基于化学组分订正的高分辨率近地面PM2.5浓度遥感反演方法

PM2.5 attracts a growing global concern as the primary pollutant in most of cities, and ground-level PM2.5 concentrations are required for the assessment of its environmental and health effects. Satellite remote sensing of PM2.5 serves as a excellent complement to the current ground-based monitoring network, overcoming its disadvantages in the space coverage, but the related research is still in its infancy. How to estimate ground-level PM2.5 concentrations from space is still a challenging task. Utilizing remote sensing techniques and the off-line method of samples colleting/analyzing, this project intends to define a chemical correction factor based on studying the optical effects of different PM2.5 chemical compositions, and then introduce this factor in the establishment of high-resolution model which estimates ground-level PM2.5 concentrations by combining the latest version of the MODIS aerosol products (Collection 6) and regional atmospheric chemistry model WRF-Chem. The spatial distribution of PM2.5 concentration in Guanzhong Plain will be retrieved and validated. Results of this project are not only important for the monitoring of regional and urban scale aerosol pollution, but also contribute lots to the risk assessment of long-term exposure to PM2.5 pollution and the development of pollution control policy.

PM2.5作为当前城市空气污染的首要污染物日益受到全球性的关注，而近地面PM2.5浓度的获取是评估其环境、健康效应的基础。卫星遥感监测PM2.5能够有效弥补地面监测在空间覆盖方面的不足，但是相关研究尚处起步阶段，如何把卫星遥感应用于近地面PM2.5浓度的监测仍然是一个颇具挑战性的研究方向。本项目拟采用地基遥感观测和样品离线采集分析相结合的方法，研究PM2.5不同组分的光学效应，在此基础上引入化学订正因子，结合最新版本的MODIS气溶胶遥感产品（Collection 6）和区域大气化学模式WRF-Chem，建立高分辨率近地面PM2.5浓度的卫星遥感估算模型，反演关中地区典型污染过程中PM2.5浓度的空间分布，并对反演结果进行验证。本项目的研究成果不仅对区域及城市尺度气溶胶污染的遥感监测具有重要意义，也有助于PM2.5长期暴露的风险评估和污染控制、减排决策的制定。

PM2.5作为当前城市空气污染的首要污染物日益受到全球性的关注，而近地面PM2.5浓度的获取是评估其环境、健康效应的基础。卫星遥感监测PM2.5能够有效弥补地面监测在空间覆盖方面的不足，但是相关研究尚处起步阶段，如何把卫星遥感应用于近地面PM2.5浓度的监测仍然是一个颇具挑战性的研究方向。本项目采用地基遥感观测和样品离线采集分析相结合的方法，通过探究AOD-PM2.5理化关联进而寻求最优的化学订正因子参数化方案，以期建立一个高分辨率近地面细颗粒物浓度估算模型。本项目基本按照研究计划执行，目前已经完成的研究内容及主要成果如下： (1) 基于地基太阳光度计长时间观测资料获取西安地区气溶胶的光学及微物理特性及其变化规律，研究显示西安地区气溶胶的吸光性较强；(2) 在关中地区采集PM2.5样品并对其进行组分分析，分析了该地区气溶胶组分的化学特征；(3) 以西安站地基气溶胶观测资料比较验证了MODIS Collection 5.1和Collection 6 气溶胶产品，验证结果表明Collection 6的MODIS AOD产品在分辨率大大提升的同时，维持了跟Collection 5.1 相当的精度，可以用于关中地区的气溶胶污染研究；(4) 探索并建立AOD-PM2.5之间的理化关联，筛选较优的化学订正因子参数化方案，分析发现不同污染事件中，不同组分对AOD的贡献相差较大；AOD与PM2.5及其碳组分间的相关性要明显弱于其与硫酸盐、硝酸盐和铵盐之间的相关性，但是AOD与PM2.5及其各组分间的相关性均呈现较大的季节差异，冬季相关性最高。