基于遙感的秸稈焚燒對(duì)江蘇省氣溶膠光學(xué)厚度時(shí)空分布的影響研究

杭鑫，李亞春，張明明，謝小萍，任義方，張嵐

1. 江蘇省氣象服務(wù)中心，江蘇 南京 210008；2. 池州市氣象局，安徽 池州 247100

基于遙感的秸稈焚燒對(duì)江蘇省氣溶膠光學(xué)厚度時(shí)空分布的影響研究

杭鑫1，李亞春1，張明明2，謝小萍1，任義方1，張嵐1

1. 江蘇省氣象服務(wù)中心，江蘇 南京 210008；2. 池州市氣象局，安徽 池州 247100

為了解秸稈焚燒對(duì)大氣氣溶膠光學(xué)厚度（AOD）時(shí)空分布的影響，利用江蘇省2010—2015年衛(wèi)星監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算了5—7月份江蘇省的AOD信息，采用基于上下文的增強(qiáng)的火點(diǎn)遙感識(shí)別方法提取了6月江蘇省的火點(diǎn)信息，分析了AOD與火點(diǎn)的時(shí)空變化特征，以期為開展大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)提供依據(jù)，為政府秸稈焚燒防控決策提供參考。結(jié)果表明：江蘇省秸稈焚燒火點(diǎn)主要集中于6月，2010—2013年6月秸稈焚燒火點(diǎn)較多，2014年和2015年的火點(diǎn)數(shù)明顯減少，且火點(diǎn)主要集中于長(zhǎng)江以北地區(qū)，而長(zhǎng)江以南地區(qū)較少；在沒有秸稈焚燒的情況下（以5月和7月作為對(duì)照），江蘇省AOD的空間分布表現(xiàn)為蘇南最高，蘇中其次，蘇北最低；而受秸稈焚燒影響的6月，全省平均AOD值均大于5月和7月，其中江蘇西部、蘇北、蘇南大部分地區(qū)AOD值明顯增大，AOD高值區(qū)跟秸稈焚燒火點(diǎn)高發(fā)區(qū)分布總體一致；秸稈焚燒對(duì)蘇南、蘇中和蘇北的AOD值影響存在一定差異，針對(duì)5—6月AOD進(jìn)行差值計(jì)算，發(fā)現(xiàn)蘇北AOD平均差值為0.19，蘇南為0.22，蘇中最小，僅為0.11，且蘇中部分地區(qū)的AOD差值與火點(diǎn)的分布并非完全一致，這是由于6月蘇中地區(qū)以東到東南風(fēng)為主，且蘇中平原秸稈焚燒排放的污染物更易擴(kuò)散，導(dǎo)致秸稈焚燒對(duì)蘇中地區(qū)AOD值的影響程度小于蘇南和蘇北，與火點(diǎn)的分布并不完全一致?？梢?，秸稈焚燒可對(duì)江蘇省AOD的時(shí)空變化產(chǎn)生較明顯的影響。

秸稈焚燒；火點(diǎn)；AOD；衛(wèi)星遙感；江蘇省

大氣中氣溶膠主要來源于人類活動(dòng)和自然產(chǎn)生（Streets et al.，2009；Lu et al.，2010；Leil et al.，2010）。現(xiàn)有研究已表明人類活動(dòng)產(chǎn)生的煙塵等排放物已成為中國(guó)東部地區(qū)的氣溶膠主要類型（He et al.，2012；Li et al.，2010；鄧學(xué)良等，2010）。6月份正是江蘇省小麥等農(nóng)作物收割的主要季節(jié)，農(nóng)民為搶收搶種，往往就地焚燒秸稈，大部分秸稈直接露天焚燒，排放大量煙塵類型的氣溶膠（王書肖等，2008；鄭有飛等，2010；趙建寧等，2011），嚴(yán)重污染環(huán)境，引起能見度下降，影響航空、航運(yùn)、高速公路運(yùn)輸和人民生產(chǎn)生活。

衛(wèi)星遙感資料已被廣泛應(yīng)用于氣溶膠空間分布和變化研究以及秸稈焚燒火點(diǎn)監(jiān)測(cè)。目前，MODIS衛(wèi)星遙感氣溶膠產(chǎn)品作為國(guó)內(nèi)外專家分析氣溶膠光學(xué)厚度（AOD）變化信息的主要數(shù)據(jù)源，不少學(xué)者已經(jīng)對(duì)其產(chǎn)品的適用性驗(yàn)證做了大量工作（Remer et al.，2005；Ichoku et al.，2005；Levy et al.，2009）。鄭小波等（2011）和白淑英等（2012）利用MODIS氣溶膠產(chǎn)品研究了中國(guó)及部分區(qū)域內(nèi)AOD長(zhǎng)時(shí)間分布和變化趨勢(shì)。王子峰等（2008）和馮登超等（2015）在衛(wèi)星監(jiān)測(cè)秸稈焚燒火點(diǎn)方法上也做了不少研究。

隨著近年來秸稈焚燒引起的環(huán)境問題越來越被社會(huì)各界所關(guān)注，很多學(xué)者開展了秸稈焚燒對(duì)空氣質(zhì)量的影響研究。厲青等（2009）研究認(rèn)為秸稈焚燒火點(diǎn)數(shù)變化與空氣污染指數(shù)有較好的一致性，在不利于污染物擴(kuò)散的氣象條件下秸稈焚燒會(huì)導(dǎo)致空氣質(zhì)量明顯下降；尹聰?shù)龋?011）進(jìn)一步分析了秸稈焚燒影響空氣質(zhì)量的氣象成因。蘇繼峰等（2012）從天氣形勢(shì)、衛(wèi)星遙感火點(diǎn)監(jiān)測(cè)、物理量診斷和后向軌跡模擬等方面探討了秸稈焚燒導(dǎo)致南京及周邊二次空氣污染事件的成因。蔡宏珂等（2011）采用星載激光雷達(dá)資料對(duì)秸稈焚燒源氣溶膠的光學(xué)特性進(jìn)行了分析。伍德俠等（2008）研究了2007年5—6月合肥秸稈焚燒期間碳黑氣溶膠的變化特征，表明秸稈焚燒是碳黑氣溶膠的重要來源。楊元建等（2013）通過比較安徽地區(qū)的逐月能見度、霾日數(shù)及AOD的變化與火點(diǎn)數(shù)分布情況，認(rèn)為6月份大量焚燒秸稈造成了空氣中顆粒物濃度升高，加上適合污染物擴(kuò)散的氣象條件的配合，整個(gè)東部地區(qū)AOD均有所上升。上述研究多側(cè)重于秸稈焚燒對(duì)空氣質(zhì)量的影響以及污染物來源分析，而對(duì)AOD時(shí)空格局的影響研究尚不多見，楊元建等（2013）也僅僅給出了定性的比較結(jié)果。

為此，本文利用2010—2015年江蘇省衛(wèi)星監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分別解譯出每年6月份的秸稈焚燒火點(diǎn)信息以及每年5—7月AOD的分布信息，分析了秸稈焚燒火點(diǎn)和AOD的時(shí)空變化特征，探討秸稈焚燒對(duì)AOD時(shí)空格局的影響規(guī)律，以期為開展大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)提供依據(jù)，為政府秸稈焚燒防控決策提供參考。

1 研究區(qū)與資料及方法簡(jiǎn)介

1.1 研究區(qū)概況

本文在對(duì)江蘇省進(jìn)行空間區(qū)域分析時(shí)，參考既往的劃分方法，同時(shí)結(jié)合實(shí)際情況，將研究區(qū)劃分為蘇南（包括蘇州、無錫、常州、鎮(zhèn)江和南京五市）、蘇北（包括鹽城、淮安、連云港、宿遷和徐州5市）和蘇中（包括南通、泰州和揚(yáng)州3市）3個(gè)區(qū)域進(jìn)行對(duì)比分析（圖1）（張明明，2014）。

1.2 資料

常規(guī)氣象數(shù)據(jù)：氣象資料來源于江蘇省氣象局，主要選用了東臺(tái)站2010—2015年每年6月站點(diǎn)的平均風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)。

NCEP/NCAR再分析資料：NCEP/NCAR再分析資料來源于美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局，主要為近地面月平均緯向風(fēng)和徑向風(fēng)數(shù)據(jù)，分辨率為2.5°×2.5°，時(shí)間范圍為2010—2015年每年6月。

衛(wèi)星數(shù)據(jù)：MOD04_3K（全稱MODIS Terra/Aqua Aerosol 5-Min L2 Swath 3 km）是NASA于2015年新發(fā)布的Level 2級(jí)氣溶膠產(chǎn)品，版本為C6，可用來獲取全球海洋和陸地環(huán)境的大氣氣溶膠光學(xué)特性，如氣溶膠光學(xué)厚度（AOD）和波長(zhǎng)指數(shù)（Angstrom Exponent），通過查找表（LUT）反演得到反射和傳輸通量，以及其他質(zhì)量控制和輔助參數(shù)，其空間分辨率為3 km，以HDF4格式提供，相較于之前C5版本的10 km分辨率的氣溶膠日產(chǎn)品（MOD04_L2），較高的分辨率有助于分析更為精細(xì)的AOD分布特征，時(shí)間范圍為2010—2015年每年5月、6月和7月。而火點(diǎn)信息的提取則是綜合了基于國(guó)家衛(wèi)星氣象中心和江蘇省氣象局衛(wèi)星直收站的EOS/MODIS和NOAA/AVHRR觀測(cè)的影像數(shù)據(jù)，時(shí)間范圍為2010—2015年每年5月和6月。

1.3 氣溶膠光學(xué)厚度的提取方法

由于MOD04_3K數(shù)據(jù)為Swath格式的數(shù)據(jù)，地理坐標(biāo)信息以經(jīng)緯度波段的方式單獨(dú)存在。利用MCTK（MODIS Conversion Toolkit）工具包進(jìn)行鑲嵌和投影轉(zhuǎn)換，投影方式為Geographic Lat/Lon，并進(jìn)行裁切處理。MOD04_3K數(shù)據(jù)以整型數(shù)據(jù)SI（Scaled Integers）的方式存儲(chǔ)，使用前需要進(jìn)行真值轉(zhuǎn)換，即乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)0.001得到真實(shí)的氣溶膠光學(xué)厚度值。由于NASA發(fā)布的氣溶膠產(chǎn)品數(shù)據(jù)是基于改進(jìn)的暗像元法（V5.2算法）和深藍(lán)算法（Deep Blue）反演得到的AOD，而本研究時(shí)段的氣溶膠產(chǎn)品適用于V5.2算法，而采用該算法提取出來的AOD可能在湖面等水體上空會(huì)出現(xiàn)異常無效值，這是由于V5.2算法是基于下墊面為均一植被地表的假設(shè)，水體上空若能反演出AOD，顯然不合理，因此采用水體掩膜技術(shù)去除異常無效值。

圖1 研究區(qū)位置圖Fig. 1 The location map of study area

1.4 火點(diǎn)信息的提取方法

本文采用一種基于上下文的增強(qiáng)的火點(diǎn)遙感識(shí)別方法（ECFDA）（李亞春等，2007）來提取火點(diǎn)信息，其原理是通過計(jì)算中心點(diǎn)像元與周圍像元溫度的統(tǒng)計(jì)特征，設(shè)置若干判據(jù)和閾值來實(shí)現(xiàn)熱異常探測(cè)，主要包括火點(diǎn)確定、耀斑濾除，該算法相較于傳統(tǒng)的CFDA算法，在火點(diǎn)背景像素的確定及真實(shí)火點(diǎn)的判據(jù)選擇等方面有了改進(jìn)，算法性能更優(yōu)越。衛(wèi)星數(shù)據(jù)主要用到波長(zhǎng)為4 μm的中紅外波段和11 μm的熱紅外波段，其亮度溫度值分別用T4和T11表示。以MODIS衛(wèi)星數(shù)據(jù)為例（NOAA/AVHRR衛(wèi)星數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的通道為3、4通道），主要改進(jìn)的地方是在原有算法的基礎(chǔ)上引入亮溫梯度的概念，以更好地區(qū)別出真實(shí)火點(diǎn)和疑似火點(diǎn)。

主要建立以下判據(jù)將真實(shí)火點(diǎn)從疑似火點(diǎn)中判別出來：

2 結(jié)果與討論

2.1 江蘇省秸稈焚燒火點(diǎn)的時(shí)空分布特征

2010—2015年江蘇省的夏收時(shí)間主要集中于6月，2014年最早，5月26日開始夏收，其他5年均在6月1日左右開始，結(jié)束日期在6月26日—6月30日之間，因此本文僅分析每年6月的秸稈焚燒火點(diǎn)分布情況。由江蘇省秸稈焚燒火點(diǎn)示意圖（圖2）可知，2010—2015年每年6月在江蘇省境內(nèi)均監(jiān)測(cè)到秸稈焚燒火點(diǎn)，其中2010—2013年6月秸稈焚燒火點(diǎn)較多，2014年和2015年的火點(diǎn)數(shù)明顯減少，至2015年全省火點(diǎn)數(shù)降至13個(gè)，這可能與秸稈禁燒的力度加強(qiáng)，農(nóng)民的環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)有關(guān)。蘇北、蘇中和蘇南省秸稈焚燒火點(diǎn)的時(shí)間變化趨勢(shì)總體相似，但存在一定的差異。其中，蘇北地區(qū)2010—2013年6月秸稈焚燒火點(diǎn)數(shù)明顯多于2014年和2015年同期；蘇中地區(qū)2011年6月秸稈焚燒火點(diǎn)數(shù)最多，2013—2015年同期顯著減少；蘇南地區(qū)則是2011年和2012年6月的火點(diǎn)數(shù)較多，其他年份均較少。從秸稈焚燒火點(diǎn)的空間分布來看，火點(diǎn)主要集中于長(zhǎng)江以北地區(qū)，而長(zhǎng)江以南地區(qū)較少。分別從蘇北、蘇中和蘇南3個(gè)區(qū)域統(tǒng)計(jì)秸稈焚燒火點(diǎn)數(shù)（表1），可以發(fā)現(xiàn)蘇北地區(qū)的秸稈焚燒火點(diǎn)數(shù)最多，累計(jì)達(dá)860個(gè)，占全省火點(diǎn)總數(shù)的80.9%，且歷年火點(diǎn)數(shù)均大于其他地區(qū)；蘇中地區(qū)次之，累計(jì)火點(diǎn)數(shù)126個(gè)，占比11.9%；蘇南地區(qū)最少，僅占7.2%。

圖2 2010—2015年6月江蘇省秸稈焚燒火點(diǎn)示意圖Fig. 2 The straw burning points in June of Jiangsu Province from 2010 to 2015

表1 2010—2015年6月江蘇省火點(diǎn)數(shù)目分區(qū)域統(tǒng)計(jì)Table 1 The area statistics of burning points number in Jiangsu Province from 2010 to 2015 ind

2.2 江蘇省AOD的時(shí)空分布特征

圖3反映了2010—2015年江蘇省5—7月的AOD值的年變化趨勢(shì)。由圖可知，江蘇省5—7月的AOD值總體呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，2010—2013年這3個(gè)月的AOD值相對(duì)較大，2014開始呈明顯下降趨勢(shì)。從不同月份看，各年6月的AOD值均大于5月和7月，且2010—2013年3條曲線之間相差較大，而2014年和2015年3條曲線趨于接近。這與衛(wèi)星監(jiān)測(cè)到的秸稈焚燒火點(diǎn)數(shù)的時(shí)間變化趨勢(shì)基本相符。

圖3 2010—2015年江蘇省5—7月AOD變化Fig. 3 The monthly changes of AOD in Jiangsu Province from 2010 to 2015

圖4 2010—2015年江蘇省5—7月平均AOD分布Fig. 4 The average distributions of AOD from May to July of Jiangsu Province from 2010 to 2015

圖5 江蘇省累計(jì)6年5—7月分區(qū)域AOD均值統(tǒng)計(jì)Fig. 5 The sub regional AOD average statistics from May to July of Jiangsu Province in cumulative six years

將2010—2015年每年5—7月的AOD值累加求平均并進(jìn)行分區(qū)統(tǒng)計(jì)，得到江蘇省2010—2015年5—7月的合成平均AOD分布圖（圖4）和AOD分區(qū)域分布統(tǒng)計(jì)圖（圖5）。由圖4～圖5可知，江蘇省5—7月的AOD空間分布總體趨勢(shì)基本相似，表現(xiàn)為蘇南地區(qū)最高（分別為：0.97、1.19、0.89），蘇中其次（分別為：0.93、1.04、0.86），蘇北最低（分別為：0.88、1.07、0.83），區(qū)域間AOD值由南向北呈階梯狀分布，高值區(qū)主要位于蘇南中東部。一般認(rèn)為，江蘇AOD值的這種階梯狀分布主要是由人口密度、城市化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平導(dǎo)致的，與張明明等（2014）的研究結(jié)果一致。由圖4可知，6月份江蘇省AOD的分布情況發(fā)生了明顯變化，明顯高于5月和7月，蘇南地區(qū)AOD均值已高達(dá)1.19，明顯大于5月和7月，蘇中和蘇北地區(qū)的情況也相似。AOD的高值（＞1.1）范圍也明顯擴(kuò)大，除蘇南中東部地區(qū)AOD值仍然較大外，全省西部及中部部分地區(qū)也出現(xiàn)了AOD高值。

由于江蘇省秸稈焚燒現(xiàn)象主要集中于6月份，故特別分析2010—2015年的6月AOD分布情況（圖6）。由圖可見，2010—2013年全省AOD值要比2014—2015年明顯偏大，且各區(qū)域年際間分布差異明顯。其中，蘇北地區(qū)2010年和2011年AOD高值最多，蘇中地區(qū)2011年和2013年AOD高值最多，而蘇南地區(qū)2010—2013年AOD高值均較多，各區(qū)域2014年和2015年的AOD高值均明顯減少。除2013年外，6月份AOD的時(shí)空分布情況與相應(yīng)的秸稈焚燒火點(diǎn)分布情況也基本相符。從江蘇省氣象局發(fā)布的2013年6月江蘇省農(nóng)業(yè)及生態(tài)氣象情報(bào)統(tǒng)計(jì)可知，2013年6月江淮東部和蘇南地區(qū)降水普遍較常年同期偏少10%～80%，其他地區(qū)偏多10%～40%，且當(dāng)月出現(xiàn)異常高溫天氣，月極端溫度達(dá)38.3 ℃。根據(jù)羅宇翔等（2012）研究，夏季在高溫高濕的氣象條件下，大氣中二次氣溶膠轉(zhuǎn)化增加，而降水的偏多使AOD明顯下降，因此氣象條件可能是造成2013年6月蘇南地區(qū)AOD出現(xiàn)高值，而蘇北地區(qū)AOD偏小的原因。

2.3 秸稈焚燒對(duì)江蘇省AOD影響的分析

羅云峰等（2000）利用1961—1990年近30年中國(guó)44個(gè)日射站反演了大氣氣溶膠光學(xué)厚度（AOD）的平均值，表明AOD值大小依次為5月＞6月＞7月，而這一時(shí)期國(guó)內(nèi)很少出現(xiàn)秸稈焚燒現(xiàn)象，AOD受秸稈焚燒影響較?。魂P(guān)佳欣等（2010）也發(fā)現(xiàn)2000—2009年長(zhǎng)江三角洲地區(qū)的夏季AOD值略低于春季；鄭小波等（2012）認(rèn)為夏季AOD值略低于春季主要是因?yàn)檠芯繀^(qū)夏季主汛期雨水的沖刷作用，并且估計(jì)夏季平均AOD值要比春季低0.2～0.3。因此，可以推斷，在不考慮秸稈焚燒影響且排放源近似不變的情形下，5—月的AOD值差異不大，且6月份的AOD值應(yīng)略小于5月份而略大于7月份。若6月份的AOD值大于5月份，則認(rèn)為主要是秸稈焚燒影響的結(jié)果。例如2014年和2015年6月火點(diǎn)明顯減少（圖2），其AOD值與5月和7月的均值差異明顯縮小（圖3），這進(jìn)一步驗(yàn)證了上述推論。

圖6 2010—2015年江蘇省6月AOD分布圖Fig. 6 The AOD distributions of June in Jiangsu Province from 2010 to 2015

為分析6月份秸稈焚燒對(duì)AOD分布的影響，將2010—2015年每年6月平均AOD值分別與5月和7月進(jìn)行差值運(yùn)算（6月AOD—5月AOD，6月AOD—7月AOD），計(jì)算結(jié)果見圖7。由6月與5月的AOD差值圖（圖7a）可知，全省西部及蘇北大部分地區(qū)6月的AOD值明顯大于5月，而蘇中和蘇南的中東部地區(qū)AOD差值較小，甚至出現(xiàn)負(fù)值。與6月的累計(jì)火點(diǎn)分布圖（圖7b）進(jìn)行比較，衛(wèi)星監(jiān)測(cè)到的秸稈焚燒火點(diǎn)主要集中于蘇北、蘇中和蘇南的中西部地區(qū)，蘇中和蘇南的東部火點(diǎn)明顯偏少。火點(diǎn)相對(duì)密集的西部及蘇北大部分地區(qū)，由于較多的秸稈焚燒導(dǎo)致了AOD值的升高，故6月AOD值大于5月，其AOD差值大部分介于0.3～0.5之間；蘇南東部及沿海地區(qū)由于火點(diǎn)較少，故6月的AOD值與5月相當(dāng)或略小于5月。6—7月份的AOD差值分布情況（圖7c）與5—6月份差值基本相似，但由于通常情況下6月AOD值與7月相當(dāng)或略大于7月，因此秸稈焚燒引起的AOD值的升高主要導(dǎo)致兩者的差異進(jìn)一步增大。由此可以認(rèn)為，6月份秸稈焚燒所排放的污染物引起了AOD值的升高，導(dǎo)致了全省AOD分布狀況發(fā)生改變。

圖7 （a）2010—2015年江蘇省5月和6月累計(jì)平均AOD差值；（b）2010—2015年江蘇省6月火點(diǎn)個(gè)數(shù)累計(jì)分布；（c）6月和7月累計(jì)平均AOD差值Fig. 7 (a) The cumulative average AOD differences in May and June of Jiangsu Province from 2010 to 2015; (b) The point number cumulative distributions in June of Jiangsu Province from 2010 to 2015; (c) The cumulative average AOD differences in June and July

進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)各區(qū)域5、6月份的AOD差值，發(fā)現(xiàn)蘇北AOD平均差值為0.19，蘇南為0.22，蘇中最小，僅為0.11，說明秸稈焚燒對(duì)這3個(gè)區(qū)域的AOD值均有影響，其中，對(duì)蘇南和蘇北地區(qū)的影響相對(duì)較大，而對(duì)蘇中地區(qū)影響較小。蘇中部分地區(qū)的AOD差值與火點(diǎn)的分布并非完全一致，有可能是受到了地形或氣象條件的影響。

2.4 討論

根據(jù)吳兌等（2008）的研究，近地層輸送條件即地面流場(chǎng)與大氣污染物稀釋擴(kuò)散密切相關(guān)；楊元建等（2013）認(rèn)為，風(fēng)速大值區(qū)，污染物容易擴(kuò)散，AOD相對(duì)較低；而風(fēng)速小值區(qū)，即氣流停滯區(qū)，水平擴(kuò)散條件不好，污染物濃度容易升高，AOD相對(duì)升高。因此，從理論上講，在不考慮風(fēng)和地形的影響下，秸稈焚燒所在區(qū)域的平均AOD值會(huì)比無秸稈焚燒的相鄰區(qū)域高。蘇中地區(qū)秸稈焚燒火點(diǎn)數(shù)僅次于蘇北地區(qū)，但這一地區(qū)，尤其是東部沿海地區(qū)的平均AOD差值卻是最小的，分析認(rèn)為主要有兩方面的原因：一是6月份蘇中及蘇北南部地區(qū)以東到東南風(fēng)為主（圖8），秸稈焚燒產(chǎn)生的顆粒污染物更易向處于下風(fēng)向的西北部輸送，導(dǎo)致江蘇西部的AOD值明顯偏高；二是蘇中、蘇北多為平原地區(qū)，在沿海較大風(fēng)速且主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|到東南風(fēng)的影響下（圖9），秸稈焚燒所排放的污染物更易擴(kuò)散，故AOD值相對(duì)較低。

圖8 2010—2015年6月東臺(tái)站風(fēng)向玫瑰圖；Fig. 8 The wind rose of Dongtai Station in June from 2010 to 2015

圖9 2010—2015年6月合成平均的近地面風(fēng)場(chǎng)分布Fig.9 The average distribution of the surface wind field in June from 2010 to 2015

此外，由于衛(wèi)星觀測(cè)本身存在局限性，會(huì)受到大范圍天空云系的影響，造成觀測(cè)數(shù)據(jù)的不連續(xù)，AOD反演對(duì)云的變化非常敏感，有時(shí)出現(xiàn)很薄的云，AOD反演結(jié)果為空值，但此時(shí)火點(diǎn)信息卻能被提取出來，這就造成了觀測(cè)數(shù)據(jù)的不對(duì)應(yīng)，因此本文對(duì)AOD的提取均采用計(jì)算均值的方法，同時(shí)對(duì)火點(diǎn)的提取也采用對(duì)應(yīng)時(shí)段的累計(jì)分布，由此提高了兩者對(duì)比的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。本文研究江蘇區(qū)域時(shí)僅對(duì)江蘇省內(nèi)的AOD和火點(diǎn)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，未考慮鄰?。ò不?、山東等）的火點(diǎn)和其他氣象因子等對(duì)江蘇的影響，結(jié)果難免會(huì)有不精確之處，需要進(jìn)一步研究更大尺度的環(huán)境及氣象要素對(duì)江蘇省AOD的影響，以期為政府秸稈焚燒防控決策提供理論依據(jù)。

3 結(jié)論

本文利用6年的EOS/MODIS和NOAA/ AVHRR遙感數(shù)據(jù)分析了江蘇省氣溶膠光學(xué)厚度和火點(diǎn)的分布特征，結(jié)合近地面風(fēng)數(shù)據(jù)重點(diǎn)研究了6月份江蘇省AOD的時(shí)空分布特征和成因。主要結(jié)論如下：

（1）江蘇省秸稈焚燒火點(diǎn)主要集中于6月，2010—2013年6月秸稈焚燒火點(diǎn)較多，2014年和2015年的火點(diǎn)數(shù)明顯減少，且火點(diǎn)主要集中于長(zhǎng)江以北地區(qū)，長(zhǎng)江以南地區(qū)較少。

（2）在沒有秸稈焚燒的情況下（以5月和7月作為對(duì)照），江蘇省AOD空間分布表現(xiàn)為蘇南最高，蘇中其次，蘇北最低；而受秸稈焚燒影響的6月，全省平均AOD值大于5月和7月，其中江蘇西部、蘇北、蘇南大部分地區(qū)AOD值明顯增大，AOD高值區(qū)跟秸稈焚燒火點(diǎn)高發(fā)區(qū)分布總體一致。

（3）秸稈焚燒對(duì)蘇南、蘇中和蘇北的AOD值影響存在一定差異，針對(duì)5—6月 AOD進(jìn)行差值計(jì)算，發(fā)現(xiàn)蘇北AOD平均差值為0.19，蘇南為0.22，蘇中最小僅為0.11，且蘇中部分地區(qū)的AOD差值與火點(diǎn)的分布并非完全一致，這是由于6月江蘇及蘇中地區(qū)以東到東南風(fēng)為主，且蘇中平原秸稈焚燒排放的污染物更易擴(kuò)散，導(dǎo)致秸稈焚燒對(duì)蘇中地區(qū)AOD值的影響程度小于蘇南和蘇北，與火點(diǎn)的分布不完全一致。

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Study on the Spatial and Temporal Distribution of AOD in Jiangsu Province Influenced by Straw Burning Based on Satellite Remote Sensing

HANG Xin1, LI Yachun1, ZHANG Mingming2, XIE Xiaoping1, REN Yifang1, ZHANG Lan1
1. Jiangsu Meteorological Service Center, Nanjing 210008, China; 2. Meteorological Bureau of Chizhou City, Chizhou, 247100, China

To understand the spatial and temporal distribution of atmospheric Aerosol Optical Depth (AOD) influenced by straw burning in Jiangsu Province, further provide the basis for monitoring and evaluation of atmospheric environment, and provide reference of straw burning prevention for the government, satellite monitoring data and meteorological observation data from 2010 to 2015 are used to calculate the AOD information from May to July, and at the same time the information of burning points in June is extracted by the ECFDA method. After that, the spatial and temporal variations of AOD and burning points are analyzed. The results show that June is the main period that straw burning points are concentrated, which mostly appear in the north of Yangtze River, less happen in the south. And also, the number of straw burning points is relatively high in June from 2010 to 2013, while the number decreased significantly in 2014 and 2015. During the period without straw burning (e.g. in May and July), the amounts of AOD in Jiangsu Province from high to low are, separately, located in the south part, the central part and the north part. In June affected by straw burning, the provincial average value of AOD is greater than that in May and July, the value of AOD located in the west, north and south of Jiangsu increase significantly. This phenomenon is in accordance with high incidence of straw burning points. However, the influences of straw burning are different in southern, middle and northern part of Jiangsu. Through the difference calculation of AOD in May and June, it is found that the average differences in north, south, and central part of Jiangsu west are 0.19, 0.22, and 0.11, separately. Then, focus on the middle part of Jiangsu, where AOD difference is not completely consistent with the distribution of fire points, to find the reasons. After analyzing, it is found that the east to southeast wind is the predominant wind direction in middle Jiangsu during June, so straw burning emissions of pollutants in middle plain are more likely to spread, which lead to the result that the straw burning influence to middle region AOD value is far less than the southern and northern Jiangsu, and the fire distributions are not completely consistent with it. Research suggests that straw burning has more obvious influence on the changes of spatial and temporal variations of AOD in Jiangsu Province.

straw burning; burning point; AOD; satellite remote sensing; Jiangsu Province

10.16258/j.cnki.1674-5906.2017.01.017

X87

A

1674-5906（2017）01-0111-08

杭鑫, 李亞春, 張明明, 謝小萍, 任義方, 張嵐. 2017. 基于遙感的秸稈焚燒對(duì)江蘇省氣溶膠光學(xué)厚度時(shí)空分布的影響研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 26(1): 111-118.

HANG Xin, LI Yachun, ZHANG Mingming, XIE Xiaoping, REN Yifang, ZHANG Lan. 2017. Study on the spatial and temporal distribution of AOD in Jiangsu Province influenced by straw burning based on satellite remote sensing [J]. Ecology and Environmental Sciences, 26(1): 111-118.

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41375158）；江蘇省氣象局青年科研基金項(xiàng)目（Q201507）；江蘇省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（BE2011840）；江蘇省氣象局重點(diǎn)項(xiàng)目（KZ201403）

杭鑫（1990年生），男，碩士研究生，研究方向?yàn)橹饕獜氖滦l(wèi)星遙感應(yīng)用及應(yīng)用氣象研究。E-mail: 570702005@qq.com *通信作者：李亞春，男，正研級(jí)高工

2016-10-25