基于MODIS數(shù)據(jù)的山東省秸稈焚燒與空氣質(zhì)量關(guān)系探析

蘇慧毅，翟夢真，王文林，李明詩，3①

(1.南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，江蘇 南京 210037；2.生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學(xué)研究所，江蘇 南京 210042；3.南京林業(yè)大學(xué)南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210037)

秸稈焚燒指將諸如小麥、玉米等成熟的農(nóng)作物籽實收獲后，其殘余的莖葉(穗)等部位通過火燒進行焚毀的行為。有調(diào)查結(jié)果顯示，稻谷、玉米和小麥?zhǔn)沁M行露天秸稈焚燒的3大作物，其污染物排放占比較高。在我國每到農(nóng)作物收獲季節(jié)，直接在農(nóng)田中進行露天秸稈焚燒的行為非常普遍[1-2]。焚燒秸稈時產(chǎn)生的SO2和NO2等大氣污染物及顆粒污染物會進入空氣造成污染。另外，秸稈焚燒導(dǎo)致大氣中PM2.5、CO和NO2濃度呈顯著波動變化規(guī)律[3-5]。然而，由于秸稈的焚燒時間隨機、焚燒火點分布零散且其污染物擴散受氣象和地形因素等制約[6-7]，大地域范圍內(nèi)的秸稈焚燒人工監(jiān)測面臨諸多挑戰(zhàn)。人工調(diào)查等傳統(tǒng)地面監(jiān)測手段不能及時獲得大范圍的火點監(jiān)測信息，只能通過有限的樣本點獲取秸稈焚燒強度和對空氣質(zhì)量的影響狀況。另外，地面人工調(diào)查由于煙霧遮擋等原因而不能準(zhǔn)確快速收集秸稈焚燒的火點位置和分布范圍，對于一些未出現(xiàn)明火焚燒的低溫火點探測的敏感性也不足。而利用遙感監(jiān)測手段可以在大范圍內(nèi)快速獲取并定量分析秸稈焚燒的火點位置、數(shù)量和分布以及煙塵濃度等信息，這為及時有效地制定大氣環(huán)境應(yīng)急管理方案提供重要支撐。

隨著各類衛(wèi)星傳感器的發(fā)展，基于遙感的火點探測手段也隨數(shù)據(jù)源的更新而取得相應(yīng)進展[8-9]，新型傳感器用于火災(zāi)探測的算法也在不斷優(yōu)化[10]。而MODIS是主要搭載在EOS系列衛(wèi)星Terra和Aqua上的包含36個波段的中分辨率成像光譜儀，兩顆衛(wèi)星相互配合能夠?qū)崿F(xiàn)每1～2 d重復(fù)觀測整個地球表面的目標(biāo)。MODIS數(shù)據(jù)因其具有更新頻率高、全球免費、光譜范圍廣的優(yōu)勢，是目前被最廣泛用于檢測地面火點的基礎(chǔ)遙感數(shù)據(jù)。很多研究證明MODIS數(shù)據(jù)可用于有效監(jiān)測秸稈焚燒事件，其中，有全國尺度較多年份的秸稈焚燒狀況監(jiān)測及火災(zāi)地圖制作[11-12]；在中等范圍研究區(qū)內(nèi)針對秸稈焚燒最嚴(yán)重的時期(5—6月)對火點進行監(jiān)測，并將大氣污染因子引入進而討論秸稈焚燒與空氣質(zhì)量變化的相關(guān)性[13-15]。但目前，還鮮有研究考慮不同地理位置(如內(nèi)陸地區(qū)和沿海地區(qū))在空氣擴散條件下秸稈焚燒帶來的空氣質(zhì)量影響差異化的分區(qū)問題。

筆者選取山東省作為全國秸稈焚燒典型區(qū)域，利用MODIS數(shù)據(jù)提取山東省6月1日至30日的秸稈焚燒火點情況，并結(jié)合夏收期各地市的空氣質(zhì)量指數(shù)(air quality index，AQI)和6個空氣質(zhì)量分指數(shù)(individual air quality index，IAQI)數(shù)據(jù)，分析秸稈焚燒火點數(shù)與提取后區(qū)域空氣質(zhì)量表征值的相關(guān)性及火點發(fā)生在內(nèi)陸和沿海不同地區(qū)時產(chǎn)生的空氣污染差異，為制定有效的農(nóng)作物秸稈處理策略及大氣環(huán)境應(yīng)急管理方案提供有益參考。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)域

山東省地處我國中東部沿海地區(qū)，位于北緯34°22.9′～38°24.01′、東經(jīng)114°47.5′～122°42.3′之間，屬于暖溫帶季風(fēng)氣候區(qū)。研究區(qū)四季分明，冬夏季時間長于春秋季，降水集中在夏季，東西部氣溫差異較大，全省年平均氣溫為11～14 ℃，無霜期在180 d以上。

由于具有良好的水文資源和適宜農(nóng)作物生長的環(huán)境條件，山東省成為我國重要的糧食生產(chǎn)大省，種植的主要糧食類農(nóng)作物為小麥和玉米。夏季收獲物主要為越冬型小麥，在春末夏初時節(jié)收割后于田間再復(fù)種玉米。在每年5—6月對成熟的冬小麥進行收割后，農(nóng)民為防止延誤玉米等復(fù)種作物的播種，通常以快速焚燒方式處理農(nóng)田中的秸稈。因此，選取秸稈焚燒的集中期6月為研究時間窗口。

1.2 數(shù)據(jù)及預(yù)處理

用于火點探測的MODIS數(shù)據(jù)通過美國國家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration，NASA)官網(wǎng)(https:∥www.nasa.gov/)免費下載。選擇下載研究區(qū)對應(yīng)時間的MODIS 1B級別影像，并根據(jù)國際地圈生物圈計劃(International Geosphere Biosphere Programme，IGBP)對土地覆蓋類型的定義，將MODIS系列產(chǎn)品中的MCD12Q1土地覆蓋類型產(chǎn)品進行相應(yīng)的重分類進而提取研究區(qū)的農(nóng)業(yè)用地范圍。所用MODIS產(chǎn)品的基礎(chǔ)信息見表1，表1中最后一行列出的是由MODIS數(shù)據(jù)發(fā)展而來的涵蓋研究區(qū)的土地覆蓋產(chǎn)品。

為了準(zhǔn)確分析秸稈焚燒造成的空氣污染狀況，利用來自原環(huán)境保護部每日發(fā)布的城市空氣質(zhì)量報告，整理得到研究區(qū)各地市日均AQI和IAQI數(shù)據(jù)。AQI是由原環(huán)境保護部發(fā)布的常規(guī)監(jiān)測的幾種空氣污染物濃度經(jīng)簡化得到的單一的概念性指數(shù)值形式，是定量描述空氣質(zhì)量狀況的無量綱指數(shù)，適合于表示城市的短期空氣質(zhì)量狀況和變化趨勢。IAQI則是單項污染物的AQI，這些單項污染物指地面環(huán)境監(jiān)測站監(jiān)測到的SO2、NO2、PM2.5、PM10、CO和O3這6種大氣污染物[16]。同時，還收集了中國氣象局(http:∥www.cma.gov.cn/)和中央氣象臺(http:∥www.nmc.cn/)發(fā)布的氣象數(shù)據(jù)，并整理出山東省各地市2017年6月6日至23日的日均降水量和風(fēng)速數(shù)據(jù)。

表1 MODIS影像及土地覆蓋產(chǎn)品基本信息

Table 1 Description of MODIS imagery and its derived land cover data used in the study

2 研究方法

2.1 火點遙感探測方法

火點燃燒產(chǎn)生的火焰、煙霧以及燃燒的物體本身都會導(dǎo)致地面溫度急劇上升，導(dǎo)致較高能量的輻射。利用普通地物本身輻射能與火點位置燃燒輻射能的差異，選擇火點熱輻射峰值所在的波長4 μm附近對應(yīng)的數(shù)據(jù)通道與常溫地物輻射峰值所在的波長11 μm附近波段，進行對比并計算亮溫，即可提取燃燒物與常溫物體在中紅外波段有顯著差異的火點像元。EOS系列衛(wèi)星設(shè)計者充分考慮火災(zāi)監(jiān)測的需要，已做改進的傳感器對高溫比較敏感，它們具有能較好地監(jiān)測秸稈焚燒的動態(tài)變化、靈敏度高、時效性強等優(yōu)勢，適用于探測火點。其中，MODIS適宜進行火災(zāi)監(jiān)測的一些波段的特性見表2。

將MODIS數(shù)據(jù)進行輻射定標(biāo)、大氣校正和幾何校正等數(shù)據(jù)預(yù)處理后，采用MODIS火點探測上下文算法[17]提取火點。該算法認(rèn)為在白天如果像元滿足式(1)，則認(rèn)為該點為潛在火點：

T4>310 或 ΔT>10 且ρ0.86<0.3。

(1)

式(1)中，T4和T11為中心波長為4和11 μm波段的亮溫，K，ΔT=T4-T11。ρ0.86為中心波長為0.86 μm波段的反射率，設(shè)置閾值為0.3，用于去除耀斑。在夜晚，如果滿足T4>305 K，也判定該點為潛在火點。GIGLIO等[18]基于上下文算法發(fā)展了MODIS火點探測v4算法，延續(xù)了KAUFMAN等[19]提出的絕對閾值法，認(rèn)為如果待判點滿足4 μm波段亮溫大于340 K即為絕對火點。而筆者在使用該算法時發(fā)現(xiàn)，山東省地表熱異常點亮度溫度普遍較高，絕對火點的閾值應(yīng)調(diào)整到360 K，如式(2)所示。

T4>360 (夜晚為320)。

(2)

表2 EOS/MODIS 適用于火災(zāi)監(jiān)測的波段特性

Table 2 EOS/MODIS band properties suitable for fire detection

潛在火點像元包含了低溫火點和高溫火點以及誤報的假火點，還需進一步以潛在火點像元為中心，從3×3像素的正方形窗口開始，按5×5、7×7向上最大增加到21×21。選取屬于陸地的無云非背景火點像元作為有效鄰近像元，構(gòu)建動態(tài)窗口，結(jié)合式(3)～(7)對其亮溫差、平均絕對偏差等數(shù)值差異性加以分析進而做出判別：

(3)

(4)

(5)

(6)

δ4′>5。

(7)

當(dāng)待判定的潛在火點像元滿足前3個條件且滿足第4、5個條件之一時，則認(rèn)為該點是火點。最后利用山東省MCD12Q1土地利用數(shù)據(jù)中農(nóng)業(yè)用地類型數(shù)據(jù)，將其與火點分布進行疊加分析，排除非秸稈焚燒造成的熱異常點(如鋼鐵廠)，得到山東省秸稈焚燒火點數(shù)據(jù)。

2.2 火點與空氣質(zhì)量關(guān)系分析方法

AQI能夠反映和評價空氣質(zhì)量，IAQI能夠表明污染物濃度及其對空氣污染的貢獻[20]。在獲取山東省秸稈焚燒火點信息、AQI數(shù)據(jù)以及風(fēng)速等氣象數(shù)據(jù)后，對3者之間的關(guān)系做出分析，能更好地了解污染的發(fā)生和消散過程。

在進行火點和空氣質(zhì)量相關(guān)性分析時，為了對比氣象因素的影響，選擇秸稈焚燒火點密集出現(xiàn)的時間段，按照風(fēng)速、降水量的不同，并以“是否沿海岸線分布”為條件將研究區(qū)劃分為沿海地區(qū)和內(nèi)陸地區(qū)。濱州、東營、濰坊、淄博、臨沂、日照、青島、煙臺和威海9個地市屬于沿海地區(qū)，聊城、德州、濟南、萊蕪、泰安、濟寧、棗莊和菏澤8個地市屬于內(nèi)陸地區(qū)。

將2類地區(qū)的環(huán)境AQI和PM2.5濃度等空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)以各個空氣監(jiān)測站的每日觀測值在時間窗口內(nèi)進行逆距離(IDW)空間插值，獲得整個區(qū)域的多幅空氣污染指標(biāo)分布圖，求得每日代表沿海和內(nèi)陸2個區(qū)域污染狀況的所有柵格點空氣污染指數(shù)總和，然后對火點數(shù)與該區(qū)域像元點空氣污染指數(shù)總和的時間序列進行相關(guān)分析，并討論每日火點發(fā)生數(shù)量與沿海和內(nèi)陸2類地區(qū)空氣污染程度的相關(guān)性。上述分析有助于掌握秸稈焚燒造成的污染對環(huán)境空氣質(zhì)量的影響程度以及沿海和內(nèi)陸的影響差異，并結(jié)合氣象因素驗證風(fēng)速、降水量對空氣質(zhì)量變化的影響。

3 結(jié)果與分析

3.1 火點提取結(jié)果

根據(jù)原環(huán)境保護部發(fā)布的火點數(shù)據(jù)，2017年 6月山東省秸稈焚燒火點數(shù)共計163個。而該研究探測到的秸稈焚燒火點數(shù)為276個，沒有出現(xiàn)漏檢現(xiàn)象。對未被原環(huán)境保護部監(jiān)測到的火點進行分析發(fā)現(xiàn)這些火點都是溫度較低的小火點。該研究提取到的山東省6月秸稈焚燒火點隨時間的分布頻率見圖1。由圖1可知，6月6日至23日之間，火點密集出現(xiàn)，是山東省露天焚燒秸稈的高峰時期。火點數(shù)在6月16日達到峰值，共計67個火點。在此期間出現(xiàn)的秸稈焚燒火點數(shù)為230個，占6月山東火點數(shù)的83.33%，其空間分布見圖2。

所探測到的火點大多數(shù)集中在山東省西部以及中部的濰坊市，其他東部沿海地市只有少量零星火點存在。其中，處于內(nèi)陸地區(qū)的德州、菏澤、聊城和濟寧4個地市連續(xù)出現(xiàn)較多的秸稈焚燒火點，占山東省17個地市火點數(shù)的46.38%。處于沿海地區(qū)的濰坊、煙臺、臨沂和濱州4個地市也出現(xiàn)相對較多的秸稈焚燒火點，占山東省火點總數(shù)的29.71%(圖2)。選擇6月6日至23日這段火點密集出現(xiàn)的18 d作為研究時間窗口進行數(shù)據(jù)對比分析，并探討這段時間出現(xiàn)的秸稈火點與空氣質(zhì)量的關(guān)系。

圖1 2017年6月山東省秸稈焚燒火點隨時間的分布頻率

圖2 2017年6月6日至23日山東省秸稈焚燒火點空間分布

3.2 火點與空氣質(zhì)量分析

內(nèi)陸和沿海地區(qū)沒有焚燒秸稈的4月和存在焚燒秸稈的6月的AQI差異見圖3。由圖3可知，6月整體AQI較4月有明顯增大。通過方差分析并進行差異顯著性檢驗(表3)，以95%的可靠性(即α=0.05)分別得到內(nèi)陸地區(qū)和沿海地區(qū)4、6月AQI的檢驗統(tǒng)計量F為117.436和85.870，均遠(yuǎn)大于F臨界值，說明4月與6月的AQI在α=0.05水平上存在顯著差異。這表明山東省6月AQI升高主要受到秸稈焚燒的影響(假定其他生產(chǎn)生活排放量保持恒定)。

將提取到的6月6日至23日的秸稈焚燒火點數(shù)據(jù)，與對應(yīng)的可以代表該地區(qū)每日各個空氣質(zhì)量的柵格總和數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析，結(jié)果見表4。從Pearson相關(guān)性來看，火點數(shù)量與AQI、PM2.5、PM10和O3之間的相關(guān)性系數(shù)分別為0.529、0.504、0.417和0.511，呈現(xiàn)中等強度的正相關(guān)，兩個變量總體趨勢具有一致性。這表明在火點數(shù)量相同的情況下，山東省秸稈焚燒火點對AQI、PM2.5、PM10和O3這4個指數(shù)的影響較大，這也與秸稈生物質(zhì)燃燒實際釋放的主要污染物情況相符。在參考置信度為99%的條件下，火點數(shù)量分別與AQI、PM2.5、PM10和O3之間的雙側(cè)顯著性都小于0.01，判定它們之間相關(guān)極顯著。同時，火點數(shù)量分別與SO2、NO2、CO濃度之間的顯著性在0.01水平上未達顯著水平，表明山東省秸稈焚燒火點對空氣中SO2、NO、CO濃度的影響不顯著。

內(nèi)陸和沿海地區(qū)秸稈焚燒火點與分別插值得到的沿海和內(nèi)陸4個AQI區(qū)域柵格點總和的相關(guān)系數(shù)見表5。就這4個與火點相關(guān)性較強的AQI而言，沿海地區(qū)受到火點數(shù)量的影響比內(nèi)陸地區(qū)更大，其中相關(guān)系數(shù)差距較大的是PM2.5和PM10兩個指數(shù)。

圖3 內(nèi)陸和沿海地區(qū)4和6月空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)差異

表3 內(nèi)陸和沿海城市4和6月空氣質(zhì)量指數(shù)方差分析

Table 3 ANOVA and statistical test of AQI difference in coastal and inland regions in April and June

區(qū)域差異源平方和SS自由度df均方MSF值P值F臨界值內(nèi)陸組間131 418.019 1131 418.019117.4361.452×10-154.007組內(nèi)64 905.395581 119.059沿海組間79 531.239179 531.23985.8704.830×10-134.007組內(nèi)53 718.51458926.181

表4 火點數(shù)量與空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)的相關(guān)性

Table 4 The correlations between fire spots number and air quality index

指標(biāo)火點數(shù)量Pearson 相關(guān)性顯著性(雙側(cè))AQI0.529??0.001PM2.50.504??0.007PM100.417??0.005SO20.0800.416NO20.0500.258CO0.1990.673O30.511??0.001

**表示在 0.01 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

表5 沿海和內(nèi)陸地區(qū)空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)與火點數(shù)量的相關(guān)性

Table 5 The correlations between air quality indices and fire spots number by coastal and inland regions

指標(biāo)不同區(qū)域火點數(shù)量相關(guān)系數(shù)沿海地區(qū)內(nèi)陸地區(qū)AQI0.515??0.401?PM2.50.469??0.284PM100.501?0.182O30.507??0.477?

*表示在 0.05 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)，**表示在0.01 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

3.3 空氣質(zhì)量與氣象條件分析

空氣污染物產(chǎn)生后，不同的氣象條件會對其擴散速度產(chǎn)生影響。沿海和內(nèi)陸地區(qū)氣象因素、AQI均值和火點數(shù)量的關(guān)系見圖4～5。由圖4～5可知，內(nèi)陸地區(qū)出現(xiàn)降雨的時間長于沿海地區(qū)，沿海地區(qū)的大風(fēng)天氣頻率則高于內(nèi)陸地區(qū)；風(fēng)速增大或者出現(xiàn)降雨天氣時，AQI均值則呈下降趨勢，即使出現(xiàn)秸稈焚燒火點，空氣中污染物仍然隨著大風(fēng)或雨水出現(xiàn)擴散稀釋或沉降的現(xiàn)象，導(dǎo)致AQI均值并未明顯增高；而當(dāng)風(fēng)速降低或天氣晴朗時，AQI均值隨著火點的增加而呈現(xiàn)上升趨勢，尤其表現(xiàn)在第11天即6月17日前后，為空氣質(zhì)量最差的時期，不管是內(nèi)陸地區(qū)還是沿海地區(qū)，均無降雨且風(fēng)速相對較低。

4 討論

4.1 遙感探測火點的可靠性

利用MODIS 1B級別的影像結(jié)合修訂的上下文算法成功提取山東省秸稈焚燒火點。經(jīng)與原環(huán)境保護部發(fā)布的秸稈焚燒火點數(shù)據(jù)進行對比驗證的結(jié)果表明，基于遙感方法探測一定區(qū)域范圍內(nèi)的秸稈焚燒事件具有全面、高效、準(zhǔn)確的優(yōu)勢。ZHUANG等[12]研究2003—2017年中國秸稈焚燒的時空分布，表明2017年中國東部地區(qū)夏季火點數(shù)明顯高于春季，且夏季全國范圍秸稈焚燒狀況以中國東部為最嚴(yán)重。筆者研究中與4月相比山東省6月火點數(shù)明顯增加，且火點分布的密集度與ZHUANG等[12]的研究結(jié)果相符。總體來看，MODIS數(shù)據(jù)可用于有效監(jiān)測秸稈焚燒狀況，但近年來其他通過氣象衛(wèi)星[8]或合成孔徑衛(wèi)星[9]應(yīng)用于火點監(jiān)測的方法得到持續(xù)發(fā)展完善，可見光紅外成像輻射儀(visible infrared imaging radiometer，VIIRS)的出現(xiàn)就促進了地球觀測系列中分辨率成像光譜儀MODIS系列的拓展和改進，目前將VIIRS應(yīng)用于我國東部秸稈焚燒監(jiān)測方面的研究已取得較好成果[10]。它們有著更高的空間分辨率去實現(xiàn)小范圍火點監(jiān)控，但也存在重訪時間較長、數(shù)據(jù)昂貴等問題，相應(yīng)的算法也有待完善。在秸稈焚燒火點的監(jiān)測方面MODIS 數(shù)據(jù)具有更經(jīng)濟、即時且應(yīng)用廣泛的特點。

圖4 內(nèi)陸地區(qū)空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)、降雨量、風(fēng)速與火點的關(guān)系

圖5 沿海地區(qū)空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)、降雨量、風(fēng)速與火點的關(guān)系

4.2 火點和氣象條件對空氣污染的影響

對比沿海地區(qū)和內(nèi)陸地區(qū)由秸稈焚燒帶來的空氣污染影響，沿海地區(qū)秸稈焚燒火點與AQI的相關(guān)性強于內(nèi)陸地區(qū)火點與AQI的相關(guān)性，這進一步證實了前人研究結(jié)果的可靠性。沿海地區(qū)的大風(fēng)天氣使得空氣質(zhì)量始終較好，因此在出現(xiàn)秸稈焚燒火點后，空氣污染能夠很直觀地表現(xiàn)在AQI上，其與火點相關(guān)性高于內(nèi)陸地區(qū)，此與李梅[21]的研究結(jié)論相一致。很多研究證實風(fēng)速和降水是影響空氣污染擴散速度的主要氣象因素，受強勁的海風(fēng)影響，內(nèi)陸和沿海地區(qū)間的溫度和濕度及降水量等其他氣象因素存在明顯不同[22-23]。氣象條件的差異導(dǎo)致空氣中污染物的擴散速度不同，被稀釋所需的時間也不同。厲青等[15]對2007年6月中國秸稈焚燒遙感監(jiān)測火點的統(tǒng)計結(jié)果反映了平均風(fēng)速、降水對秸稈焚燒產(chǎn)生煙霧擴散的作用。筆者對比分析降雨量和風(fēng)速分別對沿海地區(qū)和內(nèi)陸地區(qū)空氣質(zhì)量的影響，發(fā)現(xiàn)即使在秸稈焚燒高發(fā)時段，空氣中污染物仍然隨著大風(fēng)或雨水而出現(xiàn)擴散稀釋或沉降的現(xiàn)象，AQI均值沒有明顯增高，進一步證明了筆者研究方法的正確性。由于受大氣擴散條件的限制，內(nèi)陸還受到很多其他因素的共同污染作用，以致秸稈焚燒與空氣質(zhì)量的關(guān)聯(lián)性就不如沿海地區(qū)。沿海地區(qū)大氣擴散條件優(yōu)于內(nèi)陸地區(qū)，同時受臨時性氣候因素影響也較大。因此，沿海地區(qū)秸稈焚燒火點與柵格點AQI總和的相關(guān)性便凸顯出來，明顯強于內(nèi)陸地區(qū)火點與該總和的相關(guān)性，主要表現(xiàn)在PM2.5和PM10上。該結(jié)果有助于制定有針對性的差異化大氣環(huán)境應(yīng)急管理方案。

4.3 不足與展望

在對遙感圖像進行預(yù)處理時，利用由反射率和亮溫計算得到的閾值來剔除云和水體，便于提高后續(xù)火點提取的準(zhǔn)確性，在進一步的研究中應(yīng)該考慮云對像元造成的影響，比如反射率升高導(dǎo)致中紅外波段亮溫偏高，進而出現(xiàn)火點的虛假警報等問題。厚云本身就遮蓋了地面可能存在的火點或者高溫物體，后續(xù)研究中可以采用MODIS系列產(chǎn)品中的MOD35二級標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品對水體和云進行掩膜。遙感方法雖然能夠高效便捷地獲取大范圍地面信息，達到實時、快速的監(jiān)測效果，但由于其是基于遠(yuǎn)程探測的原理，受大氣和云的干擾較大，傳感器本身性能的改變和遙感數(shù)據(jù)處理過程中引起的不確定性，會在一定程度上影響研究結(jié)果的精確性。遙感影像地物單元空間分布的相互交錯關(guān)聯(lián)，致使低空間分辨率的影像數(shù)據(jù)像元混合問題尤其突出?；贓OS/MODIS數(shù)據(jù)的秸稈焚燒火點檢測算法能夠在檢測火點方面獲得較高精度，但在重訪時間上還達不到實時監(jiān)測的要求，還應(yīng)結(jié)合多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)及地面巡查，發(fā)展新傳感器數(shù)據(jù)的火點檢測算法[24]。此外，借助大數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，分析熱力異常信息背后隱藏的其他信息，從而有助于火點提取算法充分利用獲取的熱異常信息來改進秸稈焚燒火點的探測精度?？梢詫㈩愃品椒〝U展到對工廠偷排高熱量廢氣和廢水等的監(jiān)測工作上，也可應(yīng)用于對森林火災(zāi)和草原火災(zāi)中火勢、火情和過火面積等信息的監(jiān)測[25]。

決定空氣質(zhì)量的因素復(fù)雜多變，各個因素受不同地域和時空條件的限制呈現(xiàn)多變性。大氣擴散理論和實踐觀測表明，同一污染源排放所造成的近地面污染在不同氣象條件下可相差幾十倍甚至幾百倍[26]。每日火點都有一定的離散性，會存在局部空氣質(zhì)量出現(xiàn)較大差異的情況，筆者綜合各氣象站點觀測到的空氣數(shù)據(jù)插值到整個區(qū)域，以柵格點AQI總和表征空氣污染程度來分析相關(guān)性，僅將研究區(qū)劃分為沿海和內(nèi)陸地區(qū)，對比分析降雨量、風(fēng)速和火點數(shù)變化對空氣質(zhì)量的整體影響，未將更詳細(xì)全面的氣象因素和細(xì)致的空間影響關(guān)系納入研究范疇。秸稈的燃燒程度和燃燒量也是影響空氣質(zhì)量的綜合因素，若要在小尺度范圍內(nèi)更好地利用遙感手段監(jiān)測秸稈焚燒帶來的空氣污染狀況，需深入考慮周圍氣壓、相對濕度和風(fēng)向?qū)ξ廴疚镱w粒擴散方向的影響。近年來，已有引入氣溶膠光學(xué)厚度等數(shù)據(jù)結(jié)合后向軌跡分析方法對整個市域范圍內(nèi)空氣污染物時空分布特征的研究[27]，在后續(xù)研究中可利用氣象模型更好地分析秸稈焚燒污染物擴散的影響范圍，以及將每日火點出現(xiàn)的空間分布特征與AQI聯(lián)系起來，進而討論秸稈焚燒與空氣質(zhì)量的空間變化關(guān)系。

5 結(jié)論

(1)基于MODIS數(shù)據(jù)火點提取算法，根據(jù)火點像元特性選擇閾值和算式，并以潛在火點像元為中心設(shè)立動態(tài)窗口，在中心波長為4和11 μm波段，計算其平均值和平均絕對偏差來確定火點是否為真。與需要研究者考慮地物所處地理環(huán)境的研究方法相比，涵蓋不同地物特性和地表溫度差異等因素的固定閾值法具有更好地快速準(zhǔn)確提取火點的能力。

(2)火點數(shù)與整個區(qū)域柵格點AQI總和呈現(xiàn)正相關(guān)的響應(yīng)關(guān)系，若火點增多，則區(qū)域AQI總和升高，表明污染導(dǎo)致空氣質(zhì)量下降。除了污染源本身給空氣質(zhì)量造成破壞以外，氣象條件也是影響空氣質(zhì)量的重要因素?；瘘c數(shù)分別與AQI、PM2.5、PM10和O3呈現(xiàn)極顯著相關(guān)，山東省秸稈焚燒火點對AQI、PM2.5、PM10和O3的影響較大。

(3)沿海地區(qū)秸稈焚燒火點與城市AQI均值的相關(guān)性強于內(nèi)陸地區(qū)。這是因為內(nèi)陸地區(qū)存在多種污染源，且由于風(fēng)速低等氣象原因?qū)е挛廴静蝗菀讛U散，使內(nèi)陸地區(qū)空氣質(zhì)量始終較差，即使發(fā)生了秸稈焚燒現(xiàn)象，也很難使AQI急劇升高。而沿海地區(qū)由于毗鄰沒有污染源的海洋，空氣質(zhì)量良好，一旦發(fā)生秸稈焚燒，污染物很快擴散到空氣中且可被檢測到，表現(xiàn)為AQI均值升高。

(4)與內(nèi)陸地區(qū)相比，沿海地區(qū)秸稈焚燒造成的污染現(xiàn)象在PM2.5和PM10兩個指標(biāo)上表現(xiàn)得更加明顯。