[发明专利]一种气溶胶光学厚度与PM2.5反演订正方法及其系统

说明书

本发明的实施例公开一种气溶胶光学厚度与PM2.5反演订正方法及其系统，涉及环境保护领域，能够为研究区域PM2.5反演的准确度和精确度提供依据，同时也可间接判断其它气候条件对反演结果影响程度的大小。所述方法包括：数据分析步骤：分析预设区域在预设时间段内的相对湿度及气溶胶标高随季节大致变化趋势；拐点判断步骤：根据所述变化趋势利用累积距平法判断相对湿度及气溶胶标高变化拐点；计算确定步骤：利用累积量斜率变化率比较方法确定相对湿度和气溶胶标高分别对所述气溶胶光学厚度与所述PM2.5的贡献率。

技术领域

本发明涉及生态环境领域，尤其涉及一种气溶胶光学厚度与PM2.5反演订正方法及其系统。

背景技术

随着全球工业化经济快速发展，大气污染日趋严重，灰霾等热点环境问题引发越来越多的关注。灰霾等污染物不仅影响人们正常工作生活和出行，影响城市大气环境，而且细微粒径气溶胶(如可吸入细颗粒物PM2.5等)，可引起呼吸系统疾病和心血管疾病，极大危害人体健康。

然而细颗粒物PM2.5和气溶胶光学厚度(AOD)作为城市大气环境质量的重要指示性因子，因此对其有效监测分析显得格外重要。世界各国研究学者广泛研究建立了不同国家和地区AOD与PM2.5两者之间的关系，从而利用反演的PM2.5质量浓度来间接反映研究区域近地面的污染状况。这些进一步说明了卫星遥感在空气质量监测方面扮演的重要角色。近地面颗粒物的成因和特性都比较复杂，其与局部环境气候条件、地表类型、季节、污染状况等气象条件都有很大的关系。

这些研究表明，影响AOD与PM2.5二者之间相关关系最主要的因素是气溶胶消光系数的相对垂直廓线，且加入环境气候因子可以起到提高二者相关水平的作用。这些研究进一步说明卫星遥感在空气质量监测上具有一定的可行性，进行大尺度、广区域的空气质量监测更有一定的实际应用价值。

以往众多学者多选取某个研究区，引入湿度订正及垂直订正方法，利用气溶胶AOD数据建立并比较PM2.5-AOD的简单线性回归模型、多元线性回归模型等，然而，在PM2.5反演过程中进行湿度订正和标高订正时相对湿度及垂直标高的贡献率各为多少往往很难确定。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种气溶胶光学厚度与PM2.5反演订正方法及其系统，通过分析计算相对湿度、垂直标高对AOD或PM2.5贡献率，揭示了 AOD对于相对湿度、垂直标高的敏感性论证及PM2.5对于相对湿度的敏感性论证，对于AOD与PM2.5质量浓度反演的精准度具有重要指导作用，为进一步反演更精确的近地面PM2.5质量浓度数据提供了参考依据。

第一方面，本发明实施例提供一种气溶胶光学厚度与PM2.5反演订正方法，包括：

数据分析步骤：分析预设区域在预设时间段内的相对湿度及气溶胶标高随季节大致变化趋势；

拐点判断步骤：根据所述变化趋势利用累积距平法判断相对湿度及气溶胶标高变化拐点；

计算确定步骤：利用累积量斜率变化率比较方法确定相对湿度和气溶胶标高分别对所述气溶胶光学厚度与所述PM2.5的贡献率。

结合第一方面，在第一方面的第一种实施方式中，在所述数据分析步骤之前，所述方法还包括：

模型建立步骤：在预设时间段内利用CALIPSO激光雷达二级气溶胶数据产品，引入气溶胶湿度订正方法和气溶胶垂直标高订正方法，以近地面预设高度以下气溶胶光学厚度为自变量、近地面PM2.5质量浓度数据为因变量，建立线性、一元二次、乘幂、对数和指数五种回归拟合模型。

结合第一方面的第一种实施方式，在第一方面的第二种实施方式中，所述气溶胶湿度订正方法的步骤具体包括：

结合观测站点的相对湿度数据，将相应日期的近地面消光系数除以吸湿增长因子，得到湿度订正后的气溶胶消光系数，进而利用所述气溶胶消光系数反演PM2.5的质量浓度。