[发明专利]一种近地面细颗粒物的归因分析方法

说明书

本发明公开了一种近地面细颗粒物的归因分析方法，可基于直接观测对PM_2.5质量浓度的贡献进行归因分析，与化学传输模型相比，本发明摒弃了排放源的不确定性，增强了观测在归因中的比重，具有计算简单，效率高，更适合近实时的卫星监测业务特点。通过利用影响因子变率与演变量计算的人为和气象主导贡献，获得了人为与气象贡献对PM_2.5演变的主导贡献比率，为环境监测和治理提供重要支撑。

技术领域

本发明涉及卫星遥感领域，尤其涉及一种近地面细颗粒物的归因分析方法。

背景技术

大气中的悬浮颗粒物（PM）不仅可散射和吸收太阳辐射，对地气能量平衡产生影响，而且可导致近地面水平能见度降低，对公共交通安全（高速公路、机场等）产生严重威胁。大气颗粒物的增加还可能影响云反照率和生命使，间接引起气候变化。同时，大气颗粒物的环境影响也不容忽视。粒径小于10μm的颗粒物会被人体吸入对呼吸道产生危害，而小于2.5μm的颗粒物（PM_2.5）可进入肺泡导致多种疾病。当前，中国的高速发展导致过多的人为颗粒物滞留于大气中，可在短时期内引发公众健康问题。然而，政府机关（美国EPA、中国环境监测总站）布设的近地面大气污染物观测网仅局限于站点观测，很难捕捉PM的区域分布及变化。

近些年，针对气颗粒物的研究大量开展，主要包括以下几种：

（1）比值法，即大气颗粒物与遥感观测获得的气溶胶光学厚度直接进行相关的方法；

（2）统计法，它是利用AOD与PM_2.5的统计相关性的设置权重值，对PM_2.5进行加权统计计算。

以上两种方法均需要依赖大量地面观测数据（非卫星遥感数据）支撑，不能仅独立使用卫星数据获得近地面细颗粒物浓度。

（3）耦合法，该方法是利用化学传输模型获取AOD与PM_2.5之间的比值，传递给卫星观测获得的AOD，进而估计近地面PM_2.5。该方法需依赖化学传输模型模拟结果，然而化学传输模型需输入地面排放源信息、气象场信息以及下地面信息，这使得其结果与实际相比偏差很大（此处特指模式获取的AOD与PM_2.5的比值）。

然而，上述研究他们都没有对引起近地面PM_2.5质量浓度的变化原因进行讨论，这是由于统计模型并不具有物理基础，而大气化学模式影响因素过多，难以厘清。

现有地面PM_2.5质量浓度的变化大多使用模型模拟以达到分析成因的目的。化学传输模型作为模型模拟的主要方法，主要是通过开关人为排放源，实现大气细颗粒物的分析。化学传输模型需要外部输入许多信息，其中包括排放源以及气象场。排放源指人为排放的一次颗粒物及其前体物，而当前我国排放源不确定性较大，影响人为贡献的分析结果。图1为化学传输模型模拟获得的颗粒物浓度，与站点观测值差异极大。这充分说明，由于排放源的影响，化学传输模型无法准确捕捉颗粒物浓度。

气象场指来源于全球模式的三维气象网格信息，包含温度、压强、湿度、风速、风向等多种气象要素。由于预测参数多，仅可表征环境承载力的气象参数就多达200余个，主要变量包含：位温、x向风速、y向风速、z向风速、大气柱干空气质量、比湿、水汽混合比、云水混合比、雨水混合比、雪混合比、地面气压、10米x向风速、10米y向风速、边界层湍流通量、土壤分层温度、冠层水含量、湖泊深度、城市摩擦系数、叶面积指数、长波辐射通量、短波辐射通量等。同时，它们之间相互关联，难以准确表征气象贡献。