[发明专利]一种定量化研究城市森林对PM2.5净化作用的方法

权利要求书

1.一种定量化研究城市森林对PM_2.5净化作用的方法，该方法利用地面观测和对地观测数据，针对改善PM_2.5浓度的城市森林生态功能进行定量化研究，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)使用MODIS遥感数据对城市区域研究时间段内每天的气溶胶光学厚度进行反演后，再分类建立其与卫星过境时间观测的地面PM_2.5小时观测值的线性函数关系，从而得到该城市PM_2.5浓度平均值空间分布图，空间分辨率为500m；

2)将遥感反演所得空间分布数据和地面调查数据进行空间匹配，计算森林资源调查数据图形库中每块森林斑块上的平均PM_2.5浓度；

3)依据步骤2)的结果，使用局部Gi*统计方法，在合适的分析阈值下，识别整个城市和森林斑块的冷点区和热点区；

4)使用地理探测器模型分别对森林斑块冷点和热点区进行影响因子贡献度分析；

5)通过各影响因子间的直接作用和交互作用，确定主要影响因子，并结合城市规划蓝图，在城市热点区对相应影响因子进行改造；

上述步骤1)包括以下步骤：

1.1)根据MODIS数据生成当天500m高分辨率气溶胶光学厚度空间分布图；

a)收集包含研究区的MODIS遥感影像数据、地面监测站点小时整点的PM_2.5浓度、相对湿度、能见度、风速和风向数据；

b)进行气溶胶光学厚度空间反演计算，空间辨别率达到500米；

1.2)通过高度订正和湿度订正后，得到干燥后气溶胶的消光系数K_ex，dry的空间分布图；

a)使用地面气象站点为中心周围5公里范围内的非零气溶胶光学厚度AOD均值和气象站点卫星过境时间观测的能见度数据VIS，通过公式(1)和(2)计算当天的标高H，并且在研究区域内取同样的标高值，进而将MODIS反演的气溶胶光学厚度AOD空间分布订正为地面消光系数K_ex，0的空间分布；高度订正依据公式如下：

AOD＝k_ex，0×H (1)

b)假设研究区域内取一样的相对湿度值，利用气象站点卫星过境时间观测的相对湿度对地面消光系数空间分布进行订正；当观测相对湿度小于40％时不进行订正，大于40％时进行订正，依据的公式(3)如下：

其中，K_ex，dry是干燥后气溶胶的消光系数，RH为观测的相对湿度；

1.3)建立K_ex，dry与卫星过境时间地面PM_2.5小时观测值的线性函数关系，从而得该城市PM_2.5浓度平均值空间分布图；

步骤3)中的合适的分析阈值是建立在以500米为间隔不断增加的阈值基础上，通过判断该阈值距离下冷热点区面积和冷热点显著斑块在该距离范围内周围斑块个数变化趋势进行选择的；选择的标准为冷热点区面积变化趋于稳定，且冷热点显著斑块周围斑块的最小个数大于8。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)使用的线性函数关系是选择气象站点上空属于无云遮盖状态时的地面观测PM_2.5数据与其所在像元的遥感反演所得的AOD数据来建立的线性函数关系方程式。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)建立函数关系使用的数据为卫星过境时气象站点观测的定时风向和风速，将其分类后生成多个函数关系式。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：风向的分类包括北风NW、NNW、N、NNE；东风NE、ENE、E、ESE；南风SE、SSE、S、SSW和西风SW、WSW、W、WNW，风速的分类包括小于1.5米/秒、1.5-7.0米/秒、大于7.0米/秒。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2)遥感反演所得空间分布数据和地面调查数据进行空间匹配的原则是：以相同投影坐标系为准。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤4)使用地理探测器模型将各斑块的连续变量数值按照行业标准进行划分，对于无行业标准连续变量，采用自然间断点分类法或等量分类法将数据分成5-7类中的其中一类，对于已有的类型变量和PM_2.5浓度数据则保持不变。