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摘要：雾霾中颗粒物不仅能降低大气能见度、威胁交通运输安全，而且雾霾中的有毒物质还会危害人类身体健康。近年来，随着中国的经济快速发展及城市化的推进，雾霾天气日趋污染严重。因而，缓解雾霾天气已经成为当前亟需解决的环境问题之一。长沙市近年来雾霾的污染出现频率越来越多，对城市的可持续发展和人们的居住环境产生极大影响，于是本文选择长沙市作为研究区，利用modis遥感图像进行分析，以此来研究长沙市雾霾污染情况。
关键词：雾霾;modis数据;几何校正
据湖南省环保厅公布的《2018年湖南省环境质量状况》[1]数据显示，长沙作为湖南省的政治、经济、文化的中心，其空气质量优良率在湖南省14个市州排名中位列倒数第二，长沙空气质量问题不容小视，由此严重威胁到交通安全和人民的身心健康，大大降低了人们的生活质量[2]。
1.研究区概况及数据源处理
作为长江中游地区重要的省会城市，长沙是全国“两型社会”综合配套改革试验区，全国性综合交通枢纽;这里气候属亚热带季风性湿润气候，气候温和、降水充沛，非常适于人们生活与工作[3]。
这里汇聚着种种优势，强烈吸引着全国各地人口不断的迁入长沙，进而导致城市人口迅速膨胀。截止到2018年12月底，统计数据显示长沙市常住人口已经有815.47万人[3]。大量人口的增加，在推动经济快速发展的同时，也引起一系列社会问题，并直接增加了长沙的生态环境压力，加剧了城市污染的程度，特别是在大气污染方面，长沙市雾霾天气近几年也在不断增加。
人们无时无刻不在呼吸空气，因此雾霾已成为当今大气污染中的最主要问题。如何对其进行准确、高效的监测，分析其成因，进而制定相应的措施、最大限度地降低其对人类带来的影响，已成为非常紧迫的研究课题之一[4-6]。
美国宇航局为了应对全球环境的变化，上世纪末启动了地球观测系统计划，并成功发射了两颗卫星，这两颗卫星上都搭载了MODIS传感器（中分辨率成像光谱仪），上面装备的旋转扫描镜可以收集科学数据并以时间顺序进行存储。这些从MODIS卫星上下载的数据是直接获取并未处理的最原始地面数据，这些数据需要经过一些相应的处理后，才能成为MODIS中的不同等级数据产品。
几何校正是由于MODIS探测器的视野的几何特性、地球表面的曲率等因素的影响造成遥感影像的几何畸形从而需要进行校正的过程。ENVI软件提供了用地理信息进行影像校正的功能，因此我们可以通过MODIS数据中自带的地理信息进行几何校正。ENVI软件采用的是每个像素对应一个坐标进行校正的[7]。在 ENVI软件中选择经纬度波段，进行波段的合并、重采样进行几何校正，即可得到几何校正后的卫星遥感影像[8]。
2.几何校正数据分析
通过查阅数据可知，2019年1月长沙的空气污染较为严重， 1月10日到14日是此次雾霾污染中最严重的时间，因此本实验选取了2019年1月9日—14日间同一时间段的 MODIS 数据进行几何校正，从而用来反映当天雾霾的浓度和分布。
从上图可以看出，从1月9日开始，长沙上空开始堆积一些云层，这些云层逐渐堆积，在10日的同一时间段已经在长沙的上空完全漫延开，由于此时长沙天气属阴雨天，这些雾气由于雨天难以散开，到11号的同一时间，这些云层雾气已经把长沙完全覆盖，这更能说明当天雾霾污染的严重性。从图中我们也可以看到这一扩散过程，14日才完全散开。
3.长沙市雾霾成因分析
一般来说，雾霾污染天数在冬季的雾霾天数最多，而夏季由于雨水天气较多不易在大气中产生污染物，从而雾霾天数最少。此外，除了与地区天气、风向和风速有关之外，还与周边区域工农业活动有关，例如长沙市周边地区工业的排放、农业中如桔梗的燃烧等造成了霾污染的加重。
3.1本地的影响
虽然造成雾霾的主要原因是自然氣候，但是在长沙当地的一些行为也会使环境在短期内形成一次污染的情况。比如，橘子洲景区在前几年会定期燃放烟花，在每次烟花燃放后的几天内，环保厅监测其周围的环境PM10 高达600多，燃放期间造成湘江两岸交通非常拥堵、湘江风光带和河岸人员聚集、机动车排放污染骤增， 使长沙中心城区局部地区空气质量严重恶化，造成了十分严重的大气环境污染[10]。
近些年来，长沙的迅速发展，工业、农业和交通业等的迅速崛起，如岳麓山高科技园、星沙工业高科技园、隆平高科技园等工业区，在促进长沙市的经济发展的同时，也造成了严重的空气污染;长沙城市交通业的发展，私家车的增多，其它省份开进长沙的超标货运车辆增多，这些交通工具所产生的尾气排放是造成空气污染的又一大因素。
3.2 周边城市影响
由地理位置得知，长沙位于湖南的东北部，分别被岳阳、益阳、湘潭和株洲所包围。
通过图1得知，雾霾天气主要在岳阳和长沙地区;而在益阳较为少出现，这与湖南省的地理条件、社会经济发展等因素有一定的联系。一方面，湖南省呈马蹄形地形，冬季由于湘东北开口容易让冷空气入侵，加上湘西、湘西北地区的静稳天气较多，使该地区的大气流动性变弱，当岳阳的雾霾天气逐渐流向长沙上空中，由于地形和天气的原因，使得长沙的雾霾情况愈加严重;另一方面，长沙等中部地区人口较为密集，工业化发展造成污染物排放增多;市区机动车总量增大，汽车尾气排放增多;城镇化发展导致颗粒物浓度增加，长株潭是湖南省经济发展最快的一个经济区[12]，长沙和湘潭的交界处是雾霾频发的地区，正是因为这些因素相互作用，从而促使这一带成为雾霾多发区。
4.总结及建议
本次研究的不足之处在于，对于长沙市的雾霾污染只是局部性探讨，并未进行系统性研究，且还只研究了2019年1月出现的长沙市严重雾霾时连续7天的污染情况，对周边的城市只做了一个简单的统计概述，分析还很肤浅不够深入，而对于长沙市近些年的雾霾污染研究甚少。 从长远来看，随着长沙市的工业化和城市化的持续推进，在相当长一段时间内雾霾污染还将持续出现。因此，在利用卫星遥感技术不断提高校正影像的同时，还需要对雾霾形成原因进行更加彻底、全面的分析，比如进行气溶胶反演模式。这主要是因为随着经济的迅速发展，影响雾霾污染形成的因素也在不断增多。此外，从雾霾治理角度出发，在关注和分析本地生产污染、周边地区及北方长距离迁移颗粒物污染的同时，还要改变当前各地分割治理雾霾污染和缺乏协调的现状，呼吁采取多地区、多部门联合进行雾霾污染的联防联控的综合治理方法。
参考文献
[1]湖南省环保厅，《2016年湖南省环境质量状况 》http：//hnhbt.hunan.gov.cn
[2]毛敏娟，杨续超.霾与城市发展的关系[J].环境科学研究，2015， 28（12）：1823-1832
[3]释然.长沙概况[EB/OL].http：//www.baidu.com
[4]马骁骏，秦艳，陈勇航等.上海地区霾时气溶胶类型垂直分布的季节变化[J].中国环境学，2015，35（4）：961-969
[5]王靜，施润和，李龙等.上海市一次重雾霾过程的天气特征及成因分析[J].环境科学学报，2015，35（5）：1537-1546
[6]杨云芸，李跃清，周慧等.长沙市API指数时空变化特征及气象条件影响[J].气象与环境科学，2017，40（1）：108-113
[7]付必涛，王乘，曾致远.MODIS数据几何校正算法设计及其IDL实现[J].遥感信息，2017（2）：20-23
[8]杜启胜，刘志平，王新生.基于ENVI的MODIS数据预处理方法[J].地理空间信息，2019， 7（4）：98-100
[9]叶瑜，李秀央，陈坤等.大气气溶胶光学厚度与大气污染物及气象因素关系的时间序列研究[J].气候与大气污染物，2011，2（16）：169-174
[10]吴萍，余文周.雾霾成因、危害、公众反应以及治理对策探讨[J].中国公共卫生管理，2014， 30（3）：453-454
[11]刘蔚琴，杜尧东.三种方法统计的广东省霾日时空变化特征比较分析[J].气象与环境科学，2015，38（2）：42-47
[12]王琪，邓启红，唐猛等.长沙市郊区环境大气中颗粒物PM10的质量浓度及其变化特性[J].中南大学学报：自然科学版，2017，41（6）：2419-2423
关键词：雾霾;modis数据;几何校正
据湖南省环保厅公布的《2018年湖南省环境质量状况》[1]数据显示，长沙作为湖南省的政治、经济、文化的中心，其空气质量优良率在湖南省14个市州排名中位列倒数第二，长沙空气质量问题不容小视，由此严重威胁到交通安全和人民的身心健康，大大降低了人们的生活质量[2]。
1.研究区概况及数据源处理
作为长江中游地区重要的省会城市，长沙是全国“两型社会”综合配套改革试验区，全国性综合交通枢纽;这里气候属亚热带季风性湿润气候，气候温和、降水充沛，非常适于人们生活与工作[3]。
这里汇聚着种种优势，强烈吸引着全国各地人口不断的迁入长沙，进而导致城市人口迅速膨胀。截止到2018年12月底，统计数据显示长沙市常住人口已经有815.47万人[3]。大量人口的增加，在推动经济快速发展的同时，也引起一系列社会问题，并直接增加了长沙的生态环境压力，加剧了城市污染的程度，特别是在大气污染方面，长沙市雾霾天气近几年也在不断增加。
人们无时无刻不在呼吸空气，因此雾霾已成为当今大气污染中的最主要问题。如何对其进行准确、高效的监测，分析其成因，进而制定相应的措施、最大限度地降低其对人类带来的影响，已成为非常紧迫的研究课题之一[4-6]。
美国宇航局为了应对全球环境的变化，上世纪末启动了地球观测系统计划，并成功发射了两颗卫星，这两颗卫星上都搭载了MODIS传感器（中分辨率成像光谱仪），上面装备的旋转扫描镜可以收集科学数据并以时间顺序进行存储。这些从MODIS卫星上下载的数据是直接获取并未处理的最原始地面数据，这些数据需要经过一些相应的处理后，才能成为MODIS中的不同等级数据产品。
几何校正是由于MODIS探测器的视野的几何特性、地球表面的曲率等因素的影响造成遥感影像的几何畸形从而需要进行校正的过程。ENVI软件提供了用地理信息进行影像校正的功能，因此我们可以通过MODIS数据中自带的地理信息进行几何校正。ENVI软件采用的是每个像素对应一个坐标进行校正的[7]。在 ENVI软件中选择经纬度波段，进行波段的合并、重采样进行几何校正，即可得到几何校正后的卫星遥感影像[8]。
2.几何校正数据分析
通过查阅数据可知，2019年1月长沙的空气污染较为严重， 1月10日到14日是此次雾霾污染中最严重的时间，因此本实验选取了2019年1月9日—14日间同一时间段的 MODIS 数据进行几何校正，从而用来反映当天雾霾的浓度和分布。
从上图可以看出，从1月9日开始，长沙上空开始堆积一些云层，这些云层逐渐堆积，在10日的同一时间段已经在长沙的上空完全漫延开，由于此时长沙天气属阴雨天，这些雾气由于雨天难以散开，到11号的同一时间，这些云层雾气已经把长沙完全覆盖，这更能说明当天雾霾污染的严重性。从图中我们也可以看到这一扩散过程，14日才完全散开。
3.长沙市雾霾成因分析
一般来说，雾霾污染天数在冬季的雾霾天数最多，而夏季由于雨水天气较多不易在大气中产生污染物，从而雾霾天数最少。此外，除了与地区天气、风向和风速有关之外，还与周边区域工农业活动有关，例如长沙市周边地区工业的排放、农业中如桔梗的燃烧等造成了霾污染的加重。
3.1本地的影响
虽然造成雾霾的主要原因是自然氣候，但是在长沙当地的一些行为也会使环境在短期内形成一次污染的情况。比如，橘子洲景区在前几年会定期燃放烟花，在每次烟花燃放后的几天内，环保厅监测其周围的环境PM10 高达600多，燃放期间造成湘江两岸交通非常拥堵、湘江风光带和河岸人员聚集、机动车排放污染骤增， 使长沙中心城区局部地区空气质量严重恶化，造成了十分严重的大气环境污染[10]。
近些年来，长沙的迅速发展，工业、农业和交通业等的迅速崛起，如岳麓山高科技园、星沙工业高科技园、隆平高科技园等工业区，在促进长沙市的经济发展的同时，也造成了严重的空气污染;长沙城市交通业的发展，私家车的增多，其它省份开进长沙的超标货运车辆增多，这些交通工具所产生的尾气排放是造成空气污染的又一大因素。
3.2 周边城市影响
由地理位置得知，长沙位于湖南的东北部，分别被岳阳、益阳、湘潭和株洲所包围。
通过图1得知，雾霾天气主要在岳阳和长沙地区;而在益阳较为少出现，这与湖南省的地理条件、社会经济发展等因素有一定的联系。一方面，湖南省呈马蹄形地形，冬季由于湘东北开口容易让冷空气入侵，加上湘西、湘西北地区的静稳天气较多，使该地区的大气流动性变弱，当岳阳的雾霾天气逐渐流向长沙上空中，由于地形和天气的原因，使得长沙的雾霾情况愈加严重;另一方面，长沙等中部地区人口较为密集，工业化发展造成污染物排放增多;市区机动车总量增大，汽车尾气排放增多;城镇化发展导致颗粒物浓度增加，长株潭是湖南省经济发展最快的一个经济区[12]，长沙和湘潭的交界处是雾霾频发的地区，正是因为这些因素相互作用，从而促使这一带成为雾霾多发区。
4.总结及建议
本次研究的不足之处在于，对于长沙市的雾霾污染只是局部性探讨，并未进行系统性研究，且还只研究了2019年1月出现的长沙市严重雾霾时连续7天的污染情况，对周边的城市只做了一个简单的统计概述，分析还很肤浅不够深入，而对于长沙市近些年的雾霾污染研究甚少。 从长远来看，随着长沙市的工业化和城市化的持续推进，在相当长一段时间内雾霾污染还将持续出现。因此，在利用卫星遥感技术不断提高校正影像的同时，还需要对雾霾形成原因进行更加彻底、全面的分析，比如进行气溶胶反演模式。这主要是因为随着经济的迅速发展，影响雾霾污染形成的因素也在不断增多。此外，从雾霾治理角度出发，在关注和分析本地生产污染、周边地区及北方长距离迁移颗粒物污染的同时，还要改变当前各地分割治理雾霾污染和缺乏协调的现状，呼吁采取多地区、多部门联合进行雾霾污染的联防联控的综合治理方法。
参考文献
[1]湖南省环保厅，《2016年湖南省环境质量状况 》http：//hnhbt.hunan.gov.cn
[2]毛敏娟，杨续超.霾与城市发展的关系[J].环境科学研究，2015， 28（12）：1823-1832
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[8]杜启胜，刘志平，王新生.基于ENVI的MODIS数据预处理方法[J].地理空间信息，2019， 7（4）：98-100
[9]叶瑜，李秀央，陈坤等.大气气溶胶光学厚度与大气污染物及气象因素关系的时间序列研究[J].气候与大气污染物，2011，2（16）：169-174
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[11]刘蔚琴，杜尧东.三种方法统计的广东省霾日时空变化特征比较分析[J].气象与环境科学，2015，38（2）：42-47
[12]王琪，邓启红，唐猛等.长沙市郊区环境大气中颗粒物PM10的质量浓度及其变化特性[J].中南大学学报：自然科学版，2017，41（6）：2419-2423