遥感数据处理应用科普系列(3):气溶胶产品和PM2.5

发布日期:2018-9-10    作者:南南

什么是大气气溶胶?
  大气气溶胶是悬浮在大气中的固态和液态颗粒物的总称,粒子的空气动力学直径多在0.001~100μm 之间,非常之轻,足以悬浮于空气之中,当前主要包括6大类7种气溶胶粒子,即:沙尘气溶胶、碳气溶胶(黑碳和有机碳气溶胶)、硫酸盐气溶胶、硝酸盐气溶胶、铵盐气溶胶和海盐气溶胶。
  大气气溶胶由于来源不同,形成过程也不同,故其成分不一,特别是城市大气受污染源的影响,气溶胶的成分变动较大。但是非城市大气气溶胶的成分比较稳定,大体上与地区的土壤成分有关。
  气溶胶是大气中极其重要的组成部分,它不仅直接影响人类的健康,还能增加大气的化学反应,降低能见度,增加降水、成云和成雾的可能性,影响大气辐射收支,导致环境温度和植物生长速率的改变以及沾污材料。对气溶胶的研究,无论对于大气化学、云和降水物理学、大气光学、大气电学、大气辐射学、气候学、环境医学或者生态学等学科来说,都有重要意义。但气溶胶化学组成的研究仅是开始,还有待于今后发展。
什么是PM2.5?
  上文中已经提到大气中悬浮颗粒直径多在0.001~100μm 之间。国际上对不同直径的悬浮颗粒物进行如下划分:
 

  

名称

直径

危害

动力学特性






PM0.1 超细颗粒物

0.1μm

是PM2.5的主要成分。破坏人体的免疫系统、循环系统以及生殖系统。

能长期地飘浮在大气中

PM1

1μm

引起癌症等疾病。

PM2.5 细粒

2.5μm

引起皮肤和眼部疾病。对空气质量和能见度等有重要的影响。

PM10 粗粒

10μm

主要沉积在人体呼吸道和肺部。

降尘

100μm

能在较短时间内沉降到地面


  可以看出PM2.5是空气中空气动力学当量直径小于等于 2.5 微米的颗粒物,包括PM1和PM0.1.它能较长时间悬浮于空气中,其在空气中含量浓度越高,就代表空气污染越严重。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分,但它对空气质量和能见度等有重要的影响。PM2.5粒径小,面积大,活性强,易附带有毒、有害物质(例如,重金属、微生物等),且在大气中的停留时间长、输送距离远,因而对人体健康和大气环境质量的影响大。 如何从气溶胶数据反演PM2.5?
  利用卫星遥感气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth, AOD)来研究估算地面PM2.5是近年来快速发展起来的一项新的研究领域。卫星遥感数据能够有效的弥补地面PM2.5监测站在时间和空间上的观测数据不足。
  气溶胶反演PM2.5的理论基础就是遥感影像中的气溶胶光学厚度(AOD),是气溶胶消光系数在垂直方向上的积分。AOD可以充分反映辐射波长、垂直廓线、以及颗粒分布等相关特征。根据遥感数据的AOD数值就可以选择不同的计算方法如比例因子法,半经验公式或者统计模型法来得出相应的PM2.5数值。


下图为我国华北平原雾霾影像图:


长期数据获得:
  近几年我国逐渐意识到PM2.5污染问题的严重性, 2012年底开始初步建成了PM2.5地面监测网络。大范围、长时间的PM2.5历史监测数据的缺失,使得我国PM2.5的环境流行病学与健康效应研究较为薄弱,也使得我国PM2.5的污染控制及环境管理缺乏科学支撑。
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