城市化区域可吸入颗粒物（PMx）的时空分布及其与景观格局的定量关系

China's rapid economic growth has been accompanied by a rapid urbanization, which is essentially a geographical concentration of the population, the industry gathering as well as the change of landscape pattern. The proportion of the urbanized population in China has increased from 18% in 1978 to 47% in 2009, and it's expected that some 1 billion people will live in Chinese cities by 2030, and the urban size and urbanized region are also growing faster to suit the rapid population gathering. The rapid growth in such a short period of time has not only led to a improvement of material wealth and a higher standard of living, but has also caused severe environmental pollution, particularly air pollution in many urbanized regions of China. In this research, multi-resolution remote sensing images, meteorological records, environmental monitoring dataset, and ground survey records will be utilize at regional and urban scales (Beijing-Tianjin-Tangshan region and Beijing) 1) to quantify the spatiotemporal pattern of polluted atmosphere aerosol optical thickness and particulate matter（PMx）density; 2) to quantify the spatiotemporal pattern of landscape at both Beijing-Tianjin-Tangshan area and Beijing; and 3) to examine the effect of urban and regional landscape on atmospheric pollution. This research will contribute to the research field of aerosol optical depth and PMx density quantification, urban and regional landscape quantification, and further demonstrate the impact of landscape on air pollution.

我国目前所处的快速城市化过程，在改善我们的物质生活的同时，也因强烈的人为活动造成了严重的环境污染，尤其是大气污染。城市化区域的景观格局特征是揭示景观格局与生态过程相互作用和机理，进而解决城市生态环境的关键。因此本研究选取我国典型的快速城市化区域和城市为研究区，以高、中和低分辨率遥感数据为主要数据源，以遥感信息反演、特征提取和GIS空间分析为技术手段，结合典型气象、环境和地面调查数据。从城市和区域两个尺度上,解析：1）定量化大气污染气溶胶和可吸入颗粒物（PMx）在城市和区域尺度上的时空分布格局；2）定量化城市和区域的景观格局；3）并以此为基础，探讨稳定气象条件下，城市和区域大气污染气溶胶和（PMx）与景观格局之间的关系。本研究可为量化城市化区域PMx的空间分布提供重要方法，对解析城市化区域PMx的时空分布与景观格局的相互关系，及提高城市的人居环境，促进城市的可持续发展具有重要的意义。

本研究以国内外下点面景观格局对大气环境影响的研究为基础，以高、中和低分辨率遥感数据为主要数据源，结合遥感信息反演和特征提取技术，完成了预期的研究目标。通过本项目的研究，我们系统地解析了城市化与城市空气污染的关系，为探索环境友好的城市化模式，制定城市总体规划提供了依据；取得的主要成果总结如下：. 1、解析全球不同城市化模式与城市空气质量的关系：首次探讨了全球456个大城市的城市化与PM2.5浓度之间的关联，发现：发达国家的城市人口规模增加并没有引起PM2.5浓度的显著变化；发展中国家的城市人口规模增加与PM2.5浓度变化呈现显著促进或无显著影响的模式。. 2、评估我国不同区域城市化模式对空气质量的影响：首次结合遥感数据探讨了我国350个地级市的城市区域对其周边区域的PM2.5污染影响现状和形成过程，发现我国PM2.5重污染主要分布于华北平原和四川盆地的东南部；70%以上地级市的城内PM2.5浓度高于其周边区域，且呈显著升高趋势。. 3、利用MODIS影像和地面监测数据构建了适用于城市地区PM2.5浓度的反演方法。该方法首先建立了一套快速准确的水体、冰雪和云去除算法，去除了干扰像元，有效地降低了数据运算量。进一步利用大气辐射传输方程迭代获取最优单次散射反照率w和不对称因子g，获得整个区域的气溶胶光学厚度（AOD）数据，并再次基础上，建立PM2.5与AOD、大气廓线数据之间的模型，反演获得PM2.5浓度数据用以分析城市PM2.5浓度的时空分布格局。该方法为利用业务化运行的气象卫星数据获取城市地区可用的较高空间分辨率的PM2.5浓度数据提供了重要的参考。. 4、城市景观格局对PM2.5污染的空间分布和集聚扩散效应影响显著。在稳定气象条件下分析了北京市城市景观格局与空气污染过程之间的关系，发现：城市景观中的绿地对污染扩散具有一定的阻挡作用，主要表现为夏季的景观格局有助于延缓严重污染过程，而冬季的景观格局对污染过程影响降低. 本研究共发表科研论文8篇，其中第一标注SCI论文4篇，第二标注SCI论文1篇，第一标注中文核心期刊3篇。