基于MODIS影像江西省气溶胶时空分布变化遥感分析

使用2000—2018年的MODIS MOD04_3K气溶胶标准产品对江西省气溶胶光学厚度(AOD)进行提取。通过合成年均值、月均值和季均值AOD数据,分析550 nm处气溶胶光学厚度的时空变化特征。结果表明:2006年与2014年为两个波峰,南昌市、宜春市等人为活动频繁的中北部地区AOD值偏高,省边缘及南部AOD值较低。利用19年各月数据合成月均值AOD,发现AOD值从3月开始增大,5月达到最大值,在7—8月AOD值减小,直至12月达到最小。AOD值季节差异较大,随春夏秋冬四季依次降低。研究影响因子时,发现高程和降水量与AOD值成反比,人口密度与AOD值成正比,土地利用类型中的林地地区AOD值在0.5以下,而耕地地区与居民区的AOD值较高。     

华北地区气溶胶光学厚度时空分布特征研究

华北地区一直是我国颗粒物污染最严重的地区之一,深入研究该地区近年来气溶胶光学厚度(AOD)空间分布和时间变化特征,能够为其环境治理提供决策支持.文章基于2014—2019年VIIRS IP 550 nm的AOD数据,系统分析了华北地区AOD的时空演化与空间分异特征.结果表明:2014—2019年,华北地区AOD月均差异...     

黄河流域气溶胶时空异质性及影响因素分析

基于大尺度黄河流域的长时序气溶胶光学厚度(AOD)的分析较少,且因素分析也集中在气象条件方面,针对该问题,搜集了MODIS气溶胶产品数据,基于地理加权回归模型(GWR)分析了整个黄河流域的时空变化特征,定量探讨了地理环境、自然气象和社会经济对AOD的综合影响。结果表明：黄河流域AOD整体为下降趋势,由2001年的0.38下降至2020年的0.22。AOD的变化具有明显的季节性,春夏季高于秋冬季,这可能是气温、大气扩散条件和植被覆盖等因素共同作用的结果;从空间分布角度来看,研究区AOD为自西向东呈现梯度递增分布,与流域DEM分布趋势相反,说明地形与气溶胶之间有密切关联。基于GWR模型的研究结果表明：地形植被对整个黄河流域AOD影响程度最大,其次为社会经济、自然气象。针对黄河流域内重点城市的研究结果表明：不同城市气溶胶光学厚度的月际变化有较大差异,流域上游城市西宁、银川和包头的AOD水平较低,冬季AOD最高,夏季AOD最低,而中下游城市夏季AOD最高,冬季最低。     

城市AOD时空分布及与颗粒物浓度关系研究

城市气溶胶光学厚度的研究对区域性大气污染的防治有重要作用,文章以GIS为平台,探讨了德州市2012年(采暖季、风沙季和非采暖季)气溶胶光学厚度的时空分布特征以及AOD与近地面颗粒物浓度的关系.结果表明:2012年德州市气溶胶光学厚度时间变化趋势为风沙季＞采暖季＞非采暖季,采用提出的能见度大气总订正因子,能使修正后的TSP、PM10、PM2.5与AOD的线性相关系数分别达到0.714、0.649和0.657,在二次回归方程中相关系数分别达到了0.727、0.701和0.686.     

北京市Himawari-8AOD与PM2.5质量浓度相关性分析

基于2016年Himawari-8 AOD产品、地面监测PM_(2.5)质量浓度以及相关气象资料,分析了北京市AOD与PM_(2.5)质量浓度的相关性。通过与全球自动观测网AOD产品比较,对Himawari-8 AOD进行精度评估,结果显示二者表现出显著的相关性,表明Himawari-8 AOD产品能有效表征气溶胶光学厚度的变化,适用于北京地区气溶胶的相关研究。研究结果表明:Himawari-8 AOD数据与近地面PM_(2.5)质量浓度相关性较弱,决定系数R2为0. 384 2。以气象资料中边界层高度对Himawari-8 AOD进行垂直订正,订正后AOD与PM_(2.5)的相关性显著提高,决定系数R2为0. 483 2。引入相对湿度进行湿度订正及垂直-湿度订正,二者的相关性显著降低。结合IMPROVE观测的气溶胶吸湿增长特征,采用相对湿度分区订正的方法可以提高Himawari-8 AOD与近地面PM_(2.5)的相关性,可作为辅助监测北京市近地面PM_(2.5)质量浓度的有效方法。     

基于CALIPSO数据的沿海区域气溶胶光学特性时空特征

气溶胶可以直接和间接地影响大气辐射,从而对全球气候产生重要影响。利用AERONET地基气溶胶光学厚度观测数据对CALIPSO气溶胶光学厚度数据进行验证,并利用2010年3月至2020年2月的CALIPSO Level 2数据产品分析了沿海区域及两个典型区域(京津区域和珠江三角洲区域)气溶胶光学特性时空分布,通过分析气溶胶光学厚度、消光系数、退偏比和色比得到沿海区域及两个典型区域气溶胶光学特性的变化特征。结果表明:①沿海区域气溶胶光学厚度存在明显的时空分布特征及季节变化规律,整体呈现北高南低的分布; 沿海区域北部气溶胶光学厚度夏季最大,南部春季最大,南、北部夏季气溶胶光学厚度差值最大。②沿海区域北部的天津及河北中部气溶胶消光系数较大,消光范围主要集中在4 km以下,气溶胶色比及退偏比较大; 沿海区域中部秋季和冬季气溶胶消光系数高值范围大于沿海区域北部; 沿海区域南部气溶胶消光系数四季都较小,消光范围主要集中在2 km以下,气溶胶退偏比较小,但气溶胶色比较大。③京津区域气溶胶光学厚度总体高于珠江三角洲区域; 京津区域夏季气溶胶光学厚度平均值最大,珠江三角洲区域春季气溶胶光学厚度平均值最大; 两个典型区域气溶胶光学厚度整体呈下降趋势。④京津区域每年消光系数都偏大,消光系数高值集中于夏季,2017年气溶胶消光系数开始逐渐减少,气溶胶退偏比及色比相对较大,两者随着高度的增加大体上也呈现增加趋势,该区域主要以非球形大颗粒气溶胶为主; 珠江三角洲区域气溶胶消光系数整体小于京津区域,春季气溶胶消光系数较大,气溶胶退偏比较小,粒子偏球形,但气溶胶色比较大,说明粒子颗粒比较大。     

基于MODIS气溶胶产品的南昌市PM_(10)质量浓度反演研究

该文使用2017年MODIS MYD04_3K气溶胶光学厚度日产品数据、南昌市环境监测站点实测的PM_(10)质量浓度数据建立AOD与PM_(10)的相关性,并利用水平能见度数据以及相对湿度数据对AOD进行订正,进一步提高两者的相关性以反演南昌市PM_(10)质量浓度.得出结论:①当AOD与PM_(10)质量浓度直接相关时,相关系数较低,仅为0.552.在对AOD进行垂直—湿度订正后,其与PM_(10)质量浓度的相关系数提高到0.714.②利用订正后AOD与PM_(10)质量浓度的最优拟合模型反演PM_(10)质量浓度,发现其与站点实测的PM_(10)质量浓度的相关系数为0.774,反演效果较好.表明MODIS MYD04_3K气溶胶产品在经过垂直—湿度订正后,可以作为南昌市PM_(10)质量浓度监测的一个有效手段.     

基于MODIS的春、夏季中国近海气溶胶对于云参数的影响差异研究

通过分析中国近海MODIS数据中气溶胶参数与云参数的相互关系,讨论了该区域气溶胶的间接效应及其对于云的可能影响.结果表明,在中国近海,气溶胶具有明显的间接效应,而且由于气溶胶种类和水汽的季节变化,使得气溶胶的间接作用具有很强的时间变化特征.在夏季,由于人为气溶胶占主导,它作为有效的云凝结核,使得气溶胶光学厚度(AOT)分别与云凝结核数(CCN)有正相关、与云滴有效半径(CER)有负相关性、与云光学厚度(COT)也存在着正相关,气溶胶的间接效应明显;在春季,由于沙尘气溶胶盛行,同时沙尘并不是很好的云凝结核,使得气溶胶光学厚度(AOT)分别与云凝结核数(CCN)的正相关减弱、与云滴有效半径(CER)则由夏季的负相关变为正相关、与云光学厚度(COT)存在弱的负相关,气溶胶的间接效应不明显.     

2011～2020年华北平原气溶胶光学厚度时空分布特征及潜在源分析

随着经济高速增长和城市化进程不断加快,华北平原区域性空气污染问题愈演愈烈。针对该区域开展长时序气溶胶光学厚度时空分布特征和潜在源分析研究,对华北平原大气污染治理具有重要意义。基于长时序MODIS/Terra C6.1 MOD04_L2气溶胶光学厚度产品,分析华北平原气溶胶光学厚度的时空分布特征,并利用后向轨迹聚类分析讨论华北平原7个重点城市气团输送的季节变化,并以污染较为严重的河北石家庄为例进行潜在源分析和浓度权重分析,探究影响其大气质量的污染物潜在源区。结果表明:2011～2020年华北平原气溶胶光学厚度月均值呈显著的周期性变化,以年为周期,每个周期内峰值一般出现在6月至8月; 气溶胶光学厚度月际年内呈单峰分布,峰值出现在6月(0.75),最小值出现在12月(0.37); 气溶胶光学厚度季均值从大到小依次为夏季(0.67)、春季(0.59)、冬季(0.49)、秋季(0.46); 10年间气溶胶光学厚度呈下降趋势,整体下降幅度达36.84%,其中2011年最高(0.72),2018年最低(0.45); 华北平原7个重点城市春、夏、秋、冬四季主要受短距离气团输送影响较大,长距离气团输送影响较小; 2014～2020年河北石家庄的空气质量优良天数占比相对较小,空气质量状况差,影响其空气质量的污染物多为本地生成,同时也受周边省市近距离输送的影响。     

济南市颗粒物污染MODIS遥感反演方法研究

根据美国国家航空和宇航局(NASA)中分辨率成像光谱仪(MODIS)遥感大气气溶胶业务算法,利用暗像元法对济南市2005年11月底至12月初MODIS数据进行分析,反演得到在此期间济南市气溶胶光学厚度时空分布.在此基础上,通过查算表得到了气溶胶光学厚度与红蓝通道地表和表观反照率的统计关系,并根据气溶胶光学厚度与地表可吸入颗粒物浓度线性关系,得到可吸入颗粒物浓度的直接反演体系.     

单星多角度法同时反演气溶胶光学厚度和地表反射率

尝试以单星多角度卫星观测数据同时反演晴空陆地的气溶胶光学厚度和地表反射率,并选取2009年5月的MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)1B资料进行了反演试验.结果表明:单星多角度法反演得到的气溶胶光学厚度结果与MODIS气溶胶产品(MOD04)平均值的相关系数为0.7914;反演的地表反射率结果与MODIS地表反射率产品(MOD09)也具有较好的一致性.对直接利用单星多角度观测数据反演获得一段时间内平均的气溶胶光学厚度进行了有益的尝试.     

湖北省PM_(2.5)质量浓度遥感估算与时空分布特征

针对地面站点稀疏不足以提供高空间覆盖、高空间分辨率的面域PM_(2.5)数据支撑区域细颗粒物污染防治的问题,以湖北地区2015—2017年的MODIS卫星遥感气溶胶光学厚度(AOD)产品数据为主预测量,结合温度、湿度、风速、压强等气象参数和植被指数数据等辅助预测量,建立了AOD-PM_(2.5)关系逐日变化的线性混合效应(LME)模型,用于估算湖北地区的PM_(2.5)浓度水平.利用十折交叉验证方法进行了模型精度评估.结果表明:1) 2015—2017年的交叉验证R2分别达到0.89、0.85和0.88,利用MODIS AOD数据反演近地面PM_(2.5)质量浓度的线性混合效应模型能很好地用于区域细颗粒物遥感监测; 2)省内PM_(2.5)质量浓度空间差异显著,鄂东、鄂南和鄂北高,鄂西北和鄂东南低; 3)全省PM_(2.5)估算时空数据年均值呈下降态势,分别为65.6±39.8、57.1±34.1和48.1±28.3μg/m~3,各市除随州、咸宁2016、2017年年均值持平外,都呈下降趋势.     

烟尘气溶胶光散射特性的数值模拟研究

为研究光在烟尘气溶胶介质中的传输特性,通过Mie散射算法对单个烟尘颗粒的光学参数(单次反照率、不对称因子等)进行了数值计算.基于辐射输运理论,采用蒙特卡罗法模拟了光在烟尘气溶胶介质中的传输过程,分析研究了在不同颗粒粒径、入射波长以及粒子数密度条件下,入射光通过烟尘气溶胶介质的透射率随光学厚度以及散射光强随散射角的变化规律.研究结果表明:入射波长增大,烟尘颗粒的散射能力减弱,通过烟尘气溶胶介质的光强透射率增大;烟尘颗粒粒径增大,烟尘颗粒的散射能力增强,通过烟尘气溶胶介质的光强透射率减小,且当烟尘颗粒粒径较大(如1μm)时,烟尘颗粒的光学特性变化平缓.     

基于MM5-Models-3/CMAQ的中国地区大气污染模拟

采用MM5-Models-3/CMAQ区域空气质量模拟系统,以2005年1、4、7和10月为模拟时段,对中国地区的SO2、NO2和颗粒物(PM)等大气污染物的浓度进行了模拟,应用卫星遥感数据,对包括NO2柱浓度和气溶胶光学厚度(AOD)等模拟结果进行了进一步的验证。从模拟结果与监测资料对比分析中可以看出,该模式能较好地模拟出几种污染物的空间分布格局,尤其是我国的京津冀地区,长江三角洲地区和珠江三角洲地区等三大经济圈的模拟结果与监测结果较吻合。中国地区的大气污染呈现出区域性的特征,且在时空分布上东西部地区存在明显的差异,经济发达地区的污染较为严重。CMAQ计算结果与卫星遥感数据有很好的相关性,该模拟系统对中国地区的大气污染物特征具有良好的模拟能力。     

松江区大气气溶胶光学厚度对PM_(2.5)浓度的影响

探讨了大气气溶胶光学厚度在大气污染研究中的实用性,通过获取美国国家航空航天局和上海市松江区环境保护局的相关数据,针对松江区大气气溶胶光学厚度对细颗粒物(粒径≤2.5μm的颗粒物,PM2.5)浓度(质量浓度,全文同)的影响进行相关性分析,建立了最优回归模型,并进行了精度检验,同时对未来PM2.5浓度进行了预测.     

拥堵环境下道路交通对城市空气质量的影响

针对交通拥堵、雾霾(空气质量)等研究热点问题,以济南市主城区为例,定量分析了高峰拥堵延时指数、交通拥堵等对城市空气质量的影响,结合遥感反演气溶胶光学厚度(aerosol optical depth, AOD),构建基于地理加权回归(geographically weighted regression, GWR)模型定量的分析拥堵环境下道路交通对空气质量的影响。研究结果表明:高峰拥堵延时指数与空气质量指数(air quality index, AQI)有较强的相关性,即交通运行状况对空气质量有较大影响。GWR模型细化了AQI的分布特征,表征了道路交通参数的局部空间变化。在交通拥堵条件下,道路的面积占有率对区域内空气质量的影响最大。本研究对交通规划具有一定的指导意义,为交通规划、控制提供支撑和依据。     

粉末气溶胶红外消光作用的试验与理论分析

从气溶胶光电干扰的角度出发简单叙述了气溶胶的形成过程 (分散法和凝聚法 )和试验研制的气溶胶的基本特征 ,并对气溶胶抑制红外辐射的机理 (散射和吸收 )作了简单分析 ,测试研究了试验用粉末气溶胶两个厚度下的衰减效果 ,理论上尝试了两种分析气溶胶遮蔽效果的计算方法 (瑞利散射和 Mie散射 )。最后应用瑞利散射理论 ,尝试计算了粉末气溶胶的遮蔽效果 ,在一定范围内 ,计算值与试验值能够极好的相符合     

粉末气溶胶红外消光作用的试验与理论分析

从气溶胶光电干扰的角度出发简单叙述了气溶胶的形成过程(分散法和凝聚法)和试验研制的气溶胶的基本特征，并对气溶胶抑制红外辐射的机理(散射和吸收)作了简单分析，测试研究了试验用粉末气溶胶两个厚度下的衰减效果，理论上尝试了两种分析气溶胶遮蔽效果的计算方法(瑞利散射和Mie散射)。最后应用瑞利散射理论，尝试计算了粉末气溶胶的遮蔽效果，在一定范围内，计算值与试验值能够极好的相符合。     

冬季沙尘暴的源头气溶胶光学特性及远距离输送分析

通过地面探测设备和卫星数据相结合的方式,利用气溶胶的光学特性研究新疆、甘肃等西北省份2016年11月17日至18日遭受强烈沙尘暴的来源和发展过程。利用地面探测设备对源头附近的沙尘气溶胶的消光系数、光学厚度和能见度等光学参数进行实地测量,利用卫星数据对沙尘暴的产生路径、形成过程和消散原因进行分析,初步给出了冬季沙尘暴不容易扩散至中国东部地区的原因。     

脉冲腐蚀法制备的多孔硅对乙醇气体的响应

采用电化学脉冲腐蚀法,在P型单晶硅片上制备了多孔硅(Porous Silicon,PS).以制备的多孔硅为传感元件,利用电感耦合器件(CCD)记录了乙醇蒸汽的反射干涉图.反射光谱经IGOR软件进行傅里叶变换后,得到多孔硅的光学厚度值,并以此为依据探讨多孔硅对乙醇蒸汽的传感特性.实验结果表明,当PS膜暴露于乙醇蒸汽中时,反射谱吸收峰位发生红移,相应的光学厚度也发生红移;当乙醇气体体积分数大于500×10-6时。PS的光学厚度急剧增大.