河南省大氣污染防治績效分析

郭鼎

摘要：本文從MODIS數(shù)據(jù)的氣溶膠光學(xué)厚度反演為理論出發(fā)，以河南省近期某一時段下的大氣質(zhì)量為研究對象，論證了反演手段與地面實測數(shù)據(jù)的契合性和大氣遙感監(jiān)測在大范圍時空區(qū)域內(nèi)的優(yōu)越性和不可替代性;同時結(jié)合地面實測數(shù)據(jù)對河南省AOD空氣質(zhì)量監(jiān)測做了研究分析，探討了大氣污染專項防治專項的績效成果并對其影響因素做了進(jìn)一步分析。在環(huán)境問題日益迫切和國民環(huán)保意識越發(fā)迫切的當(dāng)下，大氣遙感監(jiān)測勢必將會在環(huán)保領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。

關(guān)鍵詞：大氣污染;防治;績效分析

中圖分類號：X51 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）01-00-01

Abstract：This study starts from the aerosol optical thickness inversion of MODIS data，and takes the air quality in a certain period of time in Henan Province as the research object.It demonstrates the compatibility between the inversion method and the ground measured data and the atmospheric remote sensing monitoring.The superiority and irreplaceability in a wide range of space-time regions;combined with the ground measured data，the AOD air quality monitoring in Henan Province was studied and analyzed，and the performance results of special air pollution prevention and control projects were discussed and further analyzed.At a time when environmental issues are becoming more urgent and national environmental awareness is becoming more urgent，atmospheric remote sensing monitoring is bound to play a greater role in the field of environmental protection.

Key words：Air pollution;Prevention;Performance analysis

近年來在我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、持續(xù)加快的城市化和現(xiàn)代化進(jìn)程影響下，空氣污染的程度和范圍不斷加深和擴(kuò)大。目前我國的空氣污染防治工作情況不容樂觀。據(jù)生態(tài)環(huán)境部《2017年中國生態(tài)環(huán)境狀況公報》顯示：全國338個地級以上城市有70%的城市空氣質(zhì)量超標(biāo)（即空氣質(zhì)量指數(shù)AQI>100），有48個城市重度及以上污染天數(shù)超過20天，這些城市主要分布在河北、河南等12個人口分布較為密集的省份（少部分城市受沙塵影響）。本文以當(dāng)今比較受關(guān)注的大氣污染防治問題為研究對象，選取河南省作為研究區(qū)域，從大氣污染遙感監(jiān)測的角度出發(fā)，借鑒國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)現(xiàn)階段的主流研究趨勢，剖析大氣遙感和傳統(tǒng)空氣質(zhì)量監(jiān)測手段之間存在的聯(lián)系，發(fā)揮遙感手段大范圍、高時相的優(yōu)勢，論證遙感手段監(jiān)測大氣環(huán)境的可行性。

1 數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

MODIS傳感器提供了在可見光、近紅外和紅外共36個通道的全球觀測，掃描寬度2330km，儀器視場55?，波譜涵蓋0.4～14μm的范圍，包括紫外、可見、近紅外、紅外等通道。光譜分辨率為10～35nm;輻射分辨率較高，量化等級為2048;這些分辨率特征為反演氣溶膠和地表特征提供了豐富的信息。

2 技術(shù)路線

本研究遵循以下技術(shù)路線：第一步，先對數(shù)據(jù)做輻射校正，接下來對發(fā)射率文件做幾何校正并保留GCP控制點，再按同樣的步驟對發(fā)射率文件做幾何校正并裁剪，之后做云檢測處理;第二步，打開角度數(shù)據(jù)集并做空間重采樣，利用第一步生成的控制點對角度數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正，然后做波段合成和研究區(qū)范圍裁剪;第三步，利用云檢測結(jié)果、查找表（LUT）和角度數(shù)據(jù)及處理結(jié)果做AOD反演，制作空氣質(zhì)量遙感監(jiān)測成果圖;第四步，將AOD反演結(jié)果比照同一時相下的地面空氣質(zhì)量監(jiān)測（AQI）結(jié)果，之后通過線性回歸分析，得出河南省冬季空氣質(zhì)量遙感監(jiān)測模型，并對反演模型作討論分析。

3 AOD反演結(jié)果分析

利用ENVI軟件的Modis Aerosol Inversion 擴(kuò)展工具，結(jié)合上述技術(shù)路線，采用NASA官網(wǎng)提供的MODIS L1B 1KM數(shù)據(jù)，時相為2019年1月16日3時40分?？臻g分辨率為1km，南部信陽地區(qū)和零星城市區(qū)域由于云層覆蓋遮擋，所以在做云檢測時，已被歸為零值，這些區(qū)域不參加反演分析。最后結(jié)合云檢測和查找表（LUT）反演氣溶膠光學(xué)厚度，結(jié)果如下圖所示。

上圖為AOD光學(xué)氣溶膠厚度反演后的分類處理結(jié)果，數(shù)值分布從0.0001到3不等。圖中從冷色調(diào)（藍(lán)綠）到暖色調(diào)（橙紅）的漸變代表AOD數(shù)值的增大。其中南陽市東北部小部分地區(qū)和信陽市東部大部分縣市由于受較厚云層影響，在做云檢測處理時已被視作干擾數(shù)據(jù)而剔除，故上述區(qū)域不在本次反演結(jié)果表示范圍之內(nèi)。由1月16日上午3時時相下的反演結(jié)果可以觀察得知，當(dāng)日河南省的區(qū)域空氣質(zhì)量表現(xiàn)為西部、北部山區(qū)和東部平原地區(qū)要優(yōu)于中部和南部地區(qū)，這也基本上與當(dāng)日河南省生態(tài)環(huán)境廳公布的空氣質(zhì)量（AQI）日報數(shù)據(jù)相吻合;另一方面，光學(xué)氣溶膠厚度較大值都無一例外的出現(xiàn)在在各市、縣等人口密集區(qū)域，在地圖上表現(xiàn)為一個個的AOD“孤島”，可以初步得出城鎮(zhèn)化等人類活動是造成霧霾天氣的主要原因。

4 河南省空氣質(zhì)量遙感監(jiān)測模型

結(jié)合基于MODIS數(shù)據(jù)反演的光學(xué)氣溶膠厚度（AOD）和生態(tài)環(huán)境廳公布的即時空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)（AQI）進(jìn)行回歸分析，探討適用于河南省空氣質(zhì)量監(jiān)測的遙感反演模型。其中AOD數(shù)據(jù)采用各主要城市空氣質(zhì)量監(jiān)測分布站點所在地理位置（參考河南省生態(tài)環(huán)境廳空氣質(zhì)量監(jiān)測分布地圖系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)）的像元值作為分析參考數(shù)據(jù)。

由上述分析可以基本建立基于MODIS數(shù)據(jù)的光學(xué)氣溶膠厚度（AOD）和空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）的關(guān)系模型為y=19.137x+80.134。由此可以建立遙感技術(shù)用于反演分析全省實時空氣質(zhì)量狀況的反演分析模型，利用遙感數(shù)據(jù)處理軟件ENVI中的波段運算功能，對圖1的AOD處理結(jié)果結(jié)合上述關(guān)系模型逐像元做關(guān)系運算，可以進(jìn)一步得到適用于全省范圍的空氣質(zhì)量指數(shù)分布結(jié)果。從而發(fā)揮遙感手段在大時空面狀范圍區(qū)域內(nèi)（相對于地面空氣質(zhì)量監(jiān)測站點狀數(shù)據(jù)來源分布）進(jìn)行監(jiān)測的優(yōu)勢，監(jiān)測結(jié)果可為后續(xù)環(huán)境質(zhì)量績效分析提供數(shù)據(jù)支撐。

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收稿日期：2019-12-15

作者簡介：郭鼎（1987-），男，漢族，碩士，助教，研究方向為測繪地理信息行業(yè)研究。