粒子含量远大于冬、秋两季,并可以反映出春季大气层结的不稳定性,但反演方法的精度有限,还有待进一步提高。     

南极长城站云和气溶胶光学特性的遥感和分析

本文根据光度计和半球辐射计观测的资料、分析了1988年12月至1989年2月南极长城站云和气溶胶光学厚度以及气溶胶的谱分布。结果表明,在长城站夏季,云和气溶胶的光学厚度都较大,其均值分别为12.7和0.094。     

中国高耗能产品生产与区域PM2.5浓度的动态关联效应——基于省级尺度的分析

面向经济高质量发展及实现“双碳”战略目标,中国传统能源密集型产业发展的资源环境效应备受学界关注。基于2000—2017年中国31个省（直辖市、自治区）的面板数据,通过构建面板向量自回归模型（PVAR）,结合脉冲响应分析和方差分解及动态系统GMM模型,探究中国火电、水泥、钢铁、焦炭等典型高耗能产品的生产规模与区域PM_2.5污染的动态关联效应。结果表明：① 短期内,省域PM_2.5浓度具有明显的时间惯性,火电、水泥、钢铁、焦炭产业规模的短期波动对其冲击影响有限;② 动态影响显示,区域钢铁生产规模对PM_2.5浓度的影响程度最大,火电、焦炭行业次之;③ 长期影响结果显示,钢铁、焦炭产业的扩张加剧了PM_2.5污染,而火电、水泥产品生产规模未与PM_2.5污染表现出同步特征;④ 区域PM_2.5污染成因具有复合性,研究期内控制变量如地区经济规模、工业化程度、城镇化率的提高加剧了PM_2.5污染,地方政府环境污染治理力度越弱则PM_2.5污染程度越重。中国在高耗能产品生产规模逐年增加的情况下,有效地控制了区域PM_2.5污染的加剧。未来应进一步提高行业标准,通过技术创新和产业结构升级控制污染物排放强度;增强地方政府对环境污染的治理力度;研究能源原材料产业的适度产能规模,在满足中国新型基础设施、新型城镇化等重大工程建设对基础原材料产业需求的同时,实现环境质量的优化。     

Spatio-temporal modeling of PM2.5 concentrations with missing data problem: a case study in Beijing,China

ABSTRACT

One of the major challenges in conducting epidemiological studies of air pollution and health is the difficulty of estimating the degree of exposure accurately. Fine particulate matter (PM_2.5) concentrations vary in space and time, which are difficult to estimate in rural, suburban and smaller urban areas due to the sparsity of the ground monitoring network. Satellite retrieved aerosol optical depth (AOD) has been increasingly used as a proxy of ground PM_2.5 observations, although it suffers from non-trivial missing data problems. To address these issues, we developed a multi-stage statistical model in which daily PM_2.5 concentrations can be obtained with complete spatial coverage. The model consists of three stages – an inverse probability weighting scheme to correct non-random missing patterns of AOD values, a spatio-temporal linear mixed effect model to account for the spatially and temporally varying PM_2.5-AOD relationships, and a gap-filling model based on the integrated nested Laplace approximation-stochastic partial differential equations (INLA-SPDE). Good model performance was achieved from out-of-sample validation as shown in R² of 0.93 and root mean square error of 9.64 μg/m³. The results indicated that the multi-stage PM_2.5 prediction model proposed in the present study yielded highly accurate predictions, while gaining computational efficiency from the INLA-SPDE.     

大气污染物排放量与颗粒物环境空气质量的空间非协同耦合研究——以武汉市为例

针对区域大气污染物排放量与空气质量在时空分布上存在不完全协同、匹配的现象,论文选择SO₂、NO_X、PM_2.5、CO和VOCs作为大气污染物指标,选择气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth, AOD)表征颗粒物环境空气质量,以武汉市为例,综合应用耦合模型和空间错位指数模型研究2类指标之间的空间非协同耦合规律。主要结论如下：① 武汉市大气污染物排放量与颗粒物空气质量具有不同空间分布特征,大气污染物排放量呈现由城市中心城区向远城区递减的趋势,其中SO₂、PM_2.5和VOCs的排放具有明显的中心聚集现象,而NO_X和CO聚集现象不显著,且与道路分布明显相关;AOD分布具有明显的空间差异性,总体上呈由西北向东南依次递减的趋势。② 武汉市大气污染物排放与颗粒物空气质量的空间非协同耦合规律：越靠近城市中心城区,空间协同耦合现象越显著,空间错位现象越弱;越远离主城区,空间非协同耦合现象越显著,空间错位现象越显著;SO₂排放量与AOD在武汉市远城区的空间错位指数均大于0.7,且耦合度指数小于0.3,呈现较强的非协同耦合特征,NO_X、VOCs、PM_2.5的排放量与AOD在武汉中心城区的空间错位指数均小于0.5,且耦合度指数大于0.5,协同耦合现象较为显著。③ 基于时空非协同耦合分析城市大气环境污染治理建议：针对污染物与AOD空间错位不显著的城市中心城区,以本地减排治理为主;针对污染物与AOD空间错位显著的远城区,应在污染溯源分析的基础上进行区域协调综合治理。     

2001-2010年非洲大气PM2.5污染浓度空间格局演化

基于NASA的全球大气PM2.5年均污染浓度栅格数据,通过对非洲行政边界矢量化、分区统计各国大气PM2.5浓度均值及建立空间数据库,利用重力模型、ESDA模型及GIS空间统计分析方法,对非洲52个主要国家（地区）2001 – 2010年间的大气PM2.5污染浓度时空格局特征演化进行探究,并依据时间序列特征将研究对象划分为8类。研究结果表明：（1）2001-2010年非洲大气PM2.5污染浓度大致呈现“中间高、南北低;西部高、东部低”的空间特征;其中高值区集中分布在非洲西部几内亚湾附近的尼日利亚、刚果与喀麦隆等国家,低值区则广泛地分布在北非、南非以及非洲东南部印度洋沿岸地区或岛屿。（2）基于ESDA模型的空间自相关分析发现PM2.5浓度“高-高”热点区主要集聚在几内亚湾附近主要国家,“低-低”冷点区集中在东南部印度洋沿岸的南非、莫桑比克与马达加斯加岛。（3）时序上2001-2010年非洲PM2.5年平均污染浓度呈现明显下降趋势,其中32个国家（占研究区总数的61.54%）2010年PM2.5污染年均浓度低于2001年。（4）从自然环境条件及社会经济因素两方面浅析其空间格局主要成因：几内亚湾沿岸是非洲PM2.5污染最严重的地区,因其人口稠密且高度依赖石油产业;非洲东南部地区PM2.5污染最轻,得益于其良好的自然环境条件及低污染的支柱产业。     

2003-2016年中国PM2.5质量浓度时空格局演变及影响因素解析

以中国286个主要地级市为研究区域,基于2003—2016年中国地级市大气PM_2.5质量浓度栅格数据及各地级市社会经济数据,运用空间自相关和空间面板杜宾模型,揭示了中国地级市PM_2.5质量浓度的时空格局与影响因素。研究显示：(1)中国PM_2.5污染在时序演化上呈“M”型波动态势,在空间分布上以胡焕庸线为界呈现出“东高西低”的集聚型格局;(2)中国地级市PM_2.5污染在空间效应上呈现出显著的正相关性,表明区域间大气污染存在交互影响;(3)人口密度与非农产业从业人员占比对PM_2.5质量浓度升高的贡献最大,而液化石油气供气总量与第三产业占GDP的比重对PM_2.5有较为显著的负向消减作用。     

中国气溶胶分布的地理学和气候学特征

中国人口地理分界线——胡焕庸线根据人口、地理,气候和经济等特点把中国(不包括港、澳、台地区)分为东、西两部分。用2000~2010年MODIS大气气溶胶光学厚度(AOD)资料,分析气溶胶分布的地理学和气候学特征后发现,胡焕庸线还可被视为中国气溶胶地理学的分界线,在其两侧气溶胶的性质和浓度都有明显差别。在人口稠密和海拔较低的东部,由人类活动产生的气溶胶为主,年平均AOD约为0.45;在西部,自然过程释放的气溶胶主导的AOD约为0.25。近10 a来东部AOD的年际间变化呈现增加趋势,西部AOD出现微弱减少的趋势。东部人为气溶胶年际间变化受亚洲季风影响。西部自然气溶胶年际间变化主要受沙漠地区沙尘气溶胶排放源的影响,沙尘天气过程主要控制其气溶胶的释放。