[发明专利]一种大气细颗粒物遥感估计方法

说明书

本发明公开了一种大气细颗粒物遥感估计方法，包括以下步骤：1）建立细颗粒物遥感模型；2）在步骤1）的遥感模型基础上，引入颗粒物吸湿增长的理论公式；3）将所述步骤1）及步骤2）相结合，得到利用吸湿参数的大气细颗粒物遥感模型。本发明中的大气细颗粒物遥感估计方法，其中的吸湿参数直接来自遥感观测，以此利用卫星或预报获得的相对湿度参数对区域内的吸湿增长因子进行估算，由于相对湿度参数表征的为当地实际的颗粒物的物理性状，可以对不同区域的颗粒物吸湿增长特性进行区分识别，得到较准确的近实时结果。本发明可将大气颗粒物遥感估计区域有效拓展，拓宽大气细颗粒物研究的领域范围，有效提高实用性能。

技术领域

本发明涉及卫星遥感领域，尤其涉及一种大气细颗粒物遥感估计方法。

背景技术

随着城市化和工业化的加速发展，空气污染持续威胁着人类的健康。世界卫生组织研究指出自21世纪近年以来每年由于空气污染死亡的人数高达200万人，而可吸入(PM₁₀)和可入肺颗粒物(细颗粒物，PM_2.5)增加了人们罹患多种疾病的风险，尤其是PM_2.5可引起心脑血管疾病、呼吸道疾病以及新生儿早产等疾病。进入21世纪以来，这些环境和健康问题在中国东部和中部区域异常严峻，迫切需要对其进行分析研究。自2013年1月起，中国环境保护部开始发布大气细颗粒物PM_2.5质量浓度的地面监测数据，然而这对于细颗粒物的区域时空长期变化趋势以及影响因素分析的研究仍是显不够的。一方面由于地面监测数据的空间覆盖性不足，难以无法对中国东部地区的大面积区域性污染进行区域覆盖监测，另一方面由于地面站点PM_2.5的监测时间仍较短，无法支持对于较长期规律的分析研究，仍存在数据不足的问题。

针对以上问题，卫星遥感的广域探测和长时间连续观测能力在大气污染监测领域有巨大的发展潜力。目前，研究人员已经发展了一些基于卫星遥感的PM_2.5估计模型，主要包括：基于统计理论的模型、卫星遥感结合大气化学模式的方法。

卫星遥感结合大气化学模式的方法主要利用化学传输模式对气溶胶吸湿性的模拟对颗粒物湿度进行校正，然而排放源带来的误差不可避免的被引入细颗粒物的估算中。同时，该方法耗费大量机时，很难应用于近实时近地面细颗粒物的卫星遥感业务化。

基于统计理论的模型虽然具有预测速度快的优势，但其中笼统的考虑各类影响(颗粒物垂直分布、吸湿贡献、粒子尺度等)，不能对颗粒物吸湿性实现准确的估计，从而陷入如果要想获得较准确的近实时结果，仍需纳入新数据重新标定模型的困境。而模型标定不仅费时，异常点的分析还会耗费较大人力。

基于物理方案的细颗粒物遥感模型中，对于颗粒物吸湿进行了独立的考虑，且具有计算速度快的优势。目前的物理方案多采用简单的吸湿模型，而未考虑地区性差异。细颗粒物分布广泛，性质各异，这显然不能满足模型需求。例如以下物理方案，该方案利用地面能见度拟合吸湿和尺度混合函数：

简化可得

Y_i＝lnK_i-γ′_i·X_i

其中，Y_i利用近地面能见度和细颗粒物浓度计算，X_i利用近地面相对湿度计算，i表示站点序号，利用站点拟合的K_i和γ′_i两系数插值获得区域范围的吸湿函数。该物理方案中，在细颗粒物估算模型中考虑了吸湿性的空间变化，但其未能独立于近地面细颗粒物消光特性。这决定了该方法过度依赖地面能见度测量，而近地面能见度是全体颗粒物的消光总和，用其代替细颗粒物消光势必引起误差。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种大气细颗粒物遥感估计方法，利用吸湿参数(κ)的空间分布解决当前物理方法遥感估计近地面细颗粒物存在的问题。