MODIS气溶胶光学厚度空气污染指数的关系研究.docVIP

PAGE PAGE 7 MODIS气溶胶光学厚度空气污染指数的关系研究 随着我国国民经济迅速发展，城镇化加速，城市化进程中的问题也随之显现。同时随着生活质量的提高，空气污染问题日益受到民众的重视。本文试图利用MODIS遥感卫星数据得到的气溶胶光学厚度（AOT），以及由地面检测得到的空气污染指数（API）数据，分析两者之间的关系，对两者进行回归分析，建立两者之间的回归模型，最终可以由遥感得到的AOT数据计算得出地面API的数据。 由于AOT数据会受到气象因素和季节的影响，在建立回归模型的过程中，会分季节建立回归模型并引入一些主要的气象因子（风速、气压）对回归模型进行校正，以期获得较好的回归模型。通过研究可以得到结论如下： 1.没有气象因子参与时，夏季和秋季的拟合精度相对较高，分别为0.7215和0.6693。 2.考虑了气压和风速后，对模型精度提高显著，其中秋季和冬季的拟合精度都可以达到0.7258。 3.对气象要素分组后发现，在气压低于1010hpa的情况下，模型的预测精度相对较高，可达0.7349。 1.1相关概念简介 1.1.1 MODIS简介 从1991年起，美国NASA启动了为期20年的地球观测系统(EOS)计划。在这个计划中，把区域性地表覆盖变化的趋势和模式、人类活动影响的观测分析、全球初级生产力动态变化以及自然灾害监测研究等作为长期地球环境变化研究的重要内容。MODIS ( Moderate Resolution Imaging Spectrometer，中等分辨率成像光谱仪)是EOS计划中重要的传感器，现已搭载于两颗EOS卫星上（TERRA卫星和AQUA卫星），于2000年上半年开始进行数据服务。 TERRA卫星是装载有MODIS传感器的极地轨道环境遥感卫星，发射于1999年12月18日。TERRA卫星从北京地区上空的过境时间，一般在10:30 (北京时)之间，并呈周期变化。它的地面重复周期为16天(即16天后卫星将于地方时的同一时间出现在同一地点的上空)。MODIS探测器每天覆盖全球一次,提供了在可见光、近红外和红外共36个通道的全球观测，为反演有关陆地、云、气溶胶、水汽、臭氧、海色、浮游植物、生物地球化学等产品提供了丰富的信息。 本文使用的MODIS AOT数据即来自于TERRA搭载MODIS传感器。 1.1.2 气溶胶光学厚度 大气气溶胶通常是指悬浮于大气中的微小粒子，粒径范围可以从0.001 u m到几十微米，主要包括6大类7种气溶胶粒子，即：沙尘气溶胶、碳气溶胶（黑碳和有机碳气溶胶）、硫酸盐气溶胶、硝酸盐气溶胶、铵盐气溶胶和海盐气溶胶。作为地一气系统的重要组成部分，它主要通过直接辐射强迫和间接辐射强迫改变地一气系统的辐射收支来影响着气候。气溶胶自身对辐射的散射和吸收产生直接辐射强迫作用，对短波辐射的散射增加了反射回天空的辐射，从而增加了地球反照率并冷却了气候系统，其对太阳辐射和长波辐射的吸收改变了大气加热率。大气气溶胶的光学厚度是表征大气浑浊度的一个重要物理量，是确定气溶胶气候效应的一个关键因子，并在一定程度上能够反映区域大气的污染程度。 当气溶胶粒子浓度增大时会改变云的特性，从而产生了间接辐射强迫作用，主要是改变了云的反照率。同时，气溶胶粒子可以对异质化学产生间接作用，它通过改变影响气候的物质(如温室气体)的浓度而影响气候，气溶胶通过对太阳辐射的散射和吸收以及太阳和地球辐射的相互作用干扰辐射平衡(Kaufman等，1999)。因此气溶胶浓度大小在全球气候变化中起着非常重要的作用。 大气气溶胶同时具有显著的环境效应，有些气溶胶粒子是大气中的污染物质，直接影响空气质量。特别是产生于工业城市地区的气溶胶由碳等固体粒子和S02, NOx在湿润空气环境中的化学反应形成的液态粒子组成(李晓静等，2003 )。直径小于2.5um的气溶胶颗粒(PM2.5 )因为对可见光的消光(散射和吸收)作用导致地面能见度的显著下降;直径在l0um以下的气溶胶颗粒物(PM10 )可到达人类呼吸系统的支气管区，直径小于5um的微粒可到达肺泡区，最终导致心血管和哮喘疾病的增加，直接对人类的健康造成显著的影响，威胁着人类的生存与社会可持续发展。近年来，大气污染是大多数发展中国家在工业化过程中普遍面临的一个难题。 1.1.3 空气污染指数 空气污染指数（API）就是将我们日常检测的可吸入颗粒物、二氧化硫、氮氧化物等三项空气污染物，按照其浓度简化成概念性的指数形式，并对其进行分级，来表示空气质量的好坏。 我们根据不同污染物的浓度，由计算公式得出该污染物的空气质量分指数，选取其中分指数最大的作为空气污染指数，所选取的污染物即为空气中主要污染物。空气污染分指数的计算公式如下： 式中： IAPIP——污染物项目P的空气质量分指数；