空气质量卫星遥感监测系统应用经验介绍

1、广州市空气质量遥感监测系统与应用工作经验介绍2022/9/14梁桂雄1 郭建平21广州市环境监测中心站2中国气象科学研究院汇报主要内容广州市空气质量卫星遥感监测系统简介卫星遥感监测系统的完善与改进需求卫星遥感监测的应用实践遥感监测需求与应用展望2022/9/14汇报主要内容广州市空气质量卫星遥感监测系统简介卫星遥感监测系统的完善与改进需求卫星遥感监测的应用实践遥感监测需求与应用展望2022/9/141、遥感监测系统应用需求设计污染物浓度的区域性分布污染源传输与沿程监控污染气团轨迹分析污染气象条件指数与空气质量预报2022/9/142022/9/142、卫星遥感监测与气象条件指数预报系统框架3、

2、遥感监测系统在预测预报业务体系中作用2022/9/14数值模拟传统统计预报新型统计预报卫星遥感监测气象条件预报地面气象资料地面监测系统地面监测系统污染源清单NCEP气象NCEP气象地面监测系统保障方案预警方案保障方案、预警方案实施每6小时预报数值预报逐时预报卫星观测数据NCEP气象是否启动方案区域质量分布污染气象指数每日预报污染源清单改变业务预报业务预报卫星遥感监测与空气质量气象条件指数预报系统多源卫星遥感监测系统污染物反演模块产品系统的空气质量气象条件指数预报产品系统的后向与前向气团轨迹产品1500M100M500M1000M未来7天PLAM指数和API指数逐日预报（2010年12月19日制

3、作）20空气质量与气象条件指数预报产品汇报主要内容广州市空气质量卫星遥感监测系统简介卫星遥感监测系统的完善与改进需求卫星遥感监测的应用实践遥感监测需求与应用展望2022/9/141、完善与改进需求增加卫星激光雷达遥感大气污染产品，增加对多云多雨、雾霾天气的有效观测对原系统功能完善采集与加工CALIPSO、MODIS、TIMS、环境卫星等影像数据，完善改进“多源卫星遥感监测子系统” 通过采集多平台卫星遥感数据、激光雷达遥感影像、地图数据，结合卫星遥感气溶胶光学厚度、地面与高空监测站点的PM监测，形成完善的PM立体观测，增加PM2.5污染物监测与分析2022/9/142、卫星遥感监测系统架构图20

4、22/9/143、系统改进后的效果实现对卫星影像数据快速几何校正、辐射校正；处理、加工满足“多源卫星遥感监测子系统”、“数据库系统”所要求的具体格式形成卫星遥感、地面与高空PM监测，完善的PM立体观测，增加PM2.5污染物监测与分析产品形成数据服务层、业务逻辑层和功能展示层的三层架构。功能展示：PM2.5、PM10、SO2、NO2、臭氧、AOD等污染物浓度及预测结果2022/9/14系统卫星影像数据自动校正几何校正选取地面控制点（GCP）建立几何校正模型图像重采样辐射校正大气校正高度角校正地形校正2022/9/14PM立体观测产品基于激光雷达遥感影像（如CALIPSO），反演逐日的近地面到大气

5、层气溶胶廓线分布图基于激光雷达遥感影像（如CALIPSO），定量解析广州及周边垂直方向的气溶胶污染类型整合地面站点激光雷达观测、卫星光学遥感AOD、卫星激光雷达遥感影像，增加PM2.5卫星遥感产品模块，实现立体化观测大气污染相关物理参数2022/9/14后向轨迹模块改造升级改善界面，简化原有子系统后向轨迹模块的计算与操作完善气团后向轨迹展示功能，实现对不同站点、不同高度（1000米、500米、100米）的气团72小时、48小时、24小时后向轨迹分析2022/9/14卫星遥感监测系统整合到监测预警体系2022/9/14汇报主要内容广州市空气质量卫星遥感监测系统简介卫星遥感监测系统的完善与改进需求

6、卫星遥感监测的应用实践遥感监测需求与应用展望2022/9/142009年4月北方沙尘暴浮尘南下影响广州案例（1）沙尘暴输送的路径（2）2009年4月26日主要大气污染物浓度演变过程（3）环境天气背景实况（4）沙尘源区到广州沿途空气污染指数变化（5）26日大气国控点可吸入颗粒物浓度变化（6）4月25-29日主要大气污染物浓度变化（7）卫星遥感数据反演气溶胶光学厚度分析（8）后向轨迹分析（9）可吸入颗粒物主要成分主要比例变化（10）其它团队浮尘粒子成分分析结论受浮尘天气影响，空气颗粒物中钾、钠、钙、镁、铝、铁和钛等金属元素的含量较高，颗粒态铵、钙、硝酸根、硫酸根和有机碳的含量明显上升。这种现象说明

7、，空气中浮尘颗粒物含量的升高有利于空气中气态氨、硝酸（氮氧化物）、硫酸（二氧化硫）和有机污染物向颗粒态转化。浮尘颗粒物具有较强的碱性和吸附性，有利促进气态污染物的颗粒化进程。结论天气形势变化，北方沙尘暴产生的浮尘，可以东移南下影响到沿海地区地面监测结果分析，可吸入颗粒物主要来源于外来浮尘卫星遥感反演显示，空中存在一团从北往南移动的范围阔、界线明显的颗粒物高浓度区，移动方向与时间与地面监测一致4月26-28日广州市可吸入颗粒物浓度的异常升高，来源于沙尘暴产生的浮尘影响争议：灰霾？浮尘影响？浮尘影响：省、市环境自动监测数据支持，PM2.5/PM10、组分的变化省、市气象台气象分析技术支持遥感所、气

8、科院卫星遥感的支持其它团队模拟、化学成分分析支持灰霾：浮尘能否越过南岭？PM10浓度不高？（一些部门采用的监测方法未能测到PM10的高浓度）2013年10月的污染变化过程2013年国庆期间空气质量情况 国庆前，受台风“蝴蝶”影响，广州市天气不稳定，出现降雨，有利于污染物扩散，空气质量处于良好水平。1-2号，华南地区高空受副高控制，以多云到晴天气为主，3日到来的弱冷空气微弱，广州转受弱冷高压脊控制，地面受偏东北风场控制，昼夜温差较大，早晚清凉，夜间容易出现逆温，不利于污染物扩散，污染物浓度持续上升，4日污染物浓度出现高值。5-6日北风加大，处于冷高压控制，以晴天为主，保持较大的温差，污染物浓度仅

9、稍微下降，到7号污染物继续积累上升。国庆期间首要污染物主要是细颗粒物和臭氧，国庆期间市区车流减少，反映机动车污染的NO2浓度达标。2022/9/142013年国庆节后广州市空气质量变化情况2022/9/142022/9/14广州附近很厚很强的散射回波广州附近很厚很强的烟尘和人类污染气溶胶10月4日夜间总消光后向散射10月4日夜间不同气溶胶颗粒种类垂直分布10月6日夜间不同气溶胶颗粒种类垂直分布10月6日夜间总消光后向散射广州附近高层很强的回波，右图证明该处信号为云证明，广州近地面有浮尘影响2014年1月1日广州污染个例2022/9/1410月1日夜间不同气溶胶颗粒种类垂直分布10月1日夜间夜间

10、总消光后向散射10月1日夜间气溶胶云特征混合垂直分层广州近地面附近很厚（2km左右）的气溶胶颗粒物层广州近地面很厚很强的人类活动导致的污染气溶胶广州近地面附近很大消光系数，证明有颗粒物存在卫星遥感监测系统在2010年广州亚运空气质量保障中应用亚运会开幕式预报预警会商实例2022/9/142010年11月9日开幕式前，判断未来几天污染物积累预测污染物积累11月7-8日卫星反演NO2浓度2022/9/1411月6-7日AOD遥感反演结果2022/9/14 (A) 11月10日20点,（B）11月11日8点100m高度后向轨迹预报图。预报：11月10-11日气团轨迹 (A)11月11日20点, (B)11月12日20点100m高度的后向轨迹预报图11月11-12日（20时）气团轨迹卫星遥感监测系统在重污染预报预警与来源分析中应用展望利用卫星遥感对2014年1月重污染过程分析展望2014年1月6日，广州首发重污染预报预警2022/9/14汇报主要内容广州市空气质量卫星遥感监测系统简介卫星遥感监测系统的完善与改进需求卫星遥感监测的应用实践遥感监测需求与应用展望2022/9/14遥感监测需求与应用展望随着新标准实施，全国空气质量监测联网及高密度布点监测，遥感监测在反映大范围区域空气质量变