基于GOCI影像的杭州PM2.5遥感建模及时空变异分析

地球静止卫星上的GOCI(geostationary ocean color imager)传感器具有较高的时间分辨率,在研究短时间尺度内大气PM2.5浓度时空变化方面具有一定的应用潜力.本文根据GOCI影像的波段特征,利用2011-2013年实测PM2.5浓度、大气气溶胶光学厚度(aerosol optical depth,AOD)与气象因子数据,分别进行了GOCI PM2.5浓度单变量和多变量反演建模研究,并结合2013年12月6日的GOCI AOD数据,实现了单日杭州市PM25浓度遥感反演与时空变异分析.结果表明:在单变量模型中,分季节模型的平均相对误差最高值28.11％比年度模型的平均相对误差34.04％低,分季节模型精度优于年度模型;单变量模型的平均相对误差34.04％比多变量模型的平均相对误差48.96％低,单变量模型精度优于多变量模型;把单变量冬季模型应用于杭州GOCI AOD数据,得出逐时大气PM2.5的空间分布,并计算了PM2.5浓度的变异系数,发现杭州各区县变异系数大都在0.5以下,东部和北部的数值较高,中西部地区的值较低.     

基于t检验的气象与环保部门PM2.5观测一致性评估

选取杭州地区5组两两临近的气象部门与环保部门大气成分观测站点资料,以2015年12月1日～2016年11月30日两个部门的日平均PM_(2.5)浓度观测值为样本,对"气象部门日平均PM_(2.5)浓度"与"环保部门日平均PM_(2.5)浓度"两个总体的一致性进行评估。得到分析结果如下:(1)两种来源的PM_(2.5)观测年平均浓度相差较小,5组站点的平均绝对偏差为2. 20μg/m3,平均相对偏差为3. 71%;(2)两种来源的PM_(2.5)浓度观测值随时间的变化趋势一致,两者时间序列的相关系数达到0. 64;(3)两种来源的日平均PM_(2.5)浓度值差异大小存在一定的季节变化,这一差值在7～11月间于0值附近摆动,说明在此期间两个部门观测数据的一致性好于其他月份;(4)通过基于t检验的逐对比较法检测两种来源日平均PM_(2.5)浓度的观测值是否存在固有差异,可知当置信水平为99. 5%时,可以判断该种差异是存在的。总体而言,气象与环保部门的PM_(2.5)浓度观测在一定时间域内有一致的量值和趋势,但具体到每日的观测而言,两种来源存在一定的固有差异。推测这种差异的存在原因,可能是由不同部门观测仪器、观测方法等不同而引起的。     

厦门PM_(10)、PM_(2.5)时间变化特征

利用厦门市国控环境空气质量自动监测站点2013—2015年PM_(10)、PM_(2.5)监测数据,深入分析了厦门市环境空气中PM_(10)和PM_(2.5)浓度的年、周、日变化特征。结果表明,厦门市PM_(10)、PM_(2.5)浓度具有单峰型年变化特征,10月至次年5月颗粒物(PM_(10)、PM_(2.5))浓度较高,6月至9月浓度较低。PM_(10)、PM_(2.5)浓度变化未出现"周末效应"。PM_(10)、PM_(2.5)浓度具有单峰型日变化特征,尤以冬季日变化特征最为显著,PM_(10)、PM_(2.5)高浓度时段出现在7:00—12:00。不同月份PM_(2.5)在PM_(10)中的占比介于54%~73%之间,PM_(2.5)/PM_(10)比值7月最低,2月最高。PM_(2.5)/PM_(10)比值存在显著的双峰型日变化特征,峰值分别出现在04:00、14:00,谷值出现在10:00、19:00。     

中国城市PM_(2.5)时空分布的动态比较分析

本文基于2014-2015年中国190个大中城市PM_(2.5)的监测数据,建立空间数据统计模型,总结两年内PM_(2.5)的浓度、空间集聚的年际变化和存在问题,为相关研究与决策提供参考。结果显示:(1)2015年较2014年全国平均PM_(2.5)浓度下降10%,达标天数提升了4.4%,空气质量整体改善,但改善的天数主要集中在春夏秋季,冬季改善幅度甚微,其中12月污染加重。(2)2015年PM_(2.5)整体污染范围缩小,污染核心区由京津冀向鲁西北和豫北地区扩散,京津冀、长三角、长江中游等城市群年均浓度降幅较大,长三角、珠三角和成渝城市群日均达标率增长较快。(3)2015年PM_(2.5)的集聚性更明显,浓度高值区范围减小,热点地区更密集地分布在以京津冀地区为中心的华北地区,并呈多中心格局。由此,应该加快构建制度支持的多中心监督治理模式,以华北地区为先行先试区域,构建管理支持的多区域联动治理模式,培养环境伦理支持的公众环保意识,实现民防民治。     

半干旱草地净第一性生产力遥感模型研究

本文采用MODIS遥感数据，针对内蒙古半干旱草场生态环境特征，以光能利用率模型为基础与生态模型相结合，研究区域尺度下半干旱草地净第一性生产力(NPP)遥感模型；利用草场植物生长过程中从光合和呼吸作用出发的NPP遥感模型与从植物生物量和衰败量变化出发的GNPP模型的估算值之间构建代价函数，有效地对模型参数进行估算和校正；模型考虑了气温和植物水胁迫的影响，以及时空尺度的差异，并充分利用遥感反演的参数来驱动。模型经内蒙草场MODIS数据、实测数据、相关模型的验证，结果表明，模型参数校正能提高模型估算的精度，且NPP估算精度满足实际应用需要，此遥感模型合理可行。     

环境空气颗粒物监测仪器选型及应用

随着PM_(2.5)的危害受到相关部门和公众关注,对PM_(2.5)的监测也日益受到重视。本文介绍了PM_(2.5)的相关监测方法振荡天平法和β射线法,分析了影响PM_(2.5)监测的气象、维护和质量保证和仪器安装等方面的因素,并根据具体情况和不同监测任务对PM_(2.5)的振荡天平法和β射线法选型提出了建议。     

降水对新郑市大气污染的湿沉降特征

本文利用新郑市2018年的降水量资料和降水天气出现前后空气的PM_(10)和PM_(2.5)浓度变化数据,分析降水对新郑市大气污染湿沉降特征。结果表明:2018年新郑市的74次降水天气过程对PM_(10)和PM_(2.5)的平均清除效率分别为12.6%、16.5%,大部分的降水天气对空气中的PM_(10)清除效果要比PM_(2.5)差,不管降水强度如何,其对于空气中的扬尘、沙尘等大粒径颗粒物的清除效果相对较好;新郑市的弱降水天气过程共出现31次,其中有13次的降水天气过程中增加了PM_(10)浓度,降水过程对PM_(10)的平均清除效率为8.0%;其中有10次降水增加了PM_(2.5)浓度,降水过程对PM_(2.5)的平均清除效率为-11.0%;新郑市超过1.5mm的降水天气过程共有43次,占总降水天气过程的41.9%,但是大部分降水过程对空气中的PM_(10)和PM_(2.5)浓度以正清除效率效率为主;随着小时最大降水量的增加,降水对空气中的PM_(10)和PM_(2.5)清除效果会不断增大;因降水天气过程对PM_(10)的清除效果要低于PM_(2.5),使得降水天气结束后PM_(2.5)/PM_(10)比率要低。     

呼和浩特夏季PM变化特征分析

选取2019年6月1日-2019年8月31日呼和浩特市小召环监站PM(PM_(2.5)和PM_(10))的监测数据,分析了呼和浩特市夏季PM_(2.5)和PM_(10)的变化特征。结果表明:PM_(2.5)呈不规则多峰型日变化特征,PM_(10)日变化主要呈双峰型变化;PM_(2.5)小时平均质量浓度日循环在工作日呈不规则多峰型分布,周末呈三峰型分布;PM_(10)小时平均质量浓度日循环在工作日与周末均呈现三峰型分布;PM_(2.5)周末效应比PM_(10)更加明显。     

广州市PM_(2.5)污染特征及其与AQI的其他污染物相关性分析

为了探究广州市PM_(2.5)污染特征及其与AQI的其他污染物的相关性,对广州市各监测点一年AQI数据做出PM_(2.5)质量浓度变化折线图,再运用K-均值聚类对11个监测点进行聚类分析,最后运用因子分析和偏最小二乘多元线性回归模型对AQI各污染物的相关性进行分析。发现广州市PM_(2.5)具有明显的夏季和非夏季两种季节性特征;帽峰山森林公园属于一类区,而市监测站PM_(2.5)污染情况最严重;PM_(2.5)与SO_2、NO_2、PM_(10)、CO相关性强,与O_3的相关性较弱。     

浙江北部气溶胶时空动态与区域雾霾事件分析

研究采用地面站点、遥感和模型数据,对浙江北部杭州、临安、宁波三个典型城市的AOT、PM2.5时空变化以及雾霾发生期间颗粒物的后向轨迹进行了分析。结果表明,时间上,三个城市气溶胶光学厚度变化情况较一致,即春夏大于秋冬;空间分布上具有明显的区域特征,即杭州临安宁波。PM2.5最大值出现在1月份,最小值出现在7月份。但对PM2.5进行垂直订正和湿度订正之后,AOT与PM2.5具有较高的相关性,3次雾霾事件发生期间3个典型城市AOT与PM2.5颗粒物浓度相关系数均高于0.55。探索了浙江北部地区大气气溶胶光学厚度与PM2.5的相关关系,为进一步深入研究区域大气环境并建立相关模型提供参考和借鉴。     

MODIS和NOAA/AVHRR植被指数差异初步分析

本文基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)和NOAA/AVHRR影像数据分析了植被指数(Ⅵ)的差异性。分别选取浙江省2002年9月2日MODIS和NOAA/AVHRR遥感影像,计算分析了浙江省全省和仙居县MODIS和NOAA/AVHRR的植被指数。结果表明,MODIS增强植被指数(EVI)同MODIS-NDVI相比,倾向于低值部分,呈现正态分布,不容易饱和,适宜于高生物量群体的监测:MODIS-VI及NOAA/AVHRR-NDVI相比不容易饱和。     

基于归一化植被指数的汶川地区植被覆盖度研究

本文以2103年汶川地区的多光谱遥感影像Landsat 8 OLI为数据源,对遥感图像进行预处理之后,基于像元二分模型,直接利用归一化植被指数(NDVI)估算汶川地区的植被覆盖度,然后对植被覆盖度进行分级处理,结果表明该地区大部分区域为中植被覆盖区和较高植被覆盖区。     

大气颗粒PM_(2.5)浓度变化及其盐基离子的分布

PM_(2.5)季节平均质量浓度从小到大的顺序排列为:春季(52.4ug/m~3)秋季(58.5ug/m3~)冬季(96.6ug/m~3)。在PM_(2.5)中占质量混合比为41.759%-61.141%的SO_4~(2-)是大气颗粒物PM_(2.5)的主要离子组成。     

基于净初级生产力的海南天然橡胶产胶潜力研究

以CASA模型为基础,建立基于MODIS数据的天然橡胶林净初级生产力遥感估算模型,利用2009年生长季（4月-12月）250m分辨率的MODIS数据和气象站点的气象数据估算了阳江农场天然橡胶的生长季净初级生产力（NPP）。并通过天然橡胶的干物质分配率计算了阳江农场天然橡胶的产胶潜力,最后以地面实际橡胶干胶产量的时间序列、空间序列与估算的天然橡胶林产胶潜力进行了相关分析。结果表明,阳江农场天然橡胶产胶潜力空间差异显著,且在时间变化上具有明显的季节性规律;产胶潜力与实际干胶产量存在明显的线性关系,表明本研究所采用的天然橡胶林净初级生产力估算模型、产胶潜力估算模型可行。2009年阳江农场全场的产胶潜力为5573t,比实际年干胶产量4572t高出22%,阳江农场干胶产量仍有很大的提升空间。     

基于机器学习的日尺度短波净辐射气候资源遥感反演研究

日尺度地表短波净辐射（DNSSR）是大部分陆面过程模型、全球环流模型、陆-气交换过程模型和各种水文模型的重要输入参数,在自然资源调查、生态环境监测、能量平衡研究等领域具有重要的研究意义和实用价值。本文通过匹配MODIS双星遥感观测和FLUXNET日尺度地面观测数据,筛选出包含18个自变量总计15531对的有效样本,利用机器学习的随机森林方法构建了日尺度DNSSR遥感反演模型,并利用地面实测数据对模型结果进行了真实性检验。结果表明,构建的日尺度DNSSR遥感模型的偏差Bias为-0.1 W/m²,均方根误差RMSE为27.8 W/m²,决定系数R²为0.90,表现出良好的精度。基于此过程,得到MODIS双星反演的DNSSR全球分布结果,并与不同季节下再分析ERA5数据扩展得到的DNSSR数据进行了对比,发现两者全球分布特征基本一致,且均与太阳能量随季节变化分布特点密切相关。为进一步证实验证的结果,将ERA5和地面站点实测数据作了进一步的对比,结果从侧面证实了本文构建的MODIS的DNSSR产品精度远高于ERA5的DNSSR,而且其产品空间分辨率也有了极大提升。研究结果证明,本文提出的基于MODIS双星观测与机器学习的日尺度DNSSR反演模型具有反演精度高、空间分辨率高、具备时间连续性等优点,能够有效移植至其他气候资源的遥感反演。     

净初级生产力遥感估算模型尺度效应的研究

提高净初级生产力(NPP)的估算精度,需要充分认识不同空间分辨率的遥感数据对NPP估算结果的 影响差异,即NPP的空间尺度效应问题。本文借鉴了多种成熟的光能利用率NPP模型的优点,同时充分考虑了研 究区生态环境的典型特点,建立了针对研究区域的基于光能利用率原理的植被净初级生产力遥感估算模型。选取 了具有空间尺度代表性的4种遥感数据作为NPP遥感估算模型的输入参数,估算了4种空间分辨率的NPP模拟值, 对比分析了这4种分辨率的土地覆盖类型空间格局的变化和NPP分布情况。结果表明：随着遥感数据空间分辨率 的降低,NPP的模拟值呈逐渐增加的趋势,但其变化的程度差异较大。其中,分辨率由30m降低为1km时,NPP模 拟值变化程度最大,增加了15.7%。     

利用LUR模型模拟浙江省PM_(2.5)质量浓度空间分布

传统的站点监测方法虽然能够较精准地检测当地的PM2.5质量浓度,却无法实现较大范围内PM2.5质量浓度的空间分布监测。本研究提取包括气象、土地利用、地形及其他共20个影响PM2.5浓度的因子,利用土地利用回归模型(Land Use Regression,LUR)对浙江省近地表PM2.5质量浓度空间分布进行了预测。结果表明:基于31个站点预测整个浙江省PM2.5质量浓度时,运用地理加权(GWR)方法建立拟合方程的R2平均值(0.69)和R2Adjusted平均值(0.53)都优于运用普通最小二乘法(OLS)建立拟合方程的R2平均值(0.53)和R2Adjusted平均值(0.41),但是两者的AIC指数却没有明显差异。基于10个站点预测杭州地区的PM2.5质量浓度时,运用GWR方法建立拟合方程的R2值和R2Adjusted值都优于运用OLS方法,且GWR的AIC值变化趋势(均值-182.4)明显低于OLS值变化趋势(均值74.8)。结论表明,应用LUR模型模拟大尺度区域的近地表PM2.5浓度是有效的。基于GWR的预测方法优于OLS的预测方法。本文提供的方法对进一步研究PM2.5估测模型具有一定的参考价值。     

德清县PM2.5演变特征及其与气象因素关系的初步分析

为探究德清县大气污染物的规律和成因,本文分析了2016年1月1日至2018年8月31本地环境监测站的PM_(10),PM_(2.5)浓度变化规律。利用HYSPLIT(hybrid single particle lagrangian integrated trajectory)模型探讨了污染事件的气团潜在来源,对比了PM_(2.5)浓度及其与其他4种污染物及气象要素之间的滞后相关性。结果表明:本地污染事件多发生于冬季;西南、西北方向远距离输送的气团携带了较多的污染物,其次是杭州-德清周边地区;超标日温度较高、气压较低、湿度略大、风速较小,且相较于日均值,0至10时的平均值有更好的代表性。     

基于MODIS数据的呼包地区气溶胶反演

气溶胶对地球环境具有重要影响,故而备受关注。为了研究呼包地区气溶胶特性,文章利用Aqua卫星MODIS数据作为数据源,基于6S模型,利用暗像元法反演呼包地区气溶胶光学厚度,并结合地面观测数据进行精度验证。反演结果表明,呼包地区整体空气质量良好,利用MODIS数据反演AOT从而监测呼包地区环境变化趋势较为可行,能在一定程度上为环保部门提供决策依据。     

中国陆地生态系统NPP模拟及空间格局分析

本研究利用基于光能利用率理论的区域尺度遥感参数模型(C-Fix模型)估算了2003年中国陆地生态系统NPP,并对其空间格局进行了分析。模型输入数据包括叶面积指数数据(LAI)、中国地面气象站的逐日气温数据、逐日降水数据和太阳总辐射数据、数字高程模型(DEM)等,模型输出数据的空间分辨率均为1km2,时间步长为1天。模拟结果表明:2003年中国陆地总NPP和平均NPP分别为4.37 Pg C和640.32 g C/(m2.年),NPP的主要分布趋势是:从东南沿海向西北逐渐减小;其中海南岛南部、云南西南部和南部、青藏高原东南部的热带雨林和季雨林地区年NPP最大,在1 800g~2 500g C/(m2.年)之间;青藏高原和新疆绝大部分地区,一般在100 g C/(m2.年)以下;西部塔克拉玛干沙漠地区植被稀疏,植被NPP不足5 g C/(m2.年)。C-Fix模型进一步发展需要考虑不同土地覆被类型(比如,森林、草地、农田等)的生物物理和生物地球化学性质的变异性,以减少模型估算结果的不确定性。