[00120004]山西MODIS气溶胶光学厚度与环境空气质量关系研究

大气气溶胶不仅在全球气候变化中起着重要作用,同时也具有显著的环境效应,对区域大气灰霾污染的形成发挥主导作用。 近年来,城市气溶胶问题越来越严重,PM10已成为我国大中城市的首要污染物,严重影响着居民的生存环境。气溶胶光学厚度是气溶胶光学特性的重要参数之一。它是消光系数在垂直方向上对整层大气的积分,反映了气溶胶对光的衰减作用,并在一定程度上反映了空气的浑浊程度。目前气溶胶光学厚度的观测主要是地面观测和卫星观测。地面观测虽然时间、光谱分辨率高,反演方法简单、准确,但只能代表站点周围很小空间范围内的情况,而气溶胶的生命周期很短,且气溶胶浓度空间变化性极强,地面观测的密度很难满足研究需要。卫星遥感能够对全球范围气溶胶进行观测,且具有高空间分辨率,因此卫星遥感数据在当前气溶胶对区域和全球气候辐射强迫的科学研究中得到了广泛使用。 目前,MODIS已被广泛应用于我国气溶胶光学厚度的研究中,研究的区域主要为北京、香港、四川盆地、长江三角洲、珠江三角洲等区域,而对于山西气溶胶光学厚度的卫星遥感研究还较缺乏。研究进一步证实,MODIS AOD资料进一步进行垂直标高订正和湿度订正后,与对应地面颗粒物浓度之间的相关性较好,可用来研究空气污染状况。LI 等通过改进算法,得到1km 分辨率的气溶胶产品,并且其与香港地区ρ（ PM10）的相关性优于MODIS 10km 标准分辨率气溶胶产品。施成艳等证实了MODIS 反演得到的AOD与上海地区的城市AQI（空气污染指数）有着较好的相关性。郑卓云等通过对ρ（PM10）与AOD 建立线性回归模型,反演了珠江三角洲与香港地区地面ρ（PM10） 的空间分布。 近年来对于京津冀及其周边区域大气环境的研究力度逐渐加大,对于山西环境气象科研与业务水平的要求迅速提升。虽然山西没有AERONET站点用于检验MODIS AOD产品的适用性,但已有的研究表明,MODIS AOD资料在山西临近的榆林具有显著适用性,因此可以认为MODIS AOD适用于山西区域。 本项目拟研究山西MODIS气溶胶光学厚度AOD与环境空气质量的关系,包括AOD与环境空气质量指数（AQI）、PM10及PM2.5的相关性分析,这将对提升山西空气质量预报的准确率有极大的促进作用。 本研究利用2013.03.01～2014.02.28 的C051 TERRA MODIS和AQUA MODIS AOD数据、山西109个地面观测台站气象数据及山西省环境监测站颗粒物数据,研究山西MODIS气溶胶光学厚度（AOD）与环境空气质量的关系,包括经标高订正前后的AOD与经湿度订正前后的PM10、PM2.5及环境空气质量指数（AQI）的相关性分析,结论如下： （1）大同、晋中、太原的ρ（PM10）、AQI与AOD相关系数均为0.1左右,未完全通过95%的显著性检验,ρ（PM2.5）与AOD相关系数分别为0.231、0.269、0.331,且均通过95%的显著性检验,PM10、PM2.5经湿度订正后,与经过标高订正的AOD相关系数均达到0.5以上,且通过99%的显著性检验;阳泉和长治订正前,ρ（PM10）、ρ（PM2.5）、AQI与AOD相关系数为0.1左右,未完全通过95%的显著性检验,PM10 、PM2.5经湿度订正后,与经过标高订正的AOD相关系数均达到0.4左右,且通过99%的显著性检验。说明订正后AOD对于大同、晋中、太原、阳泉和长治的地面空气质量具有较好的指示作用。 （2）朔州ρ（PM10）、ρ（PM2.5）、AQI与AOD相关系数为0.2左右,忻州ρ（PM10）、ρ（PM2.5）、AQI与AOD相关系数为0.2-0.4左右,晋城ρ（PM10）、ρ（PM2.5）、AQI与AOD相关系数为0.3-0.4左右,且均通过95%以上的显著性检验。PM10、PM2.5经湿度订正后,与经过标高订正的AOD相关系数均达到0.4以上,且通过99%的显著性检验。说明订正前后AOD对于朔州、忻州和晋城的地面空气质量均具有较好的指示作用,订正后相关性更显著。 （3）吕梁ρ（PM10）、AQI与AOD相关系数为0.1左右,未通过95%的显著性检验,ρ（PM2.5）与AOD相关系数为0.197,通过95%的显著性检验,PM10、PM2.5经湿度订正后,与经过标高订正的AOD相关系数有所增大但并不明显,订正前后AOD对于吕梁的地面PM2.5指示作用较好,PM10指示作用一般。 （4）临汾ρ（PM10）、ρ（PM2.5）、AQI与AOD相关系数分别为0.223、0.448、0.382,且通过99%的显著性检验,订正后,相关系数仅为0.1左右,且未通过显著性检验。运城ρ（PM10）、ρ（PM2.5）、AQI与AOD相关系数分别为0.514、0.455、0.552,且通过99%的显著性检验,订正后,相关系数仅为0.2左右,且未通过99%显著性检验。 综上可以看出,与订正前相比,山西大部分地区订正后的AOD与ρ（PM10）、ρ（PM2.5）有更显著的相关性,对于地面空气质量具有较好的指示作用。部分地区订正后相关性反而减小,可能由于订正过程中使用的能见度以及相对湿度的误差引起,且随相对湿度增大,颗粒物湿度订正的误差变大,可能是订正效果不好的原因。本研究不足之处在于因资料限制,MODIS AOD数据与地面颗粒物数据所对应的时间有一定时差,今后可以拓宽研究时段,尽量选取时差较小的数据进行分析,进一步提高结论的准确性。