利用激光雷达和卫星遥感获得城市地面大气悬浮颗粒物浓度分布

使用香港元朗地区2008年MODIS卫星遥感的气溶胶光学厚度(AOD)产品、激光雷达气溶胶消光系数垂直分布、地面相对湿度和地面气溶胶浓度观测资料等数据, 通过激光雷达数据建立地面消光系数和激光雷达AOD与气溶胶标高的关系, 利用这一关系和卫星AOD进行地面消光系数的反演估计, 并进行湿度订正; 通过建立地面气溶胶浓度和地面消光系数的关系, 进行卫星AOD产品和激光雷达气溶胶探测反演地面大气颗粒物质量浓度的研究及应用。结果表明, 卫星估计的地面消光系数与小时平均的颗粒物质量浓度观测值的相关系数为0.57~0.86 (PM2.5)和0.59~0.78 (PM10), 估计的质量浓度与小时平均的观测值对比的均方根偏差分别为11.64~25.34 g/m³ (PM2.5)和24.64~91.64 g/m³ (PM10), 表明可以通过卫星遥感进行大气悬浮颗粒物污染的监测应用。其中1 km分辨率的AOD产品, 因其更高的空间分辨率, 更适合反映具有复杂地形的城市地区大气悬浮颗粒物污染。     

利用激光雷达和卫星遥感获得城市地面大气悬浮颗粒物浓度分布

使用香港元朗地区2008年MODIS卫星遥感的气溶胶光学厚度(AOD)产品、激光雷达气溶胶消光系数垂直分布、地面相对湿度和地面气溶胶浓度观测资料等数据,通过激光雷达数据建立地面消光系数和激光雷达AOD与气溶胶标高的关系,利用这一关系和卫星AOD进行地面消光系数的反演估计,并进行湿度订正;通过建立地面气溶胶浓度和地面消光系数的关系,进行卫星AOD产品和激光雷达气溶胶探测反演地面大气颗粒物质量浓度的研究及应用。结果表明,卫星估计的地面消光系数与小时平均的颗粒物质量浓度观测值的相关系数为0.57~0.86(PM2.5)和0.59~0.78(PM10),估计的质量浓度与小时平均的观测值对比的均方根偏差分别为11.64~25.34μg/m3(PM2.5)和24.64~91.64μg/m3(PM10),表明可以通过卫星遥感进行大气悬浮颗粒物污染的监测应用。其中1 km分辨率的AOD产品,因其更高的空间分辨率,更适合反映具有复杂地形的城市地区大气悬浮颗粒物污染。     

基于MODIS数据的地面颗粒物浓度估算方法

提出了一种基于卫星遥感数据的近地面颗粒物质量浓度(PM值)估计方法 .采用Terra/MODIS卫星数据和基于连续两天MODIS数据的气溶胶光学厚度反演算法,反演出无锡地区的气溶胶光学厚度;再利用所反演的气溶胶光学厚度与地面实测颗粒物质量浓度数据进行分析,得出颗粒物质量浓度的大小分布范围与气溶胶光学厚度的关系模型;进一步利用研究区域中地面站点监测到的颗粒质量浓度数据对估算结果进行评估.结果表明该方法所估算的PM值与地面实测数据具有较好的相关性,且地面监测的颗粒物质量浓度均分布在卫星遥感数据所估算的范围之内.本研究证明了MODIS卫星数据监测地面颗粒物质量浓度的可行性,为近地面PM值的估算提供了有效手段.     

长沙市MODIS气溶胶光学厚度与PM_(2.5)浓度的相关性研究

利用MODIS数据研究区域大气PM_(2.5)浓度分布是环境动态监测的有效方法。获取美国NASA发布的分辨率为3km的MOD光学厚度产品;提取2016年1月至2017年7月期间长沙市10个大气监测站点的PM_(2.5)浓度数据进行相关性分析,建立PM_(2.5)浓度与AOD之间的线性、幂函数以及指数函数3种相关性模型;引入湿度影响因子建立大气PM_(2.5)浓度订正模型,采用PM_(2.5)浓度订正模型订正PM_(2.5)浓度。结果表明:湿度订正提高了PM_(2.5)与AOD相关性,幂函数相关性模型的方差值相对其他2种模型较好,运用幂函数相关性模型研究长沙市MODIS气溶胶光学厚度与PM_(2.5)浓度的相关性较好。     

不同时间尺度大气PM_(2.5)和PM_(10)卫星影像反演

利用南宁市地面8个监测站与中分辨率成像光谱仪(MODIS)数据反演得到的气溶胶光学厚度值作为数据源,运用回归分析法,选取月、季、年三种时间尺度,分别对PM_(2.5)、PM_(10)浓度与AOD值进行相关性研究。结果表明,PM_(2.5)与AOD相关性好于PM_(10),月尺度PM_(2.5)和PM_(10)与AOD值相关性强,除个别月份外,R2均在0.7以上;季尺度PM_(2.5)和PM_(10)与AOD值相关性,随季节变化显著,但R2均在0.5以上;年尺度PM_(2.5)和PM_(10)与AOD值拟合,采用一元二次模型,R2在0.5以上。上述结果表明AOD在月尺度上与地面站点污染物监测数据PM_(2.5)和PM_(10)的相关性最为显著,故可在月尺度上通过卫星遥感影像反演的AOD推算地面PM_(2.5)和PM_(10)的空间浓度场。     

南宁市气溶胶光学厚度与大气颗粒物相关性分析

利用南宁市世锦赛期间(10月6—13日)的MODIS影像反演的气溶胶光学厚度(AOD)和PM_(2.5)、PM_(10)质量浓度为数据源,统计以地基站点为中心在站点位置0.5°×0.5°区域范围内的AOD日均值和各监测站PM_(2.5)、PM_(10)质量浓度日均值,运用6种数学模型(线性、一元二次、一元三次、对数、幂函数、指数)进行相关性分析。结果表明,在AOD与PM_(2.5)日均值建立的六种关系模型中,一元三次函数模型的拟合效果更好,且6、7、13日的AOD与PM_(2.5)相关性较高,R2在0.6以上;在AOD与PM_(10)日均值建立的六种关系模型中,一元三次函数模型的拟合效果更好,但AOD值与PM_(10)相关性整体比PM_(2.5)相关性低,7、9日的AOD与PM_(10)相关性较高,R2在0.6以上。对于相关性较好的,可用该模型函数来反演和监测PM_(2.5)、PM_(10)质量浓度。     

利用MODIS遥感大气气溶胶及气溶胶产品的应用

介绍了利用EOS卫星上MODIS传感器遥感大气气溶胶光学厚度(AOD)的技术,总结了作者利用MODIS资料进行的研究工作,包括利用太阳光度计的地面观测进行MODIS 10 km分辨率Level 2气溶胶产品的校验、利用该产品分析我国陆地上空气溶胶光学厚度分布特征、1 km高分辨率气溶胶光学厚度反演、气溶胶光学厚度产品应用于大气污染的分析等.证实MODIS遥感手段获取气溶胶分布,不仅为全球和区域气候变化研究提供了基础数据,而且也为区域环境大气污染的研究提供了新工具.     

MODIS气溶胶光学厚度产品在地面PM_(10)监测方面的应用研究

利用MODIS(中分辨率成像光谱仪)两年的气溶胶光学厚度(AOD)产品与北京地区API转化得到的PM10质量浓度、北京大学站点直接监测的PM10质量浓度以及香港元朗站点监测的PM10质量浓度做相关性分析,发现二者的直接相关程度较低。将AOD除以气溶胶季节标高,得到地面消光系数,与地面PM10质量浓度相关性提高。对地面消光系数进行相对湿度订正,得到计算的质量浓度,与地面实际观测的PM10质量浓度相关性进一步提高。经过两年时间资料的对比分析,证实气溶胶遥感光学厚度经过垂直和湿度影响订正后,可以应用于地面PM10监测。     

基于地基观测订正的MODIS AOD反演四川盆地PM_(2.5)时空分布特征

依据AOD与PM_(2.5)质量浓度的关系,利用TERRA卫星的MODIS AOD资料、中国区域气溶胶特性综合联网观测与研究计划和中国地区太阳分光观测网的地基数据,研究了四川盆地MODIS AOD精度及2017年研究区域17个市县级站点PM_(2.5)质量浓度的反演问题.结果表明,重庆、盐亭、贡嘎山站点地基观测AOD与MODIS AOD的线性相关系数分别为0.64、0.86、0.87,满足美国国家航空航天局精度要求,且与PM_(2.5)质量浓度呈较高的线性相关,由此构建了四川盆地订正后的AOD与PM_(2.5)质量浓度的拟合方程,反演了2017年四川盆地分辨率达到县级城市的PM_(2.5)质量浓度空间分布,年均质量浓度为38.7μg/m3,呈现盆地中部高、四周低的空间分布格局,与仅用地市级分辨率的实际PM_(2.5)质量浓度监测数据研究得到的四川盆地2017年平均PM_(2.5)质量浓度50.8μg/m3相比,发现仅用地市级站点的实际PM_(2.5)质量浓度监测数据反映四川盆地区域污染状况会造成明显高估现象.     

2000—2019年东北三省气溶胶光学厚度的时空分布特征

利用MODIS高时空分辨率(日; 1 km×1 km)气溶胶光学厚度新产品MCD19A2, 研究东北三省2000—2019年气溶胶光学厚度(AOD)的时空分布特征。结果显示, 东北三省近20年来AOD变化不大, 均值为0.23。2003年, 春旱、扬沙和农田秸秆燃烧导致AOD最高(0.38)。AOD从南往北呈递减趋势, 总体上辽宁省>吉林省>黑龙江省。AOD高值区集中在辽中南城市群等人口密集的工业发达地区, 低值区分布在大兴安岭、小兴安岭和长白山脉等山区。AOD具有季节分布特征, 春夏季高, 秋冬季低。研究结果可为气溶胶对大气辐射收支平衡影响的研究以及模拟颗粒物浓度提供基础。     

南京市MODIS气溶胶光学厚度与PM10质量浓度的相关性分析

利用NASA MODIS气溶胶光学厚度(AOD)产品与南京市区API转换得到的PM10质量浓度进行了相关性分析;发现二者的直接相关程度较低。对气溶胶光学厚度进行垂直和湿度影响订正后,二者的相关系数显著提高。结合风速和气压等气象因子分季节进行多元回归分析,相关系数进一步提高。分析结果表明卫星遥感气溶胶光学厚度可以作为监测PM10污染分布的有效手段。     

Spatial and temporal distribution of MODIS and MISR aerosol optical depth over northern China and comparison with AERONET

Aerosol optical depths (AODs) from MODIS and MISR onboard the Terra satellite are assessed by comparison with measurements from four AERONET sites located in northern China for the period 2006-2009. The results show that MISR performs better than MODIS at the SACOL and Beijing sites. For the Xianghe and Xinglong sites, MODIS AOD retrievals are better than those of MISR. Overall, the relative error of the Angstrom exponent from MISR compared with AERONET is about 14%, but the MODIS error can reach 30%. Thus, it may be better to use the MISR Angstrom exponent to derive wavelength-dependent AOD values when calculating the aerosol radiative forcing in a radiative transfer model. Seasonal analysis of AOD over most of China shows two main areas with high aerosol loading: the Taklimakan Desert region and the southern part of North China and northern part of East China. The locations of these two areas of high aerosol loading do not change with season, but the AOD values have significant seasonal variation. The largest AOD value in the Taklimakan appears in spring when the Angstrom exponents are the lowest, which means the particle radii are relatively large. Over North and East China, the highest aerosol loading appears in summer. The aerosol particles are smallest in summer over both high-AOD areas.     

东中国海域上空modis与seawifs两颗卫星反演气溶胶的比较

通过与地基气溶胶观测数据的对比,确认了MODIS,Sea WiFS气溶胶光学厚度产品用于研究中国海域气溶胶分布和变化特征的有效性.在此基础上,交叉比较了MODIS和Sea WiFS的气溶胶三级产品,发现他们在空间变化趋势上是一致的,在中国海域的气溶胶光学厚度都是随着离岸越远,气溶胶的光学厚度越来越小,在北纬30°-35°有高值区,在靠近大陆的沿岸地带也是气溶胶的光学厚度的高值区.Sea WiFS反演的气溶胶光学厚度整体比MODIS反演的气溶胶光学厚度偏高,两者的年平均气溶胶光学厚度有明显的区别.     

基于浓密植被法的HJ-1B星CCD影像大气校正

利用红波段(0.66μm)与中红外波段(1.66μm)表观反射率之间的线性关系估计出红波段的反射率,然后利用红波段估计的反射率与其表观反射率,结合6S辐射传输模型构建查找表,查表得0.55μm处的气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)值,从而实现各个波段大气校正.通过林地校正前的表观反射率、大气校正后反射率和MODIS地表反射率的对比以及裸土校正前的表观反射率、大气校正后反射率和光谱库中反射率的对比,结果表明该方法对HJ-1B星CCD数据进行大气校正可取得较好的效果.     

MODIS和降尺度TM数据反演叶面积指数相互验证中几何处理方法的研究

提出了利用MODIS产品中的几何信息,把经过几何校正的TM数据反演叶面积指数(LAI)模拟成具有MODIS成像几何的降尺度LAI,然后与MODIS数据反演LAI进行对比验证的几何处理方法.以江西千烟洲研究区为例,采用经验公式反演TM和MODIS数据以获得两个尺度的LAI图像,分别用本文提出的新方法和传统方法进行尺度转换和对比验证.由反射率和LAI散点图得:新方法能显著提高TM降尺度图像与MODIS对应区域图像像元的对应精度.并且,新方法对大倾角观测MODIS图像与TM图像之间像元对应关系的改善更明显.因此,本文提出的几何处理方法可以建立不同尺度的遥感数据间更为准确的像元对应关系,更适用于不同尺度遥感数据反演产品的相互验证.     

海南岛地区大气边界层高度的时空变化特征

利用WRF模式模拟分析海南岛及其邻近海区的大气边界层高度时空变化特征。结果表明, 海南岛春夏季北部开阔地区平均边界层较高, 约500~600 m; 秋冬季海岛的西北?东?东南沿岸的半环绕地带平均边界层较高, 约500~700 m; 岛内中南部山区平均边界层高度较低且季节变化不大, 数值约200~500 m。各季盛行风向及海风发展因素与平均边界层的空间分布之间有良好的对应关系。海岛周边海区秋冬季平均边界层高度约500~800 m, 春夏季约100~500 m, 呈秋冬季高、春夏季低的季节变化特征。岛内边界层高度最大值出现在春夏季, 可达1800 m以上; 沿岸地区边界层高度最大值出现在秋冬季, 约1300~1500 m。海南岛岛内区域具有典型的陆面大气边界层日变化规律; 沿海地带受盛行风向的影响, 向岸流和离岸流时边界层日变化分别表现为海洋性和陆地性的特点。     

我国中、东部主要地区气溶胶光学厚度的分布和变化

利用2000年3月至2009年2月MODIS遥感气溶胶光学厚度( AOD) 产品, 分析并对比了我国中、东部的华北、四川盆地、长江三角洲和珠江三角洲4 个地区AOD 的季节分布及其变化。发现这 9 年各地区平均 AOD 呈显著增长趋势, 除四川盆地秋季有下降外, 其他各个地区各个季节均有上升趋势。长江三角洲具有最大的年平均和季节平均 AOD, 年平均增长率高达 1. 82% ;四川盆地次之; 华北和珠江三角洲较小。4 个地区AOD 的季节分布及变化特点有共性又各有不同。总体看来, 夏季 AOD 增长最快, 夏季与春季的差距在变小, 其中华北地区夏季一般高于春季; 冬季 AOD 最小, 增长也最慢, 与其他季节的差距在增大。一些地区的部分季节, 如华北地区的夏、秋季, 四川盆地的春、夏、秋季, 珠江三角洲的秋季, 在2006?2008 年有明显的连续下降趋势。这些结果有助于这些地区的区域气候变化研究和空气质量研究。     

MODIS资料遥感黄土高原半干旱地区气溶胶光学厚度

借助6S辐射传输模式,模拟了MODIS红、蓝、中红外通道的表观反射率在不同气溶胶类型下对地表反射率和气溶胶光学厚度的敏感性试验.利用Kaufman扩展的暗像元方法反演了黄土高原半干旱地区晴空天气条件下的2.5 km高分辨率气溶胶光学厚度,选取的10天反演结果有6天的相对误差较小,在16%以下,绝对误差小于0.05的有7天.反演的10天资料中,兰州大学半干旱气候与环境观测站与之对应的CE-318观测资料的光学厚度平均值为0.2226,反演的平均值为0.2170,反演结果较合理.将反演结果与CE-318观测资料和NASA发布的气溶胶产品进行了对比,显示反演结果与NASA发布结果的空间发布存在一致性.