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衛(wèi)星遙感監(jiān)測近地表細顆粒物多元回歸方法研究

2014-05-02 11:03:15賈松林陶金花王子峰陳良富尚華哲
中國環(huán)境科學 2014年3期
關(guān)鍵詞:邊界層顆粒物反演

賈松林,蘇 林,陶金花,王子峰,陳良富,尚華哲

(1.中國科學院遙感與數(shù)字地球研究所,遙感科學國家重點實驗室,北京 100101;2.中國科學院大學,北京 100049)

衛(wèi)星遙感監(jiān)測近地表細顆粒物多元回歸方法研究

賈松林1,2,蘇 林1*,陶金花1,王子峰1,陳良富1,尚華哲1,2

(1.中國科學院遙感與數(shù)字地球研究所,遙感科學國家重點實驗室,北京 100101;2.中國科學院大學,北京 100049)

對地基監(jiān)測PM2.5和氣象數(shù)據(jù)、MODISAOD衛(wèi)星數(shù)據(jù)與NCEP FNL數(shù)據(jù)進行了處理分析,在與一元簡單線性模型(模型1)進行對比的基礎上,建立了適應于北京及其附近地區(qū)遙感監(jiān)測近地面顆粒物(PM2.5)濃度的多元線性(模型 2)和非線性(模型 3)回歸模型,并對模型進行了評價驗證和遙感監(jiān)測初步應用.結(jié)果表明:模型1,2,3分別能夠解釋PM2.532.5%,56.1%,62.7%的變異.反演的PM2.5濃度與站點監(jiān)測值相關(guān)性分別為 0.5488(R2=0.3012), 0.7449(R2=0.5549), 0.7431(R2=0.5523).對于站點監(jiān)測 PM2.5濃度 63.1652μg/m3的均值,反演均方根誤差RMSE分別為43.5562, 35.3321, 36.8450μg/m3.模型2和3中氣象因子分別能夠解釋PM2.523.6%和12.6%的變異,說明了氣象因子影響北京地區(qū)春季PM2.5-AOD關(guān)系的顯著性.3種模型整體上都不同程度地存在著低值高估和高值低估的現(xiàn)象.

近地表細顆粒物濃度(PM2.5);衛(wèi)星遙感監(jiān)測;多元回歸模型;氣象要素;氣溶膠光學厚度(AOD)

隨著我國大氣污染形勢的日益嚴峻,特別是京津冀、長江三角洲、珠江三角洲等重點城市群出現(xiàn)了嚴重的復合型污染.遙感監(jiān)測具有空間連續(xù)、探測范圍大、受地面條件限制少、能在不同尺度上反映污染物的宏觀分布和傳輸路徑等優(yōu)勢,從而能為全方位立體監(jiān)測大氣污染提供重要的信息來源.近年來,各國學者對基于衛(wèi)星遙感估算近地面顆粒物濃度和監(jiān)測區(qū)域污染進行了廣泛的研究,主要的思路都是直接或間接地借助其他參數(shù)建立氣溶膠光學厚度 AOD(Aerosol Optical Depth)與近地面顆粒物濃度間的相關(guān)模型.Chu等[1],Slater等[2]將地基觀測AOD與近地面PM10和PM2.5濃度進行了初步的相關(guān)分析,證明了由 AOD估算近地面顆粒物濃度的可行性. Wang等[3]、Koelemeijer等[4]、Engle-Cox等[5]、李成才等[6]、Guo等[7]直接將衛(wèi)星遙感的 AOD與近地面顆粒物濃度進行相關(guān)比對,取得了較好的效果.Wang等[8]、Tao等[9]、Donkelaar等[10]將氣溶膠垂直分布和相對濕度影響引入 PM2.5-AOD簡單相關(guān)模型,經(jīng)過垂直和濕度訂正,有效減少了AOD和近地面顆粒物濃度間的不確定性.由于近地面顆粒物濃度與局地環(huán)境氣候條件、地表類型、季節(jié)、污染狀況有關(guān),Gupta[11]、Pelletier等[12]、Liu等[13]、Tian等[14]進一步將上述各種環(huán)境氣候因子引入AOD與近地面細顆粒物濃度間的相關(guān)模型中,以提高二者的相關(guān)水平.

本文將邊界層高度、對流層底部相對濕度廓線均值、近地表相對濕度、近地表氣溫等氣象因子引入到 PM2.5-AOD簡單相關(guān)模型中,探索建立了適應于北京及其附近地區(qū)遙感監(jiān)測近地面顆粒物濃度的多元線性和非線性回歸模型,考察了氣象要素對北京地區(qū) PM2.5-AOD關(guān)系的影響,對比了兩種多元回歸方法反演 PM2.5的效果.

1 數(shù)據(jù)及其處理

1.1 地基PM2.5質(zhì)量濃度數(shù)據(jù)

圖1 北京地區(qū)PM2.5監(jiān)測站點分布Fig.1 Distribution of PM2.5monitoring sites in Beijing

選擇北京市環(huán)境保護監(jiān)測中心向公眾實時發(fā)布的北京地區(qū)35個站點的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù),對這些發(fā)布的數(shù)據(jù)進行了及時的跟蹤記錄并提取了PM2.5數(shù)據(jù)用于分析處理.

1.2 MODIS AOD衛(wèi)星數(shù)據(jù)

美國國家航空航天局NASA的中分辨率成像光譜儀MODIS具有多光譜、寬覆蓋和分辨率高等特點,搭載在TERRA和AQUA兩顆衛(wèi)星上,廣泛用于大氣氣溶膠監(jiān)測.NASA每日發(fā)布的二級氣溶膠產(chǎn)品分辨率為星下點 10km,陸地 AOD波長在0.47,0.55,0.66μm,反演方法有暗像元算法和深藍算法.本文下載了 2013年 1~4月下午星AQUA 的MODIS氣溶膠產(chǎn)品,然后將暗像元算法和深藍算法波長為0.55μm的AOD進行了融合提取以用于本研究.

1.3 地基氣象數(shù)據(jù)

根據(jù)中國氣象科學數(shù)據(jù)共享服務網(wǎng)向公眾實時發(fā)布的北京地區(qū)28個氣象站點觀測的氣象數(shù)據(jù),對這些數(shù)據(jù)及時地跟蹤記錄并提取了氣溫和近地表相對濕度用于本研究的分析處理.

1.4 NCEP FNL全球分析數(shù)據(jù)

美國國家環(huán)境預報中心(NCEP)/美國國家大氣研究中心(NCAR)為廣大科研工作者提供了FNL 全球分析資料(Final Operational Global Analysis,以下簡稱為“FNL資料”).FNL資料空間分辨率為 1.0°×1.0°,時間分辨率為 6h.本文下載了20013年1~4月的FNL資料數(shù)據(jù)并提取了其中的邊界層高度數(shù)據(jù)和對流層底部 7層(1× 105,9.75×104,9.50×104,9.25×104,9×104,8.50×104,8× 104Pa)大約2km以下相對濕度廓線數(shù)據(jù)并加以平均以用于本研究的分析.

所介紹的數(shù)據(jù)源中提取的數(shù)據(jù)總結(jié)如表1示.

1.5 數(shù)據(jù)處理與匹配

本文對上述數(shù)據(jù)進行了處理和匹配以便于建模、驗證和分析,數(shù)據(jù)匹配的原則是空間上以PM2.5監(jiān)測站點為準,時間上以衛(wèi)星過境時間為準.

空間上∶地基氣象數(shù)據(jù)與 PM2.5站點的匹配采用就近匹配.MODIS AOD則采用以PM2.5站點為中心 15km為半徑的非零象元的均值.對于FNL資料的處理則是對離PM站點較近的4個格點進行反距離權(quán)重插值以作為該站點的 FNL資料數(shù)據(jù).時間上∶由于采用 MODIS下午星AQUA(過境時間約為13∶30)的AOD數(shù)據(jù),所以地基PM2.5數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)采用13∶00~14∶00點值的平均,FNL資料采用 UTC-6∶00(北京時間14∶00)的數(shù)據(jù).

表1 本文研究用數(shù)據(jù)變量信息Table 1 Information of data variables in this paper

結(jié)果 PM 站點與氣象站點匹配上的共有站點26個.本文將這些站點隨機分成了建模站點和驗證站點兩部分,其中建模站點 18個,驗證站點有8個占匹配站點總數(shù)的約1/3.經(jīng)匹配的后的樣點數(shù)據(jù)共 996例,其中建模站點樣點例數(shù)為 663例,驗證樣點例數(shù)為332例,時間在2013年1月24日~4月29日.

2 模型方法與建模分析

2.1 方法介紹

本文擬探索建立適應于北京及其附近地區(qū)遙感監(jiān)測近地面顆粒物濃度的多元線性和非線性回歸模型,考察氣象要素對北京地區(qū) PM2.5-AOD關(guān)系的影響,對比兩種多元回歸方法反演PM2.5的效果.為便于對比分析,也建立了僅考慮PM2.5-AOD簡單線性關(guān)系的模型.

模型1即僅考慮PM2.5-AOD簡單線性關(guān)系的模型形式為∶

模型 2即考慮了氣象要素的多元線性回歸模型形式為∶

模型 3即基于一定物理意義的形式上為冪指函數(shù)的多元回歸模型形式為∶

經(jīng)對數(shù)變換后,其形式為∶

式(1)~(4)中,PM2.5是指地基監(jiān)測的近地表PM2.5質(zhì)量濃度小時均值(μg/m3);AOD是指波長0.55μm處的MODIS氣溶膠光學厚度值(無單位); HPBL是指 FNL資料提取的邊界層高度(km); RH_Prf為 FNL資料提取的對流層底部 7層(1×105~8×104Pa)約 2km之下的相對濕度的平均值(%);RH_Srf為地基測量的近地表相對濕度(%);AT為地基測量的近地表氣溫(℃);α0、α1、β0、β1、β2、β3、β4、β5、γ0、γ1、γ2、γ3、γ4、γ5為各模型中相應參數(shù)的回歸系數(shù).

模型 2和 3中各氣象因子的加入是由PM2.5-AOD之間的相關(guān)關(guān)系理論決定的.地基監(jiān)測近地表顆粒物濃度的測量在較為干燥的空氣狀態(tài)(相對濕度≤40%)進行,其公式為∶

PMχ為近地表空氣動力學粒徑小于等于X的顆粒物質(zhì)量濃度,n(r,0)為近地表氣溶膠粒子譜分布函數(shù),ρ為近地表顆粒物密度.邊界層內(nèi)的氣溶膠光學厚度(AOD(H))的公式可表達為∶

式中∶H為邊界層高度;Qext,amb為環(huán)境狀況下消光效率;namb(r,z)為環(huán)境狀況下高度z處的顆粒物譜分布函數(shù);Qext,dry為干燥狀況下消光效率;ndry(r,z)為干燥狀況下高度 z處的顆粒物譜分布函數(shù);f(RH)是邊界層內(nèi)相對濕度廓線的函數(shù),是對邊界層內(nèi)相對濕度廓線對顆粒物譜分布和消光效率影響的描述.根據(jù) Hansen等[15]研究成果,定義歸一化顆粒物消光效率()和有效半徑(reff)兩個參數(shù)∶

假定邊界層高度內(nèi)對流混合作用充分進行并且對流層之上顆粒物的垂直分布是相對平滑的,那么邊界層高度內(nèi)氣溶膠粒子的屬性(譜分布n(r)、密度ρ等)在不同高度的分布將趨于均一.這個假定在白天陸地上有充分的表面加熱時尤其成立[16].機載和地基測量也表明了大氣柱內(nèi)顆粒物大部分存留在較低的對流層內(nèi),并且由于垂直混合的作用邊界層內(nèi)的顆粒物質(zhì)量分布較均一[17].根據(jù)公式(5-8)和上述假定可推得∶

根據(jù)上述假定還可得出邊界層內(nèi)氣溶膠光學厚度(AOD(H))占了整個大氣柱氣溶膠光學厚度(AOD)的大部分,設AOD(H)與AOD的比值為α,進而得∶

于是便可得出經(jīng)邊界層高度(H)和邊界層內(nèi)相對濕度廓線訂正(f(RH))訂正的氣溶膠光學厚度AOD*=AOD/[H?f(RH)]將與近地表顆粒物濃度有更好的相關(guān)性.Koelemeijer等[4]在研究歐洲地區(qū)MODIS AOD與PM的時空變化特征對比時發(fā)現(xiàn)了這一點并進行了類似的理論推導.模型2和3中HPBL和RH_Srf的加入正是基于上述PM2.5-AOD相關(guān)關(guān)系理論的考慮.顆粒物的組成、譜分布以及垂直廓線是影響近地表PM2.5濃度和AOD關(guān)系的關(guān)鍵性因子[13],模型2和3中加入的近地表相對濕度RH_Suf和氣溫AT則被視為影響這些關(guān)鍵因子的區(qū)域敏感性因子.

2.2 建模數(shù)據(jù)統(tǒng)計特征描述

對1.5中處理和匹配后的663例建模數(shù)據(jù)統(tǒng)計特征進行了簡要的描述和分析,表2是建模數(shù)據(jù)中各參數(shù)的統(tǒng)計特征描述參量,圖2是建模數(shù)據(jù)中各參數(shù)的頻率分布直方圖.

表2 建模數(shù)據(jù)中各參數(shù)的統(tǒng)計特征描述Table 2 Description of statistical characteristic of all variables in modeling data

PM2.5和AOD的頻率分布直方圖具有相似性,可初步判定PM2.5與AOD之間存在著一定的相關(guān)性.PM2.5的最小值為 3μg/m3,最大值為 196μg/m3,均值為62.2775μg/m3,這表明了北京地區(qū)春季較高的PM2.5背景值.RH_Prf的最小值是12.67%,最大值為 64.69%,均值為 29.94%.RH_Srf的最小值是7.00%,最大值為63.00%,均值為23.91%,這表明了北京地區(qū)春季較為干燥的氣候特征.

圖2 建模數(shù)據(jù)中各參數(shù)的頻率分布(N=663)Fig.2 Frequency distribution histogram of all variables in modeling data (N=663)

2.3 建模結(jié)果與分析

將2.2中描述的建模數(shù)據(jù)分別應用于2.1中所介紹的模型1,2,3并進行回歸分析得到3種模型的回歸系數(shù)如表3,表4和表5所示.

表3 模型1回歸系數(shù)(N=663,R2=0.325,P<0.001)Table 3 Regression coefficients of Model1 (N=663,R2=0.325,P<0.001)

從總體上來看,對3個模型進行方差分析的P值都小于0.001,說明了3個模型整體的合理性和模型中各影響因子整體上對 PM2.5變異影響的顯著性.相比于模型1能夠解釋PM2.532.5%的變異(R2=0.325),模型2能夠解釋 PM2.556.1%的變異(R2=0.561),提高了72.62%,也說明了氣象因子(HPBL、RH_Prf、RH_Srf、AT)在模型2中解釋了PM2.523.6%的變異.相對于PM2.5的地表監(jiān)測均值 66.2275μg/m3,模型 1的均方根誤差RMSE為 41.5310μg/m3,模型 2的 RMSE為 34.6079μg/m3,比模型1降低了16.67%.從模型1和 2整體指標的對比可以看出模型 2在預測PM2.5的優(yōu)異性,也說明了氣象因子(HPBL、RH_Prf、RH_Srf、AT)綜合影響PM-AOD關(guān)系的顯著性.

表4和表5中顯示模型2,3回歸分析中對各影響因子(AOD、HPBL、RH_Prf、RH_Srf、AT)進行T檢驗的p值都小于等于0.001,表明了這些因子分別對PM2.5影響的顯著性.

模型 3能夠解釋 ln(PM2.5)62.7%的變異(R2=0.627),逐步回歸顯示 AOD 能夠解釋ln(PM2.5)50.1%的變異,氣象因子能夠解釋ln(PM2.5)12.6%的變異.相對于地表監(jiān)測ln(PM2.5)的均值3.6442,擬合ln(PM2.5)的均值為3.6321、RMSE為 0.6958,經(jīng)過對數(shù)變換反變換即指數(shù)變換后,相對于地表監(jiān)測 PM2.5的均值 66.2275μg/ m3,預測PM2.5的均值為55.5879μg/m3, RMSE為37.0082μg/m3.

表4 模型2回歸系數(shù)(N=663,R2=0.561,P<0.001)Table 4 Regression coefficients of Model2 (N=663,R2=0.561,P<0.001)

表5 模型3回歸系數(shù)(N=663,R2=0.627,P<0.001)Table 5 Regression coefficients of Model3 (N=663,R2=0.627,P<0.001)

3 驗證

將2.3中建立的模型1,2,3分別應用于驗證數(shù)據(jù),并與地基觀測的 PM2.5濃度進行比對,結(jié)果見圖3和圖4.

將模型1,2,3分別應用于驗證數(shù)據(jù),產(chǎn)生的回歸方程的斜率分別是 0.3041,0.5928,0.6902,截距分別是 43.695,31.866,12.811;反演值和觀測值的相關(guān)系數(shù)R分別是0.5488(R2=0.3012),0.7449(R2= 0.5549),0.7431(R2=0.5523);對 于 平 均 值 為64.0316μg/m3的 PM2.5觀測值,3種模型反演的PM2.5均值分別為64.0316,69.8211,57.0073μg/m3,均方根誤差 RMSE分別為 43.5562,35.3321, 36.8450μg/m3.

圖3 模型1、2、3反演PM2.5質(zhì)量濃度與近地表監(jiān)測PM2.5質(zhì)量濃度散點圖(A,B,C,N=332)Fig.3 Scatter plots of the model 1,2,3estimated PM2.5concentration vs. the observed PM2.5concentration (A,B,C,N=332)

從斜率和截距來看,3種模型的斜率均小于1,截距均大于 0,說明都存在這一定程度的低值高估和高值低估的現(xiàn)象,模型1尤為明顯,如圖4所示.與模型 1相比較,模型 2的斜率提高了94.94%,截距降低了 27.87%,有效緩解了低值高估和高值低估的現(xiàn)象,如圖4所示;模型3的斜率提高了126.96%,截距降低了70.68%,進一步緩解了低值高估和高值低估的現(xiàn)象,尤其是在 PM2.5觀測值的低值區(qū),模型 3的低值高估現(xiàn)象的緩解作用更為顯著,反演效果較好,如圖4所示.

圖4 模型1、2、3反演PM2.5質(zhì)量濃度與近地表監(jiān)測PM2.5質(zhì)量濃度關(guān)系(N=332)Fig.4 Line chart of the model 1, 2, 3estimated PM2.5concentration vs. the observed PM2.5concentration (N=332)

從反演相關(guān)性、均方根誤差這些整體表征反演精度的指標來看,與模型1相比,模型2,3的反演相關(guān)性分別提高了 35.73%,35.40%,反演均方根誤差分別降低了 18.88%,15.40%.由此從獨立數(shù)據(jù)驗證的角度再次說明了氣象要素(HPBL, RH_Prf, RH_Srf, AT)對PM2.5-AOD關(guān)系影響的顯著性,是在近地面 PM2.5濃度衛(wèi)星反演中必須考慮的重要因子.

4 模型實現(xiàn)與遙感監(jiān)測初步應用

以2013年3月27日為例,本文將3個模型應用在了衛(wèi)星遙感監(jiān)測京津冀地區(qū)細顆粒物(PM2.5)質(zhì)量濃度的監(jiān)測實踐中.首先下載了NASA下午星AQUA的AOD產(chǎn)品,并對因云覆蓋而無值的區(qū)域進行了反距離權(quán)重插值處理,如圖5(A)示,然后將NCEP FNL全球分析數(shù)據(jù)中的相關(guān)氣象數(shù)據(jù)內(nèi)插到AOD產(chǎn)品相應的網(wǎng)格中,最后將2.3中建立的3個模型分別應用于NASA AOD產(chǎn)品數(shù)據(jù)和FNL資料相關(guān)氣象數(shù)據(jù),從而得到了2013年3月27日京津冀地區(qū)細顆粒物(PM2.5)質(zhì)量濃度的遙感監(jiān)測圖,如圖5示.

由圖5中可見,3個模型遙感監(jiān)測的細顆粒物(PM2.5)質(zhì)量濃度整體上分布具有一致性,且與AOD的分布也呈現(xiàn)出整體的一致性∶高值主要分布在區(qū)域的東東南南部,低值主要分布在區(qū)域的西北北部.區(qū)域的西北部為太行山北緣,北部為燕山山脈,人為污染源較少,所以區(qū)域的西北北部地區(qū)細顆粒物(PM2.5)質(zhì)量濃度分布較低;而區(qū)域的東中南部屬華北平原,又處于京津唐經(jīng)濟發(fā)展帶,人為顆粒物污染源(日常發(fā)電、工業(yè)生成、汽車尾氣排放等)較多,所以區(qū)域東東南南部地區(qū)細顆粒物(PM2.5)質(zhì)量濃度分布較高.

部分3的驗證分析中已指出,模型1存在著明顯的低值高估和高值低估的現(xiàn)象,如圖5(B)示,模型2和3有效地改善了這個問題,如圖5(C、D)示,尤其是模型3在低值區(qū)反演效果較好,如圖5(D)所示區(qū)域西北部.在高值區(qū),模型2和模型3也都能進行較好的反演,如圖5(C、D)所示區(qū)域東南部.

圖5 2013年3月27日京津冀地區(qū)NASA AQUA AOD與模型1,2,3遙感監(jiān)測PM2.5濃度分布Fig.5 Distribution of NASA AQUA AOD and the model 1, 2, 3estimated PM2.5concentrationin Beijing-Tianjin-Hebei region on Mar. 27, 2013

5 結(jié)論

5.1 從建模的結(jié)果來看,模型 1,2,3分別能夠解釋PM2.532.5%,56.1%,62.7%的變異.

5.2 在用獨立數(shù)據(jù)進行驗證中,模型 1,2,3反演的PM2.5濃度與站點監(jiān)測值相關(guān)性分別為0.5488(R2=0.3012),0.7449(R2=0.5549),0.7431(R2=0.5523 );對于站點監(jiān)測PM2.5濃度63.1652μg/m3的均值,反演均方根誤差RMSE分別為43.5562, 35.3321, 36.8450μg/m3.

5.3 說明了氣象因子(邊界層高度HPBL、對流層底部相對濕度廓線均值 RH_Prf、近地表相對濕度 RH_Srf、近地表氣溫 AT)影響北京地區(qū)春季PM2.5-AOD關(guān)系的顯著性,模型2和3中氣象要素分別能夠解釋PM2.523.6%和12.6%的變異,因而氣象要素是在近地面PM2.5濃度衛(wèi)星反演中必須考慮的重要因子.

5.4 3種模型整體上都不同程度上存在著低值高估和高值低估的現(xiàn)象∶模型1問題較明顯,模型2問題得到較大的改善,模型 3問題也得到較大的改善,尤其是在低值區(qū)反演效果較好,但高值區(qū)反演偏差波動性較大.

5.5 將3個模型初步應用在了京津冀地區(qū)PM2.5質(zhì)量濃度的遙感監(jiān)測實踐中,相比于模型 1,模型2和模型3取得了較好的效果.

[1] ChuD A, Kaufman Y J, Zibordi G, et al. Global monitoring of air pollution over land from the Earth Observing System-Terra Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) [J]. Journal of Geophysics Research, 2013,108(D21):1-18.

[2] Slater J F, Dibb J E, Campbell J W, et al. Physical and chemical properties of surface and column aerosols at a rural New England site during MODIS overpass [J]. Remote Sensing Environment, 2004,92:173-180.

[3] Wang J, Christopher A. Inter-comparison between satellitederived aerosol optical thickness and PM2.5mass: Implications for air quality studies [J]. Geophysics Research Letters, 2003,30:1-4.

[4] Koelemeijer R B, Homan C D, Matthijsen J. Comparison of spatial and temporal variations of aerosol optical thickness and particulate matter over Europe [J]. Atmospheric Environment, 2006,40:5304-5315.

[5] Engle-Cox J A, Holloman C H, Coutant B W. Qualitative and quantitative evaluation of MODIS satellite sensor data for regional and urban scale air quality [J]. Atmospheric Environment, 2004,38:2495-2509.

[6] Li C C, Mao J T, LauA K, et al. Application of MODIS aerosol product in the study of air pollution in Beijing [J]. Science in China — Ser. D Earth Science, 2005,35:177-186.

[7] Guo J, Zhang X, Che H, et al. Correlation between P M concentrations and aerosol optical depth in eastern China [J]. Atmospheric Environment, 2009,43:5876-5886.

[8] Wang Z F, Chen L F, Tao J H, et al. Satellite-based estimation of regional particulate matter (PM) in Beijing using vertical-and-RHcorrecting method [J]. Remote Sensing of Environment, 2010,114(1):50-63.

[9] Tao J H, Zhang M G, Chen L F, et al. Method to estimate concentration of surface-level particulate matter from satellite-based aerosol optical thick-ness [J]. Sci. China Earth Sci., 2013,43(1):143-154.

[10] Donkelaar A V, Martin R V, Park R J. Estimating ground-level PM2.5 using aerosol optical depth determined from satellite remote sensing [J]. Journal of Geophysics Research, 2006, D21201,111:1-10.

[11] Gupta P, Christopher S A. Particulate matter air quality assessment using integrated surface, satellite, and meteorological products: Multiple regression approach [J], J. Geophys. Res., 2009,114(D14):1-13.

[12] Pelletier B, Sater R, Vidot J. Retrieving of particulate matter from optical measurement: A semi-parametric approach [J]. Journal of Geophysics Research, 2007,112:1-18.

[13] Liu Y, Sarnat J A, Kilaru V, et al. Estimating ground-level PM2.5 in the eastern United States using satellite remote sensing [J]. Environmental Science and Technology, 2005,39:3269?3278.

[14] Tian J, Chen D, A semi-empirical model for predicting hourly ground-levelfine particulate matter (PM2.5) concentration in southern Ontario from satellite remote sensingand ground-based meteorological measurements [J]. Remote Sensing of Environment, 2010,114:221-229.

[15] Hansen J E, Travis L D. Light scattering in planetaryatmospheres [J]. Space Science Reviews, 1974,16:527—610.

[16] Holton J R. An introduction to dynamic meteorology [M]. London: Elsevier Academic Press, 2004.

[17] Clarke A, PorterJ, Valero F, et al. Vertical profiles, aerosol microphysics, and optical closure during the Atlantic Stratocumulus Transition Experiment: Measured and modeledcolumn optical properties [J]. J. Geophys. Res., 1996,101:4443-4453.

致謝:感謝陳兵老師和余超老師對論文中英語部分的修改.

A study of multiple regression method for estimating concentration of fine particulate matter using satellite remote sensing.


JIA Song-lin1,2, SU Lin1*, TAO Jin-hua1, WANG Zi-feng1, CHEN Liang-fu1, SHANG Hua-zhe1,2
(1.State Key Laboratory of Remote Sensing Science, Institute of Remote Sensing and Digital Earth, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China;2.Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China). China Environmental Science, 2014,34(3):565~573

In comparison with the simple linear model (Model 1), we developed two multiple regression modelslinearmodel (Model 2) and nonlinear model (Model 3)-to estimate the ground PM2.5concentration using satellite observationsover Beijing and its surrounding area based on the analysis of the PM2.5data, the meteorological data, the MODIS AOD dataand the NCEP FNL data. Results showed that Model 1, Model 2 and Model 3 could explain 32.5%, 56.1%, 62.7% of the variability in ground-level PM2.5concentration respectively. Correlation coefficients (R) of the three model estimated values of PM2.5mass concentration with the actual observations were 0.5488, 0.7449, 0.7431 respectively. With an average PM2.5concentration of 63.1652 μg/m3, their RMSEs were 43.5562, 35.3321,36.8450μg/m3respectively. Meteorological factors in Model 2 and Model 3 could separatelyexplain 23.6%, 12.6% of the variability in ground-level PM2.5concentration, which indicatedtheir significant influenceson the PM2.5-AOD relationship. In addition, there were low-value overestimation and high-value underestimation phenomenon in the three models.

concentration of fine particulate matter (PM2.5);satellite remote sensing;multiple regression method;meteorological factors;aerosol optical depth (AOD)

X87

:A

:1000-6923(2014)03-0565-09

賈松林(1990-),男,河南商丘人,中國科學院遙感與數(shù)字地球研究所碩士研究生,主要從事大氣遙感方面的研究工作.

2013-06-28

國家“973”項目(2010CB950801);中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項資助項目(XDB05020100)

* 責任作者, 研究員, sulin@irsa.ac.cn

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