2013年，「霧霾」成為年度熱詞。這一年，霧霾波及我國25個省份、100多個城市，共出現11次大範圍霧霾天氣，影響人口約6億之多。如今，隨著「大氣十條」、「藍天保衛戰」等一系列重大舉措的實施，北京的藍天已經常態化，PM2.5、二氧化硫等大氣污染物濃度逐漸下降。 「十四五」期間，國家對空氣品質的管控，提出了新的要求。PM2.5等污染物要進一步降低，優良天數進一步提升。
為此，我們國家在全國範圍內建立了5000多個空氣品質自動監測站，來監測大氣污染物的濃度。這些地面監測設備監測的準度比較高，但是分布以城市居多，同時數量和觀測範圍有限，難以進行完全覆蓋。比如青海的站點，它就無法表徵區域A的大氣狀況。我們要治理大氣污染，最主要的就是找到污染源，但是地面監測空間覆蓋不全，就無法對污染源進行定位，找不到污染源，就解決不了污染問題。
這時就需要衛星遙感幫助我們看到人眼看不到的東西，比如獲取大氣污染物的濃度值信息。通過衛星遙感獲取大氣污染物的時空分布，可以很好地彌補地面站點監測和其它手段的不足。
衛星遙感「相片」
衛星通過觀測大氣中各個污染物對不同波長電磁波的散射、吸收特性來進一步反演不同污染物濃度，由於衛星是從天上往下看，看到的是整個大氣層的狀況，所以這裡衛星捕捉到的污染物濃度是污染物整層濃度，比如用於反演顆粒物的氣溶膠光學厚度以及痕量氣體柱濃度。
但是，相比於大氣污染物整層濃度，更重要的是與人們健康相關的「近地面濃度」。這個時候就需要進行「換算」，但是由於大氣的複雜性、大氣污染物垂直和水平分布的多變性，以及無論是氣溶膠光學厚度與顆粒物濃度，還是痕量氣體柱濃度與近地面濃度都不是簡單的線性關係，就導致這種「換算」變得十分困難。
目前利用衛星數據來反演大氣污染物近地面濃度的主要方法有兩種，一是通過大氣化學傳輸模型模擬出大氣污染物垂直廓線，這裡的廓線主要是指大氣污染物在不同高度的濃度分布，獲取大氣污染物垂直廓線後即可得知近地面層大氣污染物的濃度情況；二是建立污染物整層濃度和近地面濃度的回歸統計模型，然後對近地面濃度進行反演。第一種方法主要受限於排放清單和模型精度，其準確性相對較差；而第二種方法準確性相對較高，但卻忽略了物理機理。
為了保持統計模型的準確性，同時增加相關變量降低由於缺少物理機理帶來的影響，第二十二屆北京青年學術演講比賽選手、北京深藍空間遙感技術有限公司技術團隊成員（北京水力發電工程學會推薦），採用人工智慧算法，綜合考慮衛星、無人機、地面、排放、溫度、濕度、風速、風向、壓強、地理等五十多種要素。構建了由衛星觀測到近地面污染物濃度數據模型。
近地面大氣污染物反演流程
通過模型就可以獲取大範圍區域污染物濃度分布圖，在下圖中紅色區域是臭氧高值區，表示污染嚴重；藍色區域表示臭氧濃度相對較低。這樣基於衛星遙感反演獲取的大氣污染物濃度空間分布可以清晰地獲取大氣污染重點區域，並針對該區域結合地面移動走航與無人機定點排查取證，精確定位大氣污染源，在日常開展大氣污染防治工作的時候，就知道應該管控哪些污染源了。
縣級區域的臭氧濃度圖
未來，隨著衛星空間解析度和時間解析度能力的進一步提升，以及衛星遙感數據與其他多源數據的進一步有效融合，會使得大氣污染監測更加精準，衛星遙感的優勢將更加凸顯。
排版｜ 弢弢
審核｜六朵 蒼翼蝴蝶 淡定珠子
圖片｜作者提供
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