遥感技术与应用 第34卷 数据监测表明此次灰霾事件中出现大于2.0的高气影像光谱特征的灰霾监测多是定性识别与提取,相 溶胶光学厚度和后向散射系数的高值分布,PM10应的判识指标较少且不稳定,对于轻霾识别程度通 浓度突增。刘琼等[3]利用 CALIPSO资料揭示了常不高,而且难以准确区分雾和霾。基于气溶胶光 上海地区灰霾发生时气溶胶的垂直分布情况。刘璇学厚度等参数的灰霾监测依赖于气溶胶产品精度, 等3利用MODS、 CALIPSO卫星观测的气溶胶产通常在晴天条件下才能获得较高精度。一方面,气 品和地面空气质量、气象资料,结合 HYSPLIT后溶胶产品生成过程中需要剔除云的影响,多通道云 向轨迹模式,探讨了2013年12月1~9日长三角地检测算法通常错误地将灰霾等重污染情况识别成薄 区一次持续性的严重霾污染过程的形成、特征及其云、低层云等,因而不能提供霾天的气溶胶光学厚度 可能来源,研究表明灰霾污染状况下AOD显著增产品;另一方面,不同的气溶胶反演算法各有其适用 长,空气质量指数均达到或超过污染限值气溶胶主条件与优缺点:由于灰霾天会发生较强的气溶胶多 要类型为“污染型”气溶胶。何月欣等口通过MO-次散射,暗像元算法不适用于亮地表地区,而且可能 DIS、美国 Suomi npp卫星ⅤIRS气溶胶光学厚度会将灰霾当作高反射地表而不进行处理;深蓝算法 产品结合 CALIPSO星载激光雷达气溶胶产品,综能较好的反演亮地表地区气溶胶光学厚度,在植被 合分析东北地区2006~2015年间AOD年际变化覆盖率低的地表反演效果较好,但算法使用会受到 和季节性变化特征,进而获取东北地区霾污染的宏蓝色波段地表反射率数据的限制;结构函数法受地 观时空分布特征,并深入探讨2014年10月14日重表反射率影响小,却对遥感影像分辨率要求较高;此 霾污染过程特征及其潜在区域传输路径,结果表明外传统的晴天气溶胶模式也不适用于霾光学厚度反 MODIS、VIRS气溶胶光学厚度与地面观测都有显演。基于颗粒物浓度估算的监测方法中,大气颗粒 著的相关性,能够反映出此次重霾污染的地面空间物数量、粒径分布和化学组分等因素共同影响着电 分布特征。郑凯端等[51利用 CALIPSO卫星激光磁辐射在大气中的传播过程,不同时间、不同地点质 雷达数据、海洋与气象学多功能卫星COMS搭载的量浓度相同的大气颗粒物可能由于形态和化学组分 地球同步海洋水色成像仪GOCI数据以及CE318存在不同,导致光学特性存在一定的差异,对大气消 太阳光度计数据,结合 HYSPLIT后向轨迹模式和光作用与电磁辐射衰减程度的贡献就会出现差别, 地面气象资料,对长三角地区2013年12月1~9日造成了灰霾遥感精确监测与定量反演的困难。 发生的一次严重灰霾事件的形成、特征及污染来源 综上所述,灰霾遥感监测还不能满足高水平定 进行了分析,结果表明灰霾期间气溶胶粒子主要位量化和系统化业务应用需要,需要进一步深入开展 于2km以下的低层大气,球形气溶胶、细粒径气溶研究工作。有关灰霾的遥感监测研究,未来可以从 胶所占比例较高。 以下3个方面展开: 5结论与展望 (1)数据来源方面。综合对比分析不同卫星数 据的特点与优势,利用多源主动、被动遥感手段协同 综合国内外相关研究进展,灰霾遥感监测数据观测、互补验证,形成灰霾水平、垂直方向动态分布 主要来源于太阳光度计、多波段与高光谱光学传感与变化的点、面结合观测能力,不断提高雾霾监测的 器、激光雷达等,已初步形成了主动、被动遥感方式时空分辨率 相结合的灰霾立体观测体系。不同平台、不同传感 (2)监测方法方面。应进一步对比分析不同气 器在灰霾遥感监测中各具特点与优势,主动遥感手溶胶光学厚度遥感反演算法的优缺点,深入开展各 段在污染严重、夜间等情况下具有观测优势,而被动类反演方法的优化、改进、扩展与集成硏究,实现这 遥感信息含量大,具有获得气溶胶复杂特性参数的些方法的优势互补。同时,考虑到气溶胶、灰霾时 能力。在灰霾监测的时空分辨率方面,国外Land-空分布的区域性差异特点,卫星遥感监测与反演算 sat8卫星、GOCI卫星、我国高分系列卫星等新型法受气象条件、区域条件和研究条件的影响各有不 系列卫星与传感器的发展,为灰霾动态监测研究提同,未来应加强普适性更好的气溶胶、大气颗粒物 供了更为丰富的数据源 估算模型研究,尝试开发适用于不同环境和区域的 目前灰霾遥感监测研究虽已取得了巨大进展,灰霾遥感监测新算法,为灰霾遥感监测精度提高奠 但监测精度与效果仍存在诸多因素影响。基于遥感定基础数据监测表明此次灰霾事件中出现大于２．０的高气 溶胶光学厚度和后向散射系数的高值分布,PM１０ 浓度突增.刘琼等[４９Ｇ５１]利用 CALIPSO 资料揭示了 上海地区灰霾发生时气溶胶的垂直分布情况.刘璇 等[５２]利用 MODIS、CALIPSO 卫星观测的气溶胶产 品和地面空气质量、气象资料,结合 HYSPLIT 后 向轨迹模式,探讨了２０１３年１２月１~９日长三角地 区一次持续性的严重霾污染过程的形成、特征及其 可能来源,研究表明灰霾污染状况下 AOD 显著增 长,空气质量指数均达到或超过污染限值,气溶胶主 要类型为“污染型”气溶胶.何月欣等[２]通过 MOＧ DIS、美国SuomiNPP卫星 VIIRS气溶胶光学厚度 产品结合 CALIPSO 星载激光雷达气溶胶产品,综 合分析东北地区２００６~２０１５年间 AOD 年际变化 和季节性变化特征,进而获取东北地区霾污染的宏 观时空分布特征,并深入探讨２０１４年１０月１４日重 霾污染过程特征及其潜在区域传输路径,结果表明 MODIS、VIIRS气溶胶光学厚度与地面观测都有显 著的相关性,能够反映出此次重霾污染的地面空间 分布特征.郑凯端等[５３]利用 CALIPSO 卫星激光 雷达数据、海洋与气象学多功能卫星 COMS搭载的 地球同步海洋水色成像仪 GOCI数据以及 CE３１８ 太阳光度计数据,结合 HYSPLIT 后向轨迹模式和 地面气象资料,对长三角地区２０１３年１２月１~９日 发生的一次严重灰霾事件的形成、特征及污染来源 进行了分析,结果表明灰霾期间气溶胶粒子主要位 于２km 以下的低层大气,球形气溶胶、细粒径气溶 胶所占比例较高. ５ 结论与展望 综合国内外相关研究进展,灰霾遥感监测数据 主要来源于太阳光度计、多波段与高光谱光学传感 器、激光雷达等,已初步形成了主动、被动遥感方式 相结合的灰霾立体观测体系.不同平台、不同传感 器在灰霾遥感监测中各具特点与优势,主动遥感手 段在污染严重、夜间等情况下具有观测优势,而被动 遥感信息含量大,具有获得气溶胶复杂特性参数的 能力.在灰霾监测的时空分辨率方面,国外 LandＧ sat８卫星、GOCI卫星、我国高分系列卫星等新型 系列卫星与传感器的发展,为灰霾动态监测研究提 供了更为丰富的数据源. 目前灰霾遥感监测研究虽已取得了巨大进展, 但监测精度与效果仍存在诸多因素影响.基于遥感 影像光谱特征的灰霾监测多是定性识别与提取,相 应的判识指标较少且不稳定,对于轻霾识别程度通 常不高,而且难以准确区分雾和霾.基于气溶胶光 学厚度等参数的灰霾监测依赖于气溶胶产品精度, 通常在晴天条件下才能获得较高精度.一方面,气 溶胶产品生成过程中需要剔除云的影响,多通道云 检测算法通常错误地将灰霾等重污染情况识别成薄 云、低层云等,因而不能提供霾天的气溶胶光学厚度 产品;另一方面,不同的气溶胶反演算法各有其适用 条件与优缺点:由于灰霾天会发生较强的气溶胶多 次散射,暗像元算法不适用于亮地表地区,而且可能 会将灰霾当作高反射地表而不进行处理;深蓝算法 能较好的反演亮地表地区气溶胶光学厚度,在植被 覆盖率低的地表反演效果较好,但算法使用会受到 蓝色波段地表反射率数据的限制;结构函数法受地 表反射率影响小,却对遥感影像分辨率要求较高;此 外传统的晴天气溶胶模式也不适用于霾光学厚度反 演.基于颗粒物浓度估算的监测方法中,大气颗粒 物数量、粒径分布和化学组分等因素共同影响着电 磁辐射在大气中的传播过程,不同时间、不同地点质 量浓度相同的大气颗粒物可能由于形态和化学组分 存在不同,导致光学特性存在一定的差异,对大气消 光作用与电磁辐射衰减程度的贡献就会出现差别, 造成了灰霾遥感精确监测与定量反演的困难. 综上所述,灰霾遥感监测还不能满足高水平定 量化和系统化业务应用需要,需要进一步深入开展 研究工作.有关灰霾的遥感监测研究,未来可以从 以下３个方面展开: (１)数据来源方面.综合对比分析不同卫星数 据的特点与优势,利用多源主动、被动遥感手段协同 观测、互补验证,形成灰霾水平、垂直方向动态分布 与变化的点、面结合观测能力,不断提高雾霾监测的 时空分辨率. (２)监测方法方面.应进一步对比分析不同气 溶胶光学厚度遥感反演算法的优缺点,深入开展各 类反演方法的优化、改进、扩展与集成研究,实现这 些方法的优势互补.同时,考虑到气溶胶、灰霾时 空分布的区域性差异特点,卫星遥感监测与反演算 法受气象条件、区域条件和研究条件的影响各有不 同,未来应加强普适性更好的气溶胶、大气颗粒物 估算模型研究,尝试开发适用于不同环境和区域的 灰霾遥感监测新算法,为灰霾遥感监测精度提高奠 定基础. １６ 遥 感 技 术 与 应 用 第３４卷