衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)遵義市大氣質(zhì)量狀況研究

胡海濤,劉綏華,*

(1.貴州師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽 550025；2.貴州師范大學(xué) 山地資源與環(huán)境遙感重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽 550025)

0 引言

空氣污染與大眾生活息息相關(guān)，全球變化與可持續(xù)發(fā)展更是全人類面臨的共同挑戰(zhàn)，對(duì)生態(tài)脆弱、發(fā)展中國家和地區(qū)而言，空氣污染帶來的挑戰(zhàn)更為顯著。因此，深入了解空氣污染的分布與成因，對(duì)提高人們的生活質(zhì)量和科學(xué)發(fā)展方針的制定具有指導(dǎo)意義。氣溶膠是空氣污染物的主要成分，對(duì)全球氣候變化、人類身體健康也產(chǎn)生重要影響[1-2]。

近地面空氣質(zhì)量的監(jiān)測(cè)通常是利用地面站點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。地面監(jiān)測(cè)受自然因素和經(jīng)濟(jì)因素影響較大，監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的修建多分布于城市地區(qū)，站點(diǎn)分布受地形地勢(shì)影響極大，呈現(xiàn)出覆蓋范圍與分布密度極不均勻的特點(diǎn)，而其獲取的數(shù)據(jù)質(zhì)量也不完全統(tǒng)一，這對(duì)空氣污染的時(shí)空分布及其精細(xì)研究帶來很大的挑戰(zhàn)。而衛(wèi)星遙感因其長時(shí)間宏觀實(shí)時(shí)觀測(cè)的特點(diǎn)，可獲取時(shí)空連續(xù)、質(zhì)量均一的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，彌補(bǔ)了地面站點(diǎn)監(jiān)測(cè)的缺點(diǎn)[3-4]。遙感監(jiān)測(cè)氣溶膠光學(xué)厚度AOD(Aerosol Optical Depth)是通過計(jì)算氣溶膠顆粒對(duì)太陽光的削弱強(qiáng)度來進(jìn)行的，AOD值越高，大氣越渾濁，空氣質(zhì)量越差，反之亦然[3,5]。

貴州生態(tài)脆弱，近年來發(fā)展迅速，其面臨空氣污染帶來的挑戰(zhàn)尤為嚴(yán)峻。遵義市作為貴州省第二大城市，近年來經(jīng)濟(jì)發(fā)展緊隨貴州省會(huì)城市貴陽之后，且二者差距在不斷縮小，其發(fā)展速度快、發(fā)展?jié)摿Υ?。正確處理遵義市大氣保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系對(duì)遵義市及其周邊城市的可持續(xù)發(fā)展尤為重要。由于貴州無地面氣溶膠監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，因此利用遙感手段對(duì)遵義市大氣狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)變得十分必要。在遙感氣溶膠的諸多方法中，暗像元法發(fā)展成熟，適用于植被覆蓋良好地區(qū)，且在植物生長季的反演效果更好，遵義市2018年森林覆蓋率達(dá)59.62%，夏季植被覆蓋良好，適用暗像元法遙感大氣氣溶膠，以期為了解遵義市夏季大氣環(huán)境狀況提供參考。

目前，鄭胡飛[6]等研究了遵義市大氣顆粒物在不同時(shí)間尺度上的變化及其濃度變化與氣象因子之間的相關(guān)關(guān)系；學(xué)者孫哲[7]等研究了遵義市PM10中污染元素的種類、來源、季節(jié)性變化特征及其存在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，但對(duì)遵義市大氣氣溶膠的空間分布及其主要成因研究比較缺乏。本文將借助6S大氣輻射傳輸模型，利用暗像元法，對(duì)遵義市大氣氣溶膠進(jìn)行反演，分析遵義市大氣氣溶膠空間分布特征及其成因，探究利用遙感手段監(jiān)測(cè)遵義市大氣環(huán)境狀況是否可行。

1 研究區(qū)概況

遵義市是貴州省第二大城市，位于貴州省北部，地理位置在北緯27°8′～29°12′、東經(jīng)105°36′～108°13′。2018年森林覆蓋率達(dá)59.62%，全市土地總面積30 762 km2，2018年城鎮(zhèn)化率達(dá)53%，地區(qū)生產(chǎn)總值3 000.23億元，居全省第二。遵義市年平均氣溫12.6～13.1 ℃，氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，陰雨天氣居多，在連續(xù)的陰雨天氣之后轉(zhuǎn)晴，造成的逆溫現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致大氣污染物不易擴(kuò)散。根據(jù)2018年遵義市環(huán)境狀況公報(bào)顯示，遵義市中心城區(qū)空氣質(zhì)量較2017年有所好轉(zhuǎn)，但其降塵比2017年增加0.35 t/(km2·月)。近年來，遵義市的主要大氣污染物由原來的SO2轉(zhuǎn)變?yōu)榱薖M2.5和PM10等可吸入顆粒物[6]。已有研究[8-10]表明，氣溶膠光學(xué)厚度與空氣中PM2.5和PM10等顆粒污染物具有高度相關(guān)性，故可通過遙感大氣氣溶膠來了解區(qū)域空間大氣質(zhì)量狀況。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.1.1 MODIS L1B遙感實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

MODIS是搭載在Terra和Aqua兩顆太陽同步極軌衛(wèi)星上的重要傳感器。MODIS的觀測(cè)帶寬為2 330 km×10 km，每隔1～2天就可完成一次全球觀測(cè)，可對(duì)地球、大氣和太陽輻射進(jìn)行綜合觀測(cè)并獲取信息。它的探測(cè)器測(cè)量了0.405到14.385米之間的36個(gè)光譜波段，并獲得了三種空間分辨率250米(1～2波段)、500米(3～7波段)和1 000米(8～36波段)的數(shù)據(jù)，可用于地方至全球的海洋、陸地及大氣特征進(jìn)程和趨勢(shì)研究，觀測(cè)數(shù)據(jù)自發(fā)布起便可免費(fèi)獲取。

因云量對(duì)遙感影像質(zhì)量的限制較大，云量的多少直接影響到氣溶膠反演結(jié)果的準(zhǔn)確度，故在下載影像時(shí)應(yīng)盡量選擇云量少或晴朗天氣獲取的影像數(shù)據(jù)，再經(jīng)過預(yù)處理和云檢測(cè)之后，篩選出符合反演實(shí)驗(yàn)要求的影像數(shù)據(jù)。本文根據(jù)2018年夏季至2019年夏季遵義歷史天氣情況，基于NASA官網(wǎng)數(shù)據(jù)下載平臺(tái)，下載篩選了遵義市2018年06月06日、08月25日、2019年06月03日、08月16日、09月27日和28日符合實(shí)驗(yàn)要求的terra MOD02 1KM L1B影像數(shù)據(jù)，影像行列號(hào)為h27*06，本次實(shí)驗(yàn)所獲取的影像信息如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)獲取的MODIS影像信息

2.1.2 氣溶膠光學(xué)厚度反演結(jié)果驗(yàn)證數(shù)據(jù)

Remer[11]等人通過研究發(fā)現(xiàn)，MOD04_3K氣溶膠產(chǎn)品與地面觀測(cè)站點(diǎn)AERONET的數(shù)據(jù)具有較高一致性，其標(biāo)準(zhǔn)陸地氣溶膠產(chǎn)品與AERONET站點(diǎn)數(shù)據(jù)的相關(guān)性為0.8，海洋氣溶膠產(chǎn)品與AERONET站點(diǎn)數(shù)據(jù)的相關(guān)性為0.92。此外，國內(nèi)外有相關(guān)研究[12-14]表明，MOD04_3K氣溶膠產(chǎn)品誤差居于合理誤差范圍之內(nèi)，故MOD04_3K氣溶膠產(chǎn)品可作為氣溶膠反演結(jié)果的驗(yàn)證手段之一。本文基于LAADS(美國航空航天宇航局?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)網(wǎng)站接口)網(wǎng)站平臺(tái)獲取同一研究區(qū)相對(duì)應(yīng)時(shí)期的MOD04_3K氣溶膠產(chǎn)品，用于驗(yàn)證使用MOD02 1 km數(shù)據(jù)反演AOD的準(zhǔn)確性。本文獲取的MOD04_3K氣溶膠產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息如表2所示。

此外，為驗(yàn)證利用反演AOD表征大氣空氣質(zhì)量的可行性，本文將遵義市地面空氣質(zhì)量站點(diǎn)監(jiān)測(cè)的PM2.5、PM10和AQI(空氣質(zhì)量指數(shù))數(shù)據(jù)與反演AOD做相關(guān)性分析，從而驗(yàn)證基于遙感手段反演的AOD監(jiān)測(cè)大氣空氣質(zhì)量的可行性。本文空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)來自全國城市空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)發(fā)布平臺(tái)(http://106.37.208.233:20035/)。

表2 實(shí)驗(yàn)獲取的MOD04_3K氣溶膠產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息

2.2 反演方法

2.2.1 基本原理

陸地上空氣溶膠衛(wèi)星遙感發(fā)展于大氣上界觀測(cè)表觀反射率。假設(shè)陸地表面是均勻朗伯表面，大氣垂直均勻變化，衛(wèi)星測(cè)量值可用等效反射率[15]，即用表觀反射率ρ*表示：

ρ*=πL/(μsEs)

(1)

式中，μs=cosθs，θs是太陽天頂角，Es是大氣頂部的太陽輻射通量密度，L是衛(wèi)星測(cè)量的輻亮度。

在衛(wèi)星觀測(cè)的目標(biāo)表面為均勻朗伯體表面的假設(shè)條件下，不考慮氣體吸收，則衛(wèi)星觀測(cè)的表觀反射率率ρ*為：

ρ*(θs,θv,φ)=ρa(bǔ)(θs,θv,φ)+ρ/(1-ρS)*T(θs)T(θv)

(2)

式中，θs是太陽天頂角；θv為衛(wèi)星天頂角；φ是相對(duì)方位角，可由衛(wèi)星方位角φv和太陽方位角φs計(jì)算得到；ρa(bǔ)(θs,θv,φ)為大氣氣溶膠和大氣分子散射產(chǎn)生的反射率，ρ/(1-ρS)*T(θs)T(θv)為地表和大氣共同產(chǎn)生的反射率，T(θv)和T(θs)分別為向上和向下整層大氣透過率(漫射+直射)；ρ為地表反射率；S為大氣的球面反照率。T(θv)，T(θs)和S取決于單次散射比ω0、氣溶膠光學(xué)厚度τ和氣溶膠散射相函數(shù)P[15]。

由式(2)可以看出，當(dāng)?shù)乇矸瓷渎屎苄r(shí)(ρ<0.06)，衛(wèi)星觀測(cè)反射率主要取決于大氣貢獻(xiàn)項(xiàng)(方程式右邊第1項(xiàng))，但地表反射率很大時(shí)，地表的貢獻(xiàn)(方程式右邊第2項(xiàng))將成為主要貢獻(xiàn)項(xiàng)[16]。在大氣氣溶膠反演過程中通常需要設(shè)置不同的觀測(cè)幾何狀況和氣溶膠模式，利用大氣輻射傳輸模型(如6S大氣輻射傳輸模型)計(jì)算AOD與大氣下界的球面反照率S、大氣的等效反射率ρ*以及大氣透過率乘積T(θs)T(θv)三個(gè)參數(shù)間的映射關(guān)系，進(jìn)而根據(jù)公式(1)和(2)建立查找表[17]。衛(wèi)星反演氣溶膠的實(shí)質(zhì)就是從衛(wèi)星接收到的信號(hào)中，將地表反射率噪聲去除，獲取大氣氣溶膠信息的過程[18]。

圖1 大氣—地表系統(tǒng)雙向反射比貢獻(xiàn)Fig.1 Bidirectional reflection contribution ofthe atmospheric-surface system

2.2.2 暗像元法

本次實(shí)驗(yàn)采用的是發(fā)展成熟、使用廣泛的暗像元法。大量研究表明在天氣狀況比較理想的條件下(即大氣當(dāng)中的云量較少時(shí))，在暗目標(biāo)上空衛(wèi)星傳感器所觀測(cè)到的地物反射率隨著氣溶膠光學(xué)厚度的增加而增加，利用這種單調(diào)性可以通過地物的反射率推算出氣溶膠光學(xué)厚度，這種算法就被稱作暗像元法DDV(Dense Dark Vegetation)[19]。暗像元法最早是由Kaufman和Sendra在1988年提出的，其基本原理[20]為；根據(jù)綠色植被在理想天氣狀況下其中紅外波段對(duì)大氣氣溶膠的不敏感性，使得其表觀反射率可近似等于其地表反射率，而中紅外波段與紅、藍(lán)波段的地表反射率之間具有良好的線性關(guān)系，且紅、藍(lán)波段對(duì)大氣氣溶膠異常敏感，其反射率隨氣溶膠濃度的升高而升高，基于以上關(guān)系，可由中紅外波段的表觀反射率推算出紅、藍(lán)波段的地表反射率，然后從紅、藍(lán)波段的表觀反射率中去除紅、藍(lán)波段的地表貢獻(xiàn)，根據(jù)大氣輻射傳輸模型獲取大氣參數(shù)，經(jīng)計(jì)算得到氣溶膠光學(xué)厚度。

3 氣溶膠反演與驗(yàn)證

3.1 氣溶膠反演

(1)數(shù)據(jù)預(yù)處理

本次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)預(yù)處理包括MODIS L1B數(shù)據(jù)的預(yù)處理和MOD04_3K數(shù)據(jù)的預(yù)處理。

本文選取的HDF格式的MODIS L1B 1 km數(shù)據(jù)，在ENVI5.3中打開時(shí)已默認(rèn)自動(dòng)進(jìn)行輻射校正，故本文用于實(shí)驗(yàn)的MODIS數(shù)據(jù)預(yù)處理包括幾何校正、去除蝴蝶結(jié)效應(yīng)、波段合成、波段計(jì)算及研究區(qū)裁剪等操作。

MOD04_3K數(shù)據(jù)的預(yù)處理包括：幾何校正、波段計(jì)算、研究區(qū)裁剪。

(2)查找表構(gòu)建

本次實(shí)驗(yàn)使用的查找表文件是利用IDL8.5直接調(diào)用Fortran語言的6S源程序，循環(huán)執(zhí)行6S可執(zhí)行文件所得，在構(gòu)建氣溶膠查找表文件前需先在6S源代碼中對(duì)6S模型參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，利用含參數(shù)的6S輻射傳輸模型，反演某一種模式下氣溶膠的參數(shù)，然后插值建立AOD查找表，使用查找表反查得到AOD[21]。

(3)氣溶膠反演

利用根據(jù)遵義市歷史天氣和影像云檢測(cè)結(jié)果篩選出的遵義市2018年06月06日、08月25日、2019年06月03日、08月16日、09月27日和28日共六期影像數(shù)據(jù)，利用ENVI擴(kuò)展的氣溶膠反演工具modis_aerosol_inversion，輸入云檢測(cè)掩膜文件、角度合成數(shù)據(jù)文件、查找表，計(jì)算輸出6期遵義市AOD空間分布結(jié)果。

3.2 結(jié)果驗(yàn)證與分析

3.2.1 氣溶膠反演結(jié)果驗(yàn)證

將MOD04_3K氣溶膠產(chǎn)品的背景值進(jìn)行忽略后輸出，將MODIS L1B 1 km 反演的AOD結(jié)果進(jìn)行異常值處理，再將MODIS L1B 1 km反演的AOD與MOD04_3K的AOD空間分布進(jìn)行對(duì)比，反演成果與NASA發(fā)布的相應(yīng)時(shí)間的MOD04_3K氣溶膠產(chǎn)品的對(duì)比如圖2所示。

由圖2可以看出，基于暗像元法反演的遵義市夏季AOD與NASA官網(wǎng)提供的AOD在空間分布上具有較高一致性，高值區(qū)與低值區(qū)的分布基本相符，某些區(qū)域出入較大的原因可能是因?yàn)槎咴谠茩z測(cè)與與云去除算法設(shè)置上有所不同，此外，分辨率不同可能也是造成差異的原因之一。

圖2 遵義市MODIS L1B反演AOD結(jié)果與MOD04_3K AOD對(duì)比Fig.2 Comparison of inversion results of MODIS L1B and MOD04_3K AOD in Zunyi City

為進(jìn)一步驗(yàn)證反演結(jié)果的準(zhǔn)確性，將分辨率為1 km的反演結(jié)果重采樣為3 km，從MOD02 L1B重采樣結(jié)果與同時(shí)期MOD04_3K影像上隨機(jī)選取66組AOD數(shù)據(jù)(實(shí)驗(yàn)共有6期AOD反演數(shù)據(jù)，每期隨機(jī)選取11組，驗(yàn)證數(shù)據(jù)共66組)，如表3所示，計(jì)算二者的相關(guān)性。

表3 MODIS L1B反演結(jié)果與MOD04_3K AOD數(shù)據(jù)對(duì)比

從表3可以看出，MOD04_3K的AOD值大部分比MOD02反演的AOD值稍高，個(gè)別值差距較大，原因可能是暗像元的確定、反演窗口使用的陣列像素大小、云檢測(cè)算法中閾值設(shè)置、地表反射率的計(jì)算值不同等原因所致，此外，反演誤差也可能是導(dǎo)致二者AOD值差距較大的原因，具體原因需進(jìn)一步研究分析或查閱相關(guān)研究文獻(xiàn)方可確定。

圖3是MOD02反演的AOD與MOD04_3K AOD的隨機(jī)樣本散點(diǎn)圖。

圖3 MODIS L1B AOD與MOD04_3K AOD相關(guān)性Fig.3 Correlation between MODIS L1BAOD and MOD04_3K AOD

從圖3可以看出，隨機(jī)樣本的AOD值主要集中在0～0.5之間，一定程度上說明遵義市整體AOD值較低，空氣質(zhì)量較好；MOD02 AOD與MOD04_3K AOD的線性方程為y=0.943 6x + 0.133 5，相關(guān)系數(shù)R為0.734(R2=0.539 2)，查表可知MODIS L1B反演結(jié)果與MOD04_3K氣溶膠產(chǎn)品相關(guān)性在0.01的置信水平下顯著相關(guān)(雙尾)，且二者相關(guān)性較強(qiáng)。此外，將隨機(jī)樣本導(dǎo)入SPSS中進(jìn)行F檢驗(yàn)，結(jié)果如表4示，MODIS L1B反演結(jié)果與MOD04_3K氣溶膠產(chǎn)品的線性關(guān)系在F0(1，64)=13.518，大于F(1，60)=7.08，表明二者線性關(guān)系在α=0.01的臨界值下顯著。由此說明氣溶膠反演結(jié)果可行。

表4 MODIS L1B反演的AOD的F檢驗(yàn)結(jié)果

3.2.2 反演AOD與PM2.5、PM10和AQI的相關(guān)性分析

為探究遙感技術(shù)用于大氣監(jiān)測(cè)的可行性，將反演結(jié)果與地面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(PM2.5、PM10和AQI)進(jìn)行對(duì)比分析，通過分析AOD與地面觀測(cè)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)與相關(guān)性來驗(yàn)證遙感技術(shù)用于大氣監(jiān)測(cè)的可行性。從全國城市空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)發(fā)布平臺(tái)獲取2018年06月06日、08月25日、2019年06月03日、08月16日、09月27日和28日上午11時(shí)遵義市5個(gè)國控點(diǎn)的PM2.5、PM10和AQI共三個(gè)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。為避免量綱值之間差別的影響，將遵義市AOD均值、AQI、PM2.5、PM10進(jìn)行百分比歸一化處理，利用SPSS軟件數(shù)據(jù)分析功能，計(jì)算6期AOD與AQI、PM2.5、PM10之間的相關(guān)性。如表5所示，AOD反演結(jié)果與AQI相關(guān)系數(shù)為0.70，與PM2.5相關(guān)系數(shù)為0.70，與PM10相關(guān)系數(shù)為0.61，其中，AOD與PM2.5、AQI相關(guān)性最強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)為0.70。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，AOD反演結(jié)果與地面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)AQI、PM2.5、PM10在0.01的置信水平下顯著相關(guān)(雙尾)，從圖4可以看出，AOD走勢(shì)變化與AQI、PM2.5、PM10走勢(shì)變化基本相符，遙感反演具有可行性，AOD反演結(jié)果可用以表征大氣環(huán)境空氣質(zhì)量狀況。

表5 反演的AOD與地面監(jiān)測(cè)的AQI、PM2.5、PM10之間的相關(guān)性

圖4 遵義市AOD反演結(jié)果與PM2.5、PM10和AQI的歸一化值趨勢(shì)比較Fig.4 Trend comparison between AOD inversion results and PM2.5, PM10 and AQI normalizated values in Zunyi City

3.2.3 遵義市AOD空間分布特征及影響因素分析

為降低反演AOD空間分布分析的誤差，本文選取反演結(jié)果較為完整的日期進(jìn)行分析。運(yùn)用ENVI擴(kuò)展工具Zonal Statistics對(duì)研究區(qū)進(jìn)行分區(qū)統(tǒng)計(jì)，分別計(jì)算遵義市2018年06月06日、2019年06月03日、08月16日、09月28日各縣級(jí)行政區(qū)AOD均值，再求取各縣級(jí)行政區(qū)2018年06月06日、2019年06月03日、08月16日、09月28日共4天的AOD平均值，如圖5所示，紅花崗區(qū)AOD均值最大，為0.51，赤水市AOD均值最小，為0.12，AOD均值由大到小排序依次為：紅花崗區(qū)>播州區(qū)>仁懷市>匯川區(qū)>習(xí)水縣>湄潭縣桐梓縣>余慶縣>道真仡佬族苗族>鳳岡縣>務(wù)川仡佬族苗族>綏陽縣>正安縣>赤水市，遵義市氣溶膠光學(xué)厚度空間分布呈西南部較高，東北部較低的分布格局。

圖5 遵義市各行政區(qū)AOD均值排序Fig.5 The average AOD ranking of eachadministrative regions of Zunyi City

基于遙感反演的遵義市AOD空間分布(圖2)與各縣級(jí)區(qū)域4期AOD綜合均值排序結(jié)果(圖5)，結(jié)合遵義市各區(qū)(縣)的實(shí)際發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)遵義市AOD空間分布差異進(jìn)行綜合分析。

(1)紅花崗區(qū)、播州區(qū)、仁懷市、匯川區(qū)AOD值相對(duì)較高。紅花崗區(qū)、播州區(qū)和匯川區(qū)是遵義市轄區(qū)，仁懷市位于遵義市轄區(qū)附近，是國酒茅臺(tái)的故鄉(xiāng)，其工業(yè)經(jīng)濟(jì)十分強(qiáng)大。這些區(qū)域建設(shè)用地占比較高，地表植被覆蓋度相對(duì)較低，交通線路交集，車流量較大，人類活動(dòng)較為頻繁，人類生產(chǎn)生活過程中產(chǎn)生的煙霧和粉塵對(duì)AOD影響顯著，此外，城區(qū)擴(kuò)建及新修、改建、擴(kuò)建交通道路等工程也增加了氣溶膠物質(zhì)濃度。

(2)習(xí)水縣、湄潭縣、桐梓縣和余慶縣AOD相對(duì)市中心較低。這些區(qū)域相對(duì)遠(yuǎn)離市中心，處于城區(qū)向郊區(qū)的過渡地帶，其人口、車流逐漸降低，植被覆蓋度相對(duì)市中心較高，人類活動(dòng)強(qiáng)度顯著減弱，所以AOD水平相對(duì)市中心較低。

(3)綏陽縣、正安縣、鳳崗縣、道真、務(wù)川和赤水市AOD水平較低。這些區(qū)域處于遵義市邊緣，建設(shè)用地占比低，植被覆蓋程度高，人口少且分布分散，人類活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境干擾程度低，除城區(qū)與部分工業(yè)園區(qū)局部AOD值稍高，其余區(qū)域AOD均維持在較低水平，大氣空氣質(zhì)量優(yōu)良。

(4)根據(jù)遵義市2019年政府報(bào)告，遵義市2019年上半年各縣市GDP排名由高到低為：仁懷市>紅花崗區(qū)>匯川區(qū)>播州區(qū)>習(xí)水縣>桐梓縣>赤水縣>綏陽縣>湄潭縣>正安縣>余慶縣>鳳崗縣>務(wù)川>道真，整體看來，遵義市AOD空間分布與遵義市經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系密切，經(jīng)濟(jì)發(fā)展越好、交通越發(fā)達(dá)、人口越集聚、工業(yè)越發(fā)達(dá)的區(qū)域AOD值越高。此外，AOD值高低也與地區(qū)地形地貌、大氣環(huán)流、風(fēng)向等自然地理?xiàng)l件關(guān)系密切。整體看來，遵義市轄區(qū)AOD值最高，以遵義市轄區(qū)為中心向外輻射，一定范圍內(nèi)，AOD值隨著距遵義市轄區(qū)距離的增加而降低；此外，AOD值較高區(qū)域分布于遵義市西南部，即遵義市轄區(qū)和仁懷市區(qū)域，其余的較高值多分布于各縣市中心城區(qū)和工業(yè)園區(qū)分布處；遵義市全域AOD平均值為0.23，平均值較低，整體空氣質(zhì)量較好，但局部高值區(qū)應(yīng)當(dāng)引起相關(guān)政府部門重視，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)做好環(huán)境保護(hù)，合理規(guī)劃安排，在各個(gè)環(huán)節(jié)做好氣溶膠物質(zhì)的減排工作，避免氣溶膠物質(zhì)大量排放與聚集，污染環(huán)境和危害人體健康安全。

4 討論

(1)基于遙感手段反演的AOD與NASA公開向全球發(fā)布的MOD04_3K氣溶膠產(chǎn)品具有較好的一致性，但MOD04_3K氣溶膠產(chǎn)品在小尺度上的準(zhǔn)確性還需進(jìn)一步驗(yàn)證。

(2)遙感的AOD與地面空氣質(zhì)量相關(guān)指標(biāo)之間具有顯著相關(guān)性，符合理論事實(shí)，說明遙感提取的AOD具有一定可靠性，可作為監(jiān)測(cè)大氣環(huán)境質(zhì)量狀況的手段之一。

(3)1 km的AOD空間分辨率對(duì)于小尺度區(qū)域研究來說精度不夠，特別是針對(duì)貴州山區(qū)來說，地貌復(fù)雜，地形起伏較大，其空間異質(zhì)性更強(qiáng)，更高的空間分辨率可描述更為詳細(xì)的細(xì)節(jié)信息，所以下一步的研究應(yīng)向更高空間分辨率及降低地表噪聲方向進(jìn)行。

(4)因暗像元法要求在研究區(qū)域內(nèi)有足夠多的濃密植被，因此不適用于植被覆蓋較少的城市地區(qū)。

(5)本文去云處理的原理是根據(jù)云的高反射率特點(diǎn)，閾值的大小是根據(jù)研究經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行設(shè)置的，所以經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛶淼恼`差是不可避免的。

(6)對(duì)于入射光源來說，山區(qū)因有了地形的影響，所以它對(duì)太陽的直射光線會(huì)有遮擋，產(chǎn)生陰影，而且太陽在起伏地表上的照射與起伏地表間存在一個(gè)夾角，導(dǎo)致其跟水平地表的輻射又不相同；此外，因?yàn)榈匦蔚挠绊懀炜盏纳⑸渚筒辉偈撬降乇砻娴陌肭虻?π空間了，而是一部分；再者，因?yàn)榈匦蔚挠绊?，地表輻射還多加了一個(gè)量，就是周圍環(huán)境給像元的一個(gè)反射。對(duì)于遙感來說，地形的起伏還會(huì)造成遙感觀測(cè)盲區(qū)，這些都是反演誤差產(chǎn)生的原因。

5 結(jié)論

運(yùn)用遙感反演手段，基于6S大氣輻射傳輸模型，運(yùn)用濃密植被法，反演了6期遵義市夏季AOD空間分布，并對(duì)遵義市AOD空間分布差異因素作了簡(jiǎn)要分析，結(jié)果表明：

(1)遙感手段反演的AOD結(jié)果與NASA公布的MOD04_3K氣溶膠產(chǎn)品相關(guān)性在0.01的置信水平下為0.734，與地面觀測(cè)的AQI、PM2.5、PM10相關(guān)性在0.01的置信水平下分別為0.70、0.70、0.60，反演結(jié)果與驗(yàn)證通過雙尾相關(guān)性檢驗(yàn)，且二者相關(guān)性顯著，故遙感反演可作為快速獲取遵義市大氣環(huán)境質(zhì)量信息的有效方式，為宏觀、實(shí)時(shí)、快速、低成本監(jiān)測(cè)遵義市大氣環(huán)境提供監(jiān)測(cè)手段。

(2)暗像元法可以較好地反演出遵義市大氣氣溶膠的空間分布狀況，氣溶膠光學(xué)厚度空間分布呈現(xiàn)西南部較高，東北部較低的分布格局，遵義市全域AOD均值為0.23，AOD均值最高的區(qū)域是紅花崗區(qū)，AOD值為0.51，最低的是赤水市，AOD值為0.12，遵義市全域大氣空氣質(zhì)量良好。

(3)結(jié)合遵義市各區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r來看，遵義市氣溶膠光學(xué)厚度值與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r關(guān)系密切，一般來講，經(jīng)濟(jì)發(fā)展越好的區(qū)域，其AOD值越高。