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    北京市气溶胶光学厚度影响因子分析

    刘福江 唐家玉 刘福寿 陆姗姗 李鹏

    刘福江, 唐家玉, 刘福寿, 陆姗姗, 李鹏, 2023. 北京市气溶胶光学厚度影响因子分析. 地球科学, 48(10): 3812-3819. doi: 10.3799/dqkx.2021.223
    引用本文: 刘福江, 唐家玉, 刘福寿, 陆姗姗, 李鹏, 2023. 北京市气溶胶光学厚度影响因子分析. 地球科学, 48(10): 3812-3819. doi: 10.3799/dqkx.2021.223
    Liu Fujiang, Tang Jiayu, Liu Fushou, Lu Shanshan, Li Peng, 2023. Analysis of Influencing Factors of Aerosol Optical Depth in Beijing. Earth Science, 48(10): 3812-3819. doi: 10.3799/dqkx.2021.223
    Citation: Liu Fujiang, Tang Jiayu, Liu Fushou, Lu Shanshan, Li Peng, 2023. Analysis of Influencing Factors of Aerosol Optical Depth in Beijing. Earth Science, 48(10): 3812-3819. doi: 10.3799/dqkx.2021.223

    北京市气溶胶光学厚度影响因子分析

    doi: 10.3799/dqkx.2021.223
    详细信息
      作者简介:

      刘福江(1973-),男,博士,副教授,主要从事环境遥感方面的研究.ORCID:0000-0001-6685-0284. E-mail:liufujiang@cug.edu.cn

    • 中图分类号: P49

    Analysis of Influencing Factors of Aerosol Optical Depth in Beijing

    • 摘要: 大气污染成分、道路分布情况、地表覆盖类型等是影响气溶胶光学厚度(aerosol optical depth,AOD)的主要因素,针对区域性的顾及多种影响因素的AOD研究意义重大.研究采用北京市2020年2月至2021年2月的高分辨率气溶胶光学厚度产品数据、大气污染数据、道路线数据、地表分类数据、NPP夜光遥感数据,提出了可拓展简化气溶胶反演算法(extensible simplified aerosol retrieval algorithm,XSARA),利用Pearson指数、主成分分析、多元回归、地理加权回归模型等方法,系统分析了北京市2020—2021年气溶胶光学厚度及其驱动因素.结果发现:①湿度与AOD呈正相关,而风力风向与AOD呈负相关,通过进行多元线性回归获得AOD和各组合因子的关系方程,其中R2为0.970 68,残差平方和为0.029 1,表明回归效果较好;②道路沿线范围的AOD均高于周边区域,并且随着道路愈加密集,AOD也随之升高;③以人造地表为代表的地表覆盖能够增强AOD浓度,而以植被为代表的地表覆盖则减弱AOD浓度;④通过采用夜间灯光数据,发现该数据与AOD的空间分布模式相关性很高,并且采用地理加权回归模型得到的R2大于0.9,进一步表明两者相关程度较高.

       

    • 图  1  主成分分析碎石图

      Fig.  1.  Gravel diagram of principal component analysis

      图  2  北京市年度AOD均值和主要道路分布

      Fig.  2.  Annual AOD mean and distribution of main roads in Beijing

      图  3  2020年北京市地表覆盖图

      Fig.  3.  Surface coverage map of Beijing in 2020

      图  4  2020年北京市NPP夜光遥感数据空间分析

      Fig.  4.  Spatial analysis of NPP luminous remote sensing data in Beijing in 2020

      图  5  AOD-夜间灯光数据地理加权回归标准化残差空间分布

      Fig.  5.  Spatial distribution of normalized residuals of geographic weighted regression of AOD night light data

      表  1  各因子Pearson相关系数

      Table  1.   Pearson correlation coefficients of each factor

      因子类 因子 AOD
      A1 AOD 1.000 00
      A2 细颗粒物(PM2.5)(μg/m3) 0.698 56
      A3 二氧化硫(SO2) 0.520 80
      A4 可吸入颗粒物(PM10) 0.389 04
      A5 极大风速 -0.575 20
      A6 极大风速的风向 -0.438 02
      A7 平均相对湿度 0.470 27
      A8 日照时数 -0.466 38
      A9 最大风速 -0.589 73
      A10 最大风速的风向 -0.639 09
      A11 最小相对湿度 0.459 86
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      表  2  相关矩阵的特征值以及贡献率

      Table  2.   Eigenvalues and contribution rate of correlation matrix

      因子类 特征值 方差百分比(%) 累积(%)
      A1 5.101 74 46.38 46.38
      A2 2.656 79 24.15 70.53
      A3 1.557 81 14.16 84.69
      A4 0.669 20 6.08 90.78
      A5 0.499 04 4.54 95.31
      A6 0.186 35 1.69 97.01
      A7 0.170 23 1.55 98.56
      A8 0.074 44 0.68 99.23
      A9 0.065 11 0.59 99.82
      A10 0.018 69 0.10 99.99
      A11 0.000 59 0.00 100.00
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      表  3  AOD多元线性各参数系数项

      Table  3.   AOD multivariate linear parameter coefficient terms

      因子类 常数和自变量 系数
      A1 常数 -6.133 68
      A2 细颗粒物(PM2.5)(μg/m3) 0.013 43
      A3 二氧化硫(SO2) 0.541 61
      A4 可吸入颗粒物(PM10) 0.008 14
      A5 极大风速 -0.283 81
      A6 极大风速的风向 0.004 46
      A7 平均相对湿度 0.018 65
      A8 日照时数 0.311 32
      A9 最大风速 0.437 19
      A10 最大风速的风向 -0.004 29
      A11 最小相对湿度 -0.011 76
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    出版历程
    • 收稿日期:  2021-08-09
    • 网络出版日期:  2023-10-31
    • 刊出日期:  2023-10-25

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