遙感反演PM2.5的文獻閱讀筆記

1、一、PM25遙感反演基本原理衛(wèi)星遙感反演大氣氣溶膠是基于衛(wèi)星傳感器探測到的大氣上界的表觀反射率，也是衛(wèi)星傳感器接收到的輻射值L。L=L（u,卩，卩，）+F（u,卩）xT（1,卩）p/（lS（t）p）0asvdasasaU為整層大氣反射的太陽輻射，主要來自于大氣中分子和氣溶膠的散射貢獻；為太陽下行總輻射；T（Ta，巴）為傳感器和目標物之間的透過率；P為地表反射率；S（1a）為大氣半球反照率。由上式可看出衛(wèi)星觀測到的反射率既是AOD的函數，又是下墊面反射率的函數，如果知道下墊面反射率，并根據不同地區(qū)的氣溶膠特征確定大氣氣溶膠的模型就可以得到AOD。因此利用AOD與地面監(jiān)測指標之間的數學關系，進而建

2、立相應的數學統(tǒng)計模型，這就是基于衛(wèi)星遙感反演AOD進而通過統(tǒng)計模型預測PM2.5的基本原理和思路。二、遙感數據源目前能用于反演PM2.5的遙感傳感器主要有云一氣溶膠光達和紅外探險者衛(wèi)星觀測器CALIPSO、中分辨率成像光譜儀MODIS、多角度成像光譜儀MISR、多角度多通道偏振探測器POLDER、大氣臭氧總量繪圖儀TOMS和TOMS的后繼者臭氧監(jiān)測儀OMI。表1PM2.5遙感反演的主要衛(wèi)星和傳感器Table1SatellitesandsensorsforPM2.5retrieval衛(wèi)星傳感器時間空間分辨率重返周期Adeos-2POLDER-22002-12-14至2003-10-2521kmX

3、18km1dAquaMODIS2002年至今10km12dCaliopsoCALIPSO2005年至今5、40km1dEosAuraOMI2004年7月至今36kmX48km1dGms-5VIS-SR1995年至今1dGoesGOES1994年至今4km30minNimbus-71978-11-01至1993-05-06Meteor-3TOMS1991-08-22至1994-11-24rxr1dEarthProbe1996-07-25至2005-12-31NoaaAVHRR1970年至今1.1km1dParasolPOLDER2004年至今21kmX18km1dTerraMISR1999年至今

4、17*6km2gdTerraMODIS1999年至今10km12d目前應用最多的傳感器主要是MODIS和MISRo三、PM25時空分布計算方法利用遙感反演的AOD結合影響PM2.5的其他因素，采用統(tǒng)計方法間接計算PM2.5時空分布是當前主要的方法。其計算方法大體可以分為簡單線性模型、多元線性回歸模型、人工智能模型和廣義加法模型4種。簡單線性模型是利用近地面監(jiān)測站的PM2.5濃度與AOD之間的簡單二元關系建立的，是較早用于PM2.5反演的模型構建方法。多元線性回歸模型除了考慮AOD外，還將與PM2.5有相關性的濕度、溫度、風速、氣溶膠類型、大氣邊界層高度等因素作為自變量，因此多自變量進行PM2.

5、5多元線性回歸，其精度得到顯著的提高。由于PM2.5濃度的時空分布受到氣象場、排放源、復雜下墊面、理化生過程的耦合等多種因素的影響，具有較強的非線性特性。有學者采用神經網絡模型、支持向量機模型、貝葉斯網絡算法、基因算法等人工智能算法進行PM2.5時空分布計算，取得較好的應用效果。廣義相加模型GAM是線性模型非參數化的擴展將一些與因變量間存在的復雜非線性關系的自變量以不同函數加和的形式擬合入模型可以探索到變量間非單調非線性關系從中找出數據規(guī)律從而得到更好的預測結果。四、PM25遙感反演的問題為解決衛(wèi)星遙感近地面顆粒物中存在的“以點帶面”問題，提高區(qū)域尺度近地面顆粒物反演精度，以建立基于模式結果的

6、區(qū)域尺度近地面顆粒物濃度反演模型為目標，以結合大氣動力學模式模擬的邊界層參數為主要方法，以明確的研究區(qū)域和真實數據對提出的方法進行檢驗。反演模41研究/衛(wèi)星遙篙吒裕膠光學厚挖RAMS模式(M0D1S)/觀測實驗t蛾用屋近地血験就物施*誨JS五、文獻大氣細顆粒物PM25質量濃度的遙感估算模型研究的閱讀筆記5.1研究目標、研究內容與技術路線八研究目的以南京市仙林地區(qū)為研究區(qū)域，利用MODIS氣溶膠產品和地面實測環(huán)境空氣質量實時數據，探究大氣細顆粒物質量濃度的變化特征與影響_素，分析氣溶膠光學厚度與大氣細顆粒物質量濃度的相關關系，建立細顆粒物質量濃度衛(wèi)星遙感估算模型,為大氣污染的遙感監(jiān)測研究提供一些

7、有效的技術方法。研究內容A、細顆粒物質量濃度的變化特征：時間尺度、SO2和NO2、氣象要素對其影像B、氣溶膠光學厚度與細顆粒物質量濃度的關系分析C、考慮氣象因素的細顆粒物質量濃度多元回歸估算模型研究技術路線5.2數據預處理（1）細顆粒物質量濃度數據的預處理：剔除缺失值；統(tǒng)計分析計算均值；根據過境時間選時刻濃度（2）MODIS氣溶膠產品的預處理:影像的選取、糾正、分割和提?。?）氣象數據的預處理:氣溫、相對濕度、風速為每小時、能見度為每日5.3細顆粒物質量濃度的變化分析（1）時間變化（2）S02和N02對細顆粒物的影響（3）氣象因子對細顆粒物的影響（4）PM2.5多元線性回歸模型5.4細顆粒物質

8、量濃度的衛(wèi)星遙感估算模型（AOT與PM2.5）5.4.1模型選擇綜合考慮：確定性系數R2和F檢驗以及顯著性P值全年：幕函數；春夏：幕函數；秋：線性模型；冬：一元二次5.4.2垂直訂正3912（1）原理：工二V-H+b；h為氣溶膠標高；b則描述了來自對流層上部和平流層的氣溶膠對整層氣溶膠光學厚度的貢獻；t為AOT。求出每天的H后將AOT除以標高，得到近地面的氣溶膠消光系數,實現氣溶膠垂直分布訂正。氣溶膠標高的確定水平能見度一一近地面消光系數卩一一自變量；AOT為因變量；得到擬合方程，x的系數為標咼5.4.3濕度訂正濕度影響因子f(RH)=(1-RH/100)-1,RH為相對濕度的百分數PM2.5邙/f(RH)AOT方法一：PM2.5=，即對AOT作垂直與濕度訂正H-f()方法二：PM2.5-f(RH)=AOT;H，即對AOT做垂直訂正和對PM2.5做濕度訂正六、基于衛(wèi)星遙感的我國PM時空分布研究閱讀筆記6.1方法綜述利用衛(wèi)星遙感AOD反演地面PM2.5濃度的方法主要有3種：比例因子方法：利用大氣化學傳輸模型模擬出PM2.5與AOD的比例關系因子，然后將這個比例因子乘上衛(wèi)星遙感得到的AOD，從而估算地面PM2.5濃度。衛(wèi)星遙感估算的PM釘=卞:嚮管$x衛(wèi)星遙感反演的AOD準確性稍差，對數據要求高，適合長期平均濃度，基于物理機理的半經驗公