基于地基和星载激光雷达的大气颗粒物污染遥感监测研究

发布时间：2020-06-15 03:11

【摘要】：我国区域性大气颗粒物污染问题日益突出,大气细颗粒物污染成为最重要的大气污染成分。大气颗粒物具有空间分布不均匀、随空气运动而迁移扩散、时间变化大等特点。污染治理,监测先行。只有对污染物空间分布充分了解,从污染源开始监测和治理,才能有的放矢。遥感的大面积观测和数据综合性、可比性为区域污染提取的提供了可能的手段。本文主要基于地基和星载激光雷达技术研究点、面、区域大气污染颗粒物监测方法,促进对大气污染颗粒物的认识。论文基于地基平台和星载平台的不同特点,首先对二者的数据差异进行了说明,对使用的地基激光雷达数据预处理、反演算法、应用等进行了阐述。并基于地基激光雷达和星载激光雷达数据及对区域气溶胶消光廓线特点进行了分析。在此基础上,针对点、面、区域三个不同的尺度开展了大气颗粒物的遥感监测研究。首先,大气污染是本地排放源与外来源的复合结果。为了研究激光雷达信号与工业点污染排放强度之间的关系,验证激光雷达用于点污染源排放监测的可操作性,通过可控排放实验形式,实现对点污染源排放的监测,建立污染指数因子监测点污染源排放,实现通过主动遥感技术的污染强度判别。其次,大气污染空间分布受污染源辐射影响大,小散污式点污染源位置分散,排放粗放,只有高空间分辨率的遥感监测,才能够满足定位污染源和确定污染源辐射范围的需求。文章通过激光雷达扫描观测方式,不受被动遥感地气耦合的影响,实现高空间分辨率的近地面污染遥感监测。提出了基于气象站观测信息的动态阈值法,去除本底大气的影响,对污染源影响区域和程度进行了估算。最后,针对卫星遥感近地面细颗粒物质量浓度反演中垂直订正的需要,当污染在一定高度处聚集时,指数分布假设误差较大。提出利用高斯分布拟合得到代表近地面消光能力的等效标高方案,证明高斯分布拟合不仅适用于污染在一定高度聚集的情况,也适用于污染在近地面聚集的情况,通过形状信息来提高近地面消光系数精度,提高卫星遥感反演精度。并利用多传感器卫星协同观测,验证了方案的可行性。本文着眼于利用主动遥感手段监测大气颗粒物污染,针对不同的监测需求,从点、面、区域的角度形成基于主动遥感技术的大气颗粒物污染排放、辐射范围和空间分布的监测方案,从点、面、区域等不同尺度实现对大气颗粒物污染的监测。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院遥感与数字地球研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X87;X513
【图文】：

加权平均,质量浓度,人口,颗粒物污染

图 1.1 人口加权平均 PM2.5质量浓度变化趋势Figure 1.1 Trends in population-weighted mean concentrations of particle mass with PM2.5图 1.2 2015 年颗粒物污染导致的死亡(Cohen et al., 2017)Figure 1.2 Deaths attributable to ambient particulate matter pollution in 2015

颗粒物污染,大气能见度,消光作用,水平能见度

2图 1.2 2015 年颗粒物污染导致的死亡(Cohen et al., 2017)Figure 1.2 Deaths attributable to ambient particulate matter pollution in 2015大气能见度降低是颗粒物造成的各种环境影响中最容易被人们感受到的。在太阳辐射穿过大气层时，因气体分子和大气颗粒物的散射和吸收而产生了消光作用。数据显示，干洁天气大气能见度可以达到 30 km 以上，特强沙尘暴中，水平能见度甚至可能不到 50 m，霾导致的能见度下降虽然不如沙尘明显，但是

【参考文献】