王毅+李光輝+黃同新+葉杰+王海俠

摘要：從HJ-1的CCD數(shù)據(jù)出發(fā)，利用暗目標(biāo)法反演出AOD并制作了AOD分布圖，AOD經(jīng)過標(biāo)高訂正和濕度訂正，得到近地面“干”消光系數(shù)（AODSEC-RH），將AODSEC-RH與地面觀測站點PM10進(jìn)行了比較分析，建立了AODSEC-RH與PM10之間的模型關(guān)系，根據(jù)AOD與AODSEC-RH以及AODSEC-RH與PM10之間的關(guān)系，對AOD分布圖經(jīng)過波段運算得出了PM10衛(wèi)星遙感監(jiān)測分布圖。

關(guān)鍵詞：氣溶膠光學(xué)厚度；近地面“干”消光系數(shù)；可吸入顆粒物；衛(wèi)星遙感監(jiān)測分布圖

1 研究背景

現(xiàn)今社會經(jīng)濟發(fā)展迅猛，對資源大量消耗的同時也對大氣環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞，社會、經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展也面臨著不同程度的挑戰(zhàn)。霧霾天氣越來越嚴(yán)重，影響著人們的身體健康。因此，當(dāng)前日益惡化的環(huán)境問題，越來越受到政府和民眾的關(guān)注[1]。選擇及使用有效合適的監(jiān)測方法，對監(jiān)測方法的思考研究也促成對大氣污染監(jiān)測的技術(shù)和方法不斷地改進(jìn)和發(fā)展，并在環(huán)境污染治理中發(fā)揮著重要的作用[2]。

大氣顆粒物（亦稱氣溶膠）是指分散在大氣中的固態(tài)或液態(tài)的顆粒狀物質(zhì)，其半徑大約為0.1～10 μm，大氣氣溶膠是影響城市空氣質(zhì)量的主要污染物，對局地甚至區(qū)域性環(huán)境產(chǎn)生危害[3]。按照空氣動力學(xué)直徑（Dp）劃分，大氣顆粒物包括總懸浮顆粒物TSP（Dp≤100 μm）和可吸入顆粒物PM10（Dp≤10 μm），其中PM10又可分為細(xì)粒子PM2.5（Dp≤2.5 μm）和粗粒子（2.5 μm

環(huán)境一號AB衛(wèi)星于2008年9月成功發(fā)射，環(huán)境一號AB星的載荷包括CCD傳感器、紅外相機和超光譜成像儀。AB星分別攜帶兩臺寬覆蓋多光譜CCD相機，聯(lián)合工作可以共同完成對地刈寬為720 km、分辨率為30 m、4個譜段的推掃成像[8]。HJ-1A/B的這種較高空間、時間分辨率和寬覆蓋等特點[9]，比較適合于進(jìn)行大氣污染遙感反演的研究。

研究從HJ-1的CCD數(shù)據(jù)出發(fā)，利用暗目標(biāo)法反演出AOD并制作了AOD分布圖，AOD經(jīng)過標(biāo)高訂正和濕度訂正，得到近地面“干”消光系數(shù)（AODSEC-RH），AODSEC-RH與地面觀測站點PM10比較分析，建立了AODSEC-RH與PM10之間的模型關(guān)系，根據(jù)AOD與AODSEC-RH以及AODSEC-RH與PM10之間的關(guān)系，對AOD分布圖經(jīng)過波段運算得出PM10衛(wèi)星遙感監(jiān)測分布圖。

2 研究區(qū)概況

研究對象是鄭州市的主城區(qū)，即選擇的區(qū)域為鄭州市轄區(qū)，鄭州市區(qū)面積600km2，位于東經(jīng)112°42′～114°13′，北緯34°16′～34°58′之間，鄭州市的東西寬166 km，南北長75 km。

鄭州市北臨黃河，西依嵩山，東南為黃淮平原，東面是開封市，西面為洛陽市，南面是許昌市，北面為焦作市和新鄉(xiāng)市。鄭州市屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，春季干旱少雨，夏季炎熱多雨，秋季晴朗日照長，冬季寒冷少雪（圖1）。

3 數(shù)據(jù)

在研究中使用了各種數(shù)據(jù)包括環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)以及地面監(jiān)測站點的觀測數(shù)據(jù)。

3.1 環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)

所選擇的環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)為2015年4月28日的HJ-1的CCD數(shù)據(jù)。

3.2 監(jiān)測站點數(shù)據(jù)

鄭州市設(shè)立了8個環(huán)境空氣質(zhì)量地面監(jiān)測站點，這8個監(jiān)測站點分別是：市監(jiān)測站、煙廠、醫(yī)學(xué)院、鄭紡機、銀行學(xué)校、供水公司、四十七中、十一中（圖2）。

3.3 氣象數(shù)據(jù)

結(jié)合環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)的日期，選擇了相應(yīng)日期的氣象數(shù)據(jù)。氣象數(shù)據(jù)包括了風(fēng)速（風(fēng)級、風(fēng)向）、相對濕度和能見度數(shù)據(jù)。

4 研究方法

4.1 HJ-1反演AOD

以2015年4月28日的HJ-1的CCD數(shù)據(jù)為例利用暗目標(biāo)法進(jìn)行了大氣層氣溶膠光學(xué)厚度（AOD）的反演，反演的AOD結(jié)果制作AOD分布圖如圖3所示。

圖3中左邊的圖例標(biāo)示了AOD的值，不同的色調(diào)深淺代表了不同的AOD取值范圍，從圖例中數(shù)值所標(biāo)示的顏色可以看出，淺色代表AOD值的較低的值，較深代表AOD值位于中間的值，最深代表AOD值的較高的值。

4.2 AOD的訂正

AOD進(jìn)行標(biāo)高訂正和濕度訂正，得到近地面“干”消光系數(shù)（AODSEC-RH）。

4.3 AODSEC-RH與PM10觀測值比較線性相關(guān)性

根據(jù)8個監(jiān)測站點的經(jīng)緯度坐標(biāo)（表1）取AODSEC-RH值的平均值與8個監(jiān)測點的PM10實際觀測值進(jìn)行對照比較（濃度值的單位均為μg/m3）。

日期回歸模型R2

2015年4月28日y=1.068x+4.5790.798

通過AODSEC-RH與PM10觀測值比較散點圖（圖4），得出了PM10與AODSEC-RH之間的回歸模型，PM10-AODSEC-RH回歸模型為y=1.068x+4.579，R2為0.798，說明PM10與AODSEC-RH之間具有很好的相關(guān)性。

4.4 PM10衛(wèi)星遙感監(jiān)測分布

在2015年4月28日的AOD分布圖前提下，根據(jù)AOD與AODSEC-RH以及AODSEC-RH與PM10之間的關(guān)系，對AOD分布圖利用ENVI的波段運算得出了2015年4月28日的PM10衛(wèi)星遙感監(jiān)測分布圖。

2012年3月1日的新國標(biāo)（GB3095-2012）中規(guī)定，PM10的濃度限值（μg/m3）可以按一級標(biāo)準(zhǔn)50、二級標(biāo)準(zhǔn)150進(jìn)行劃分。

依照上述的標(biāo)準(zhǔn)，按一級標(biāo)準(zhǔn)50、二級標(biāo)準(zhǔn)150為節(jié)點，分類了2015年4月28日反演的PM10，重新得出了衛(wèi)星遙感監(jiān)測分布顯示如圖5。

圖5中依照圖中右上方的圖例所示，PM10濃度值依照由低值向高值遞增。

5 結(jié)語

由HJ-1的CCD數(shù)據(jù)利用暗目標(biāo)法反演出AOD并制作了AOD分布圖，AOD經(jīng)過標(biāo)高訂正和濕度訂正，得到近地面“干”消光系數(shù)（AODSEC-RH），AODSEC-RH與地面觀測站點PM10比較分析，建立了AODSEC-RH與PM10之間的模型關(guān)系，根據(jù)AOD與AODSEC-RH以及AODSEC-RH與PM10之間的關(guān)系，對AOD分布圖經(jīng)過波段運算得出PM10衛(wèi)星遙感監(jiān)測分布圖。

制作PM10衛(wèi)星遙感監(jiān)測分布圖可以得出城市的PM10的空間分布，這樣不僅使城市內(nèi)各個地方的污染情況能夠憑圖說話，一目了然；而且也為城市PM10污染物時空分布變化研究提供數(shù)據(jù)方面的支持，對于進(jìn)一步地研究城市的污染源以及區(qū)域輸送等方面具有重要的意義。城市的PM10衛(wèi)星遙感監(jiān)測分布圖對城市進(jìn)行大氣污染的治理能夠提供幫助，為有效地改善城市的大氣污染環(huán)境做出積極的貢獻(xiàn)。

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