基于遥感与地理探测器的长江三角洲空气污染风险因子分析

发布时间：2019-09-17 06:37

【摘要】：大气颗粒物是目前主要的大气污染物,卫星遥感反演气溶胶光学厚度(AOD)数据可弥补大气颗粒物地面观测站点空间覆盖的不足。以长江三角洲16个主要城市为研究区域,将Terra和Aqua两颗卫星MODIS传感器2013年的AOD产品,经过垂直订正和湿度订正转换成近地面气溶胶消光系数,以此反映该地区的空气污染情况。基于地理探测器方法,定量地分析长江三角洲地区空气污染的主要风险因子以及各因子的影响强度。空气污染风险因子包括GDP、人口、坡度、土地覆盖类型、平均气温、平均降水量和平均风速。结果表明:长江三角洲地区的空气污染分布呈现北高南低的特征;气象类要素对空气污染的空间分布影响显著,其中降水量的影响最大;各个风险因子对空气污染分布的影响有明显的交互增强作用。
【图文】：

高程,长江三角洲

对该地区社会经济与环境的协调发展意义重大。1数据与方法1.1研究区概况长江三角洲是长江入海处冲积形成的三角洲，地形以平原为主，为亚热带季风气候，夏季高温多雨，是我国东部沿海重要的经济核心区域。本文选取了长江三角洲16个主要城市(图1)。包括上海、南京、苏州、无锡、常州、镇江、南通、扬州、泰州、杭州、宁波、嘉兴、湖州、绍兴、舟山、台州。近年来长江三角洲AOD较高的区域有着逐年增加的趋势［11，12］，因此，研究本地区的环境效应和风险因子对空气污染的影响强度，，具有重要意义。图1研究区高程示意Fig.1StudyArea1.2数据来源及处理1.2.1AOD数据MODIS全称ModerateＲesolutionImagingSpec-troradiometer，是搭载于极轨卫星Terra(上午星)和Aqua(下午星)上的中分辨率成像光谱仪，提供了反演地球物质的丰富信息［13］。经过多次算法的改进，2014年NASA推出了Collection006版本3km×3km的高空间分辨率AOD产品［14］，该产品整体精度略优于C005［15］，且产品质量稳定，Ｒemer等［16］基于全球陆地AEＲONET站点的6个月的资料进行验证，MODIS3kmAOD产品有±0.05±0.25AOD的期望误差，且在中国部分地区有较好的适应性［17，18］。本研究利用2013年长江三角洲的MODIS3kmAOD产品，提取550μm波长处AOD数据集，为了提高数据的空间覆盖，将每日上、下午的卫星数据结合使用。对AOD进行订正的数据是欧洲中期天气预报中心(EuropeanCentreforMedium-ＲangeWeatherForecasts，ECMWF)发布的再分析边界层高度和相对湿度数据(http://apps．ecmwf．int/datasets/)空间分辨率为0.125°×0.125°，重采样到与AOD相同的空间分辨率且时间接近、空间位置匹配后进行订正。该模?

技术流程,气溶胶

图3技术流程图Fig.3TechnologyFlowChart1.3.1AOD订正AOD与近地面的PM2.5、PM10等气溶胶颗粒物有着一定的相关性［27］，在经过垂直订正和湿度订正后，线性关系显著增强［28，29］。因此需要对卫星监测到的AOD数据进行垂直订正和湿度订正。垂直订正旨在消除AOD受气溶胶标高的影响。AOD描述了气溶胶对光的衰减作用，整层大气柱的AOD可以近似表示为［29，30］:τa(λ)≈ka，0(λ)∫"0exp(－z/HA)dz=ka，0(λ)HA(1)式中:τa为AOD，ka，0(λ)为近地面处的消光系数，HA为气溶胶标高［28］。因此，AOD可以利用气溶胶标高进行垂直订正后，得到近地面的气溶胶消光系数。气溶胶标高可近似用大气边界层高度(BoundaryLayerHeight，BLH)代替［31，32］。由于AOD在垂直方向上的分布随着季节而变化［33］，因此本文求取2013年ECMWF的BLH数据季节平均值，如图4，(a)、(b)、(c)、(d)分别是BLH春夏秋冬平均结果，研究区4个季节BLH的平均值为:春季1068.64m、夏季1311.43m、秋季1157.98m、冬季792.99m。再利用公式(1)，对AOD进行垂直订正。湿度订正旨在消除AOD受空气湿度的影响。由于空气中的部分气溶胶粒子具有一定的吸湿性，粒子吸收水汽膨胀后，其物理、光学特性会发生改变［34］，而实际的大气环境具有一定的湿度，因此需要消除空气湿度对AOD的影响。利用湿度订正因子对近地面的气溶胶消光系数进行湿度订正，订正公式为［29］:ka，0，dry(λ)=ka，0(λ)1/(1－ＲH/100)(2)ka，0，dry为湿度订正后近地面的气溶胶消光系数;ＲH为相对湿度(ＲelativeHumidity)。结合ECMWF发
【作者单位】：华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室;华东师范大学中国科学院遥感与数字地球研究所环境遥感与数据同化联合实验室;华东师范大学地理科学学院;华东师范大学美国科罗拉多州立大学中美新能源与环境联合研究院;
【基金】：国家重点研发计划课题(2016YFC1302602) 上海市卫计委环境卫生与劳动卫生重点学科建设项目(15GWZK0201) 上海市科委重大项目课题(15DZ1207805)~~
【分类号】：X51;X87

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