基于卫星的大气污染精准定位溯源平台

一、平台介绍

环境空气质量对人类健康、经济发展严重影响。自2013年与2018年我国分别实施《大气污染防治行动计划》和《打赢蓝天保卫战三年行动计划》以来，历时10余年完成了全国主要污染源的排查治理，空气质量大幅提升，我国成为全球空气质量改善速度最快的国家。为持续深入打好蓝天保卫战，切实保障人民群众身体健康，2023年11月30日国务院印发《空气质量持续改善行动计划》，以降低细颗粒物浓度为主线，大力推动氮氧化物和挥发性有机物减排，突出精准、科学、依法治污，加强源头防控。现阶段，污染源精准排查与监测问题已成为大气污染治理的首要问题。

卫星遥感是大区域尺度空气污染快速监测的重要技术手段，具备监测效率高、结果客观真实、性价比高的优势特征，也是大气污染靶区快速准确排查的重要手段，是现代环境监测体系必要组成部分。2024年3月15日，生态环境部发布《关于加快建立现代化生态环境监测体系的实施意见》，指出目前我国立体监测网络还存在明显短板，长期以来监测体系更多依赖地面监测站点，天、空监测能力比较欠缺。明确提出加快卫星、航空等遥感技术将融入监测体系，健全天空地海一体化监测网络，补齐一体化监测能力的短板，打造生态环境监测的“千里眼”。 

中国科学院空天信息创新研究院遥感科学国家重点实验室开创我国大气环境卫星遥感技术应用的先河，结合二十余年大气环境卫星遥感监测技术与经验，融合卫星遥感、大气模式及污染源大数据等技术，自主研制的大气污染精准定位溯源平台（简称“溯源平台”），具备对全国、各省及市县范围大气污染高效监测与靶区动态溯源能力，可应用于大气环境监测与治理的相关科研与应用领域，服务于空气质量的持续改善。

图1  大气污染精准定位溯源平台主页面

二、核心功能

溯源平台专门面向我国新时期空气质量持续改善所需要解决的污染源难以快速、准确锁定问题而设计，优势功能如下：

1、主要大气污染物区域空间分布监测

对全国、省、市及区县范围大气气溶胶光学厚度、细颗粒物PM2.5、颗粒物PM10、二氧化硫SO2、二氧化氮NO2、臭氧O3、一氧化碳CO以及甲醛HCHO等参数浓度进行监测：

（1）PM2.5和PM10日间逐小时监测，空间分辨率为1km╳1km；

（2）二氧化硫SO2、二氧化氮NO2、臭氧O3、一氧化碳CO、甲醛HCHO等每日监测1次、空间分辨率达3.5km╳7km;

（3）支持臭氧O3垂直廓线浓度观测；

（4）当日可获得全域范围监测结果;

（5）数据精度达国际先进水平、国内领先水平。

图2  部分大气污染物监测效果样例图

2、臭氧污染相关影响因素监测

针对引起臭氧生成的气温、辐射等气象因素，及天然BVOC的植物覆盖等关键因素进行监测：

（1）风速、风向监测，空间分辨率达到5km╳5km；气温监测，空间分辨率达到5km╳5km；

（2）空气湿度监测，空间分辨率达到5km╳5km；

（3）基于静止卫星的太阳辐射监测，空间分辨率达到2km╳2km；

（4）植被覆盖及植物排放挥发性有机物（BVOC）空间分布监测，空间分辨率达1km╳1km。

图3  部分臭氧污染影响相关因素监测效果样例图

3、污染热点动态锁定与高疑似污染企业解析

溯源平台融合卫星遥感与大气数值源解析技术，追踪污染演变过程，定量解析污染物来源。通过智能目标锁定算法，可动态锁定全国、省、市及区县范围内细颗粒PM2.5及臭氧O3污染热点区域位置。结合地面污染源排放特征，动态解析高疑似污染企业，提高污染源排查效率，实现污染源非现场远程排查：

（1）可根据监测需要，实现每日、周、月等动态排查；

（2）最小锁定目标区域范围达1km╳1km；

（3）可解析电力生产、化石燃烧源、工艺过程源等四十余种重点污染源企业。

图4  污染热点动态监测与污染企业解析样例图

4、秸秆焚烧监测

秸秆焚烧是空气污染的重要污染源之一，溯源平台对全国、省、市及区县范围进行实时监测预警、测算过火面积及评估对空气质量影响：

（1）秸秆火点可实现日夜每10min监测1次；

（2）实时获取火点位置、温度及辐射能量等信息，误判率不高于5%，支持现场管控；

（3）准确定位过火区域，自动测算过火面积；

（4）支持对未来5天秸秆焚烧适宜性预报；

（5）定量评估秸秆焚烧对空气质量影响。

图5  2024年4月6日东北地区秸秆焚烧火点监测

5、沙尘监测

沙尘虽然不是人为污染物，但其严重影响空气质量，近几年呈现高发状态，溯源平台可动态捕捉沙尘空间分布：

（1）支持对沙尘空间分布及强度的准确监测，空间分辨率为2km╳2km；

（2）支持沙尘昼夜连续监测，时间分辨率为10min一次，有效捕获沙尘完整扩散过程；

（3）支持沙尘过境影响范围、面积及时间准确核算。

（4）支持沙尘扩散趋势短临预报。

图6  2024年3月28日华北地区沙尘空间分布监测

6、扬尘源精准监测

扬尘源是各城市建成区颗粒物污染的重要来源之一，溯源平台可精确识别扬尘源：

（1）根据需要，实现扬尘源每月、季度以及年等不同频率监测；

（2）可识别扬尘源最小面积不大于100 m2；

（3）可识别扬尘源位置、范围、苫盖以及颗粒物排放等状况。

图7  扬尘源监测样例

7、空气质量治理效果评估

溯源平台通过对监测区域治理前后的污染物浓度变化，进行污染治理效果客观评估。

三、应用情况

溯源平台的关键技术自2008年开始在全国范围内开始研究与示范应用，支持生态环境部、北京、深圳、广东、广西、浙江、江苏、青海、四川、内蒙、湖北、河北、河南、山西、黑龙江、辽宁、吉林、郑州等多个省市级生态环境部门大气环境业务监测能力构建工作。

先后服务于2008年北京第二十九届奥运会、2014年南京第二届青奥会、2016年G20杭州峰会、2017年厦门金砖峰会、2018年上合青岛峰会、2022年北京冬奥会、2023年杭州第十九届亚运会、2023年成都第三十一届大运会以及多届上海进博会等国家重大赛事活动的空气质量保障工作。

四、获奖荣誉

溯源平台关键技术曾获得国家科技进步二等奖2次，获得省级及行业级科技进步一等奖3次。

溯源关键技术支撑的四川省“空天地”一体化大气污染监测溯源技术体系于2024年3月入选生态环境部在全国范围评选出的12例生态环境智慧监测优秀案例，是大气环境遥感领域唯一入选案例。

五、如需了解更多信息，可联系陶老师，电话010-64889545，邮箱：taojh@aircas.ac.cn

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