基于MODIS數(shù)據(jù)的安徽省氣溶膠光學(xué)厚度及其時空變化分析

蔣旭霞 方剛 鄧大保 朱鋒 曹時成

【摘 要】 本文以2018年3月到9月的Aqua/MODIS MYD02七景影像作為數(shù)據(jù)源，以安徽省為研究區(qū)，采用暗像元法和6S大氣輻射傳輸模型對安徽省氣溶膠光學(xué)厚度進(jìn)行反演，將Aqua -MYD04_L2氣溶膠產(chǎn)品與反演的AOD進(jìn)行精度驗證，并對其時空變化進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明：①3、4、5、8月份的大氣光學(xué)厚度數(shù)值偏低，6、7、9月份的大氣光學(xué)厚度數(shù)值偏高。②AOD值自北向南呈“低-高-低”趨勢，皖南和皖北（較皖中）的AOD數(shù)值明顯偏低。③反演的AOD數(shù)據(jù)空間分辨率較高，與Aqua -MYD04_L2氣溶膠產(chǎn)品反演結(jié)果基本一致，二者相關(guān)系數(shù)為0.96。

【關(guān)鍵詞】 遙感;氣溶膠光學(xué)厚度;MODIS數(shù)據(jù);時空變化分析

【中圖分類號】 P237 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A

【文章編號】 2096-4102（2020）04-0097-03 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

1引言

近年來，運用遙感影像反演氣溶膠光學(xué)厚度已成為高效、便捷獲取氣溶膠光學(xué)厚度的一種重要方法。氣溶膠是指大氣中懸浮粒徑在0.001μm到100μm之間的固態(tài)或液態(tài)顆粒物的總稱。Kaufman等研究成果表明，MODIS遙感氣溶膠產(chǎn)品達(dá)到一定精度，可用來反映氣溶膠區(qū)域分布，且氣溶膠光學(xué)厚度（Aerosol Optical Depth，AOD）可用來反映地面空氣質(zhì)量;氣溶膠濃度與空氣質(zhì)量息息相關(guān)，且大氣中的氣溶膠濃度隨時間和空間變化較大。

2研究區(qū)概況

安徽?。?14°54′～119°37′E，29°41′～34°38′N）位于華東腹地，北臨山東，南臨江西，東臨江蘇與浙江，西臨湖北和河南，轄16個省轄市、7個縣級市、54個縣、44個市轄區(qū)和4個國家級高新區(qū)，總面積為14.01萬平方公里。

3數(shù)據(jù)來源

以安徽省為研究區(qū)，以2018年（3月9日5：25，

4月7日4：55，5月3日5：30，6月11日5：35，7月19日5：00，8月23日5：30，9月8日5：30，時間均為UTC時間）七景Aqua衛(wèi)星搭載的MODIS MYD02數(shù)據(jù)（空間分辨率為1KM）為數(shù)據(jù)源，以2018年4月7日4：55（UTC時間）MODIS MYD04_L2數(shù)據(jù)（空間分辨率為10KM）為檢驗數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于NASA官網(wǎng)（https：//ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov），云量較少。

4研究基本原理

5.2建立查找表

由于研究區(qū)位于東經(jīng)114°54′～119°37′、北緯29°41′～34°38′之間，研究時間為3月到9月，參考前人研究成果選取大氣模式為中緯度夏季大氣，氣溶膠類型為大陸氣溶膠。根據(jù)VERMOTE等建立的查找表，AOD選擇0～2.0，根據(jù)實際情況增加中間值;其中，太陽、衛(wèi)星天頂角（θs）范圍選取0°～60°，步長為12°;衛(wèi)星與太陽間的相對方位角差分別為0°、24°、48°、72°、96°、120°、144°、168°和180°（除最后一個相隔12°外，其他每個方位角之間相隔24°）;相應(yīng)參數(shù)設(shè)置后，根據(jù)6S大氣輻射傳輸模型反演氣溶膠光學(xué)厚度建立查找表，其余數(shù)值在天頂角、方位角與氣溶膠光學(xué)厚度值等定值間線性內(nèi)插計算得出。

6反演結(jié)果與分析

6.1反演結(jié)果與精度驗證

利用上述計算公式對安徽省氣溶膠進(jìn)行反演，反演結(jié)果如圖1所示。

為了進(jìn)一步驗證反演結(jié)果的可靠性，選取2018年4月7日4：55Aqua-MYD04_L2氣溶膠產(chǎn)品與同時間反演的AOD數(shù)據(jù)進(jìn)行精度驗證，驗證結(jié)果如表1所示。

由表1可知，MYD02反演的AOD和MYD04_L2氣溶膠產(chǎn)品反演結(jié)果基本一致，累計誤差只有2.56%，平均絕對誤差（MAE）和均方根誤差（RMSE）均小于0.1，具有較好的相關(guān)性（R2=0.9165）。MYD02反演的AOD結(jié)果可靠性較好。

6.2安徽省氣溶膠的空間變化分析

由圖1可知：AOD數(shù)值在0～0.25的區(qū)間多分布于皖北平原和皖南山區(qū)。主要原因是：皖北平原的地勢平坦，以農(nóng)業(yè)和煤礦業(yè)為主，農(nóng)業(yè)燃燒及粉塵是其主要的氣溶膠源;皖南山區(qū)地勢起伏大。

AOD數(shù)值中的0.25～1區(qū)間多分布于皖中地區(qū)和沿江地區(qū)。主要原因是：皖中地區(qū)（馬鞍山等）經(jīng)濟(jì)以工業(yè)為主，工業(yè)生產(chǎn)及建筑產(chǎn)生的NO2、NH3、SO2等污染物排放相對較多;沿江地區(qū)相對濕度較大，吸濕性氣溶膠粒子散射效率提高及氣溶膠顆粒物體積增大，促使氣溶膠二次轉(zhuǎn)化。

AOD數(shù)值中的1～2區(qū)間較少，主要分布于皖西南地區(qū)及合肥地區(qū)，主要原因是：皖西南地區(qū)多山地，空氣流通能力較弱致使污染物不易擴(kuò)散。且皖南多湖泊（龍感湖等），水汽充足，吸濕性氣溶膠較多;合肥地區(qū)經(jīng)濟(jì)、交通運輸及工業(yè)發(fā)展快，汽車尾氣及工業(yè)廢氣較多。

6.3安徽省氣溶膠的時間變化分析

AOD反演結(jié)果統(tǒng)計數(shù)值如表2所示。

由表2可知：3、4、5、8月份安徽省的氣溶膠光學(xué)厚度數(shù)值偏低，AOD數(shù)值靠近0時所占百分比較高，研究區(qū)污染較輕;6、7、9月份安徽省的氣溶膠光學(xué)厚度數(shù)值偏高，AOD數(shù)值靠近0時所占百分比較低，研究區(qū)污染較重。

7結(jié)論

采用6S大氣輻射傳輸模型與暗像元法對安徽省氣溶膠光學(xué)厚度進(jìn)行遙感反演，反演結(jié)果具有一定的可靠性。

安徽省AOD值具有明顯的月際變化特征，AOD月均值在0～0.25波動，整體上呈“N型”曲線上升。

安徽省AOD數(shù)值具有明顯的時空分異規(guī)律，反映出不同時期不同地區(qū)氣溶膠分布情況，研究成果可為環(huán)境監(jiān)測或城市規(guī)劃部門提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

【參考文獻(xiàn)】

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