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城市大气污染的定量遥感监测方法研究

李成林  
【摘要】:20世纪80年代以来,我国工业迅猛发展,城市化进程大大加快,由此带来诸多环境问题,城市大气污染尤其受到人们的关注。虽然最近十年我国注重清洁生产,污染排放强度逐渐降低,大气污染仍是我国面临的最严峻挑战之一。由于受到监测站点分布和监测费用的影响,大气污染的常规监测难以获得大范围、长时序的大气污染信息。而遥感数据以其宏观性、经济性、实时性等特点,可以大范围地对大气污染情况进行动态监测。 本文基于大气辐射传输理论,应用Terra/MODIS (moderate resolution imaging spectro-radiometer,中分辨率成像光谱仪)数据,对郑州市2006~2011年大气污染进行了定量遥感动态监测试验研究,提出了一套切实可行的城市大气污染监测方法,得出如下结论: (1)提出了反演城市地区气溶胶光学厚度(AOD)的改进算法。首先运用地表温度对遥感辐射率进行热力学温度定标,并通过与地基遥感数据进行相关分析确定参与反演的波段组合,在回归方法上对自变量进行了非线性转换,并根据NDVI (Normalized difference Vegetation Index,归一化植被指数)值的大小对数据进行分组,反演精度得到很大提高。 (2)经过气溶胶标高(ASH)、Angstrom波长指数、大气水汽含量(WVA)校正的AOD模型较好地模拟了大气污染指数(API),应用此模型可以绘出每日的API分布图,弥补了传统大气监测以点带面的不足。 (3)基于MODIS数据的城市地表温度反演,在覃志豪等人算法的基础上,根据城市地物的辐射特征,对大气透过率和地表比辐射率的计算方法进行了改进,反演精度有了明显提高。 (4)本文对基于MODIS数据反演大气水汽含量的两通道和三通道方法进行改进,使得反演的精度有了较大的提高,适用于城市地区大气水汽含量的反演。 (5)本文运用MODIS数据,分析了郑州市2006~2011年AOD、Angstrom波长指数、气溶胶标高和大气污染指数的动态变化。结果表明:①除2009年外,郑州市每年均是夏季AOD水平最高,春、秋次之,冬季最低。②建成区和农业用地气溶胶Angstrom波长指数四季变化趋势一致,都是夏季最高,冬季最低,春、秋次之。城市中心地区气溶胶Angstrom波长指数低于周边地区。③郑州市气溶胶标高呈明显的上升趋势,只在2009年略微下降。每年均是夏季最高,冬季最低,春秋次之。气溶胶标高的分布基本与光学厚度一致。郑州市郊区气溶胶标高越来越接近中心城区。④郑州市大气污染的高值区分布在城市中心区,而且中心区的污染有逐渐增大的趋势,而周边地区则有反复,总的来说有逐渐减小的趋势。


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