1 項目背景
1.1 任務(wù)來(lái)源
我國細顆粒物污染形勢較為嚴峻，已經(jīng)成為國家環(huán)境監測的重點(diǎn)指標。為有效地對細顆粒物濃度時(shí)空分布進(jìn)行監測，根據原環(huán)境保護部《關(guān)于開(kāi)展 2017 年度國家環(huán)境保護標準項目實(shí)施工作的通知》（環(huán)辦函〔2017〕413 號），將《細顆粒物遙感監測及其應用技術(shù)指南》列入國家標準制修訂項目計劃，項目統一編號為 2017-27，項目承擔單位為原環(huán)境保護部衛星環(huán)境應用中心。
1.2 工作過(guò)程
2017 年 2 月，任務(wù)下達后，原環(huán)境保護部衛星環(huán)境應用中心迅速成立了標準編制組， 制定了相關(guān)工作計劃，明確了項目成員的分工。
2017 年 2 月-2018 年 6 月，根據工作計劃進(jìn)度安排，標準編制組認真進(jìn)行了資料收集和前期調研工作。內容包括：收集整理有關(guān)細顆粒物衛星遙感相關(guān)技術(shù)規范的國內外文獻；調研細顆粒物衛星遙感的現有數據源、監測方法和驗證方法等；此外，編制組還積極開(kāi)展了細顆粒物衛星遙感監測方法的深入研究及實(shí)驗工作。在前期大量工作的基礎上，編制組確定了本標準編制的原則、技術(shù)路線(xiàn)和要求，完成了《細顆粒物遙感監測及其應用技術(shù)指南》的開(kāi)題報告和標準文本初稿。
2018 年 7 月，生態(tài)環(huán)境部環(huán)境標準研究所在北京組織召開(kāi)了本標準的開(kāi)題論證會(huì )。論證委員會(huì )由中國環(huán)境科學(xué)研究院、北京師范大學(xué)、中國環(huán)境監測總站、北京市環(huán)境保護監測中心、中國科學(xué)院遙感與數字地球研究所、江蘇省環(huán)境監測中心的有關(guān)專(zhuān)家組成。論證委員會(huì )聽(tīng)取了標準主編單位關(guān)于標準開(kāi)題論證報告的主要技術(shù)內容、編制技術(shù)路線(xiàn)和標準初稿內容介紹，經(jīng)質(zhì)詢(xún)和討論，認為該標準的編制單位提供的材料齊全、內容完整；標準編制單位對國內外方法標準及文獻進(jìn)行了充分調研；標準定位基本準確，技術(shù)路線(xiàn)合理可行。 論證委員會(huì )一致通過(guò)本標準的開(kāi)題，并提出如下修改意見(jiàn)和建議：刪除區域 PM2.5 專(zhuān)題制圖及統計分析、監測產(chǎn)品制作部分及附錄 A；進(jìn)一步簡(jiǎn)化原理說(shuō)明，規范文字；將標準名稱(chēng)改為“細顆粒物（PM2.5）遙感監測技術(shù)指南”。后根據監測司審議有關(guān)衛星遙感標準規范命名規則， 將本指南命名為“衛星遙感細顆粒物（PM2.5）監測技術(shù)指南”。
2019 年 9 月 3 日，生態(tài)環(huán)境部環(huán)境標準研究所在北京組織召開(kāi)了本標準征求意見(jiàn)稿的技術(shù)審查會(huì )。會(huì )議邀請行業(yè)專(zhuān)家、行業(yè)領(lǐng)導和監測專(zhuān)家組成審查委員會(huì )，審查委員會(huì )聽(tīng)取了標準編制單位關(guān)于標準征求意見(jiàn)稿的主要技術(shù)內容、編制工作過(guò)程的匯報。經(jīng)過(guò)質(zhì)詢(xún)、討論， 認為該標準的編制單位提供的材料齊全、內容完整；標準征求意見(jiàn)稿規定了衛星遙感細顆粒物監測的技術(shù)方法、結果驗證、質(zhì)量控制等內容，標準內容制定依據充分，具有實(shí)際可操作性。審查委員會(huì )一致通過(guò)本標準征求意見(jiàn)稿及編制說(shuō)明的審查，并提出如下修改意見(jiàn)：進(jìn)一步明確標準適用范圍；適當補充監測原理，進(jìn)一步梳理監測處理流程和監測方法邏輯關(guān)系； 進(jìn)一步按照 HJ565 要求對標準文本進(jìn)行編輯修改。
根據審查委員會(huì )提出的修改意見(jiàn)，編制單位進(jìn)行了相關(guān)資料的收集，形成了標準文本征求意見(jiàn)稿和征求意見(jiàn)稿編制說(shuō)明初稿。之后，編制組將標準文本、編制說(shuō)明初稿發(fā)給生態(tài)環(huán)境部標準研究所進(jìn)行審查，根據反饋意見(jiàn)又對標準文本和編制說(shuō)明進(jìn)行了進(jìn)一步的修改，最終形成了標準文本征求意見(jiàn)稿和征求意見(jiàn)稿編制說(shuō)明。
2 標準制訂的必要性分析
2.1 環(huán)境形勢的變化對標準提出新的要求
細顆粒物（fine particulate matter）指環(huán)境空氣中空氣動(dòng)力學(xué)當量直徑小于等于 2.5 微米的顆粒物，又稱(chēng) PM2.5（以下均記為“PM2.5”）。它能較長(cháng)時(shí)間懸浮于空氣中，其在空氣中含量濃度越高，就代表空氣污染越嚴重。近年來(lái)我國大氣 PM2.5 污染十分嚴重，年平均濃度超過(guò)發(fā)達國家 3～5 倍，大氣低能見(jiàn)度事件頻率、持續時(shí)間及覆蓋范圍在逐年增加，如 2013 年 1 月籠罩在我國中東部地區大范圍、持續的嚴重污染過(guò)程，灰霾影響面積達 270 多萬(wàn)平方公里；2015 年 11 月 2 日至 2016 年 1 月 4 日，京津冀及周邊地區持續受灰霾影響，共發(fā)生了 5 次嚴重污染過(guò)程，最大影響面積 66 萬(wàn) km2，其中重霾面積 56 萬(wàn) km2，分別占京津冀及周邊地區總面積的 94%和 80%。
我國政府高度重視大氣環(huán)境污染的綜合防治，為了加強大氣污染防治力度，改善我國環(huán)境空氣質(zhì)量，2013 年 9 月國務(wù)院出臺了《大氣污染防治行動(dòng)計劃》，并提出了具體的指標： 到 2017 年，京津冀、長(cháng)三角、珠三角等區域 PM2.5 濃度分別下降 25%、20%、15%左右，其中北京市 PM2.5 年均濃度控制在 60 g/m3 左右；2014 年 7 月原環(huán)境保護部、發(fā)展改革委、工業(yè)和信息化部、財政部、住房和城鄉建設部和能源局聯(lián)合印發(fā)《大氣污染防治行動(dòng)計劃實(shí)施情況考核辦法（試行）實(shí)施細則》，明確將 PM2.5 作為年度考核指標。由此可見(jiàn)，監測和定量評估 PM2.5 時(shí)空分布是我國環(huán)境保護中長(cháng)期科技發(fā)展的重要戰略需求。
當前，開(kāi)展 PM2.5 監測工作已經(jīng)成為環(huán)境監管的重要內容之一，新的環(huán)境監管形勢要求PM2.5 的監測要更加全面和科學(xué)，但當前的監測方法還主要依賴(lài)于主要集中在城市地區的地面站點(diǎn)的監測，因此，迫切需求拓展新的技術(shù)手段來(lái)獲取全面、準確的PM2.5 區域分布信息。由于衛星遙感技術(shù)具有宏觀(guān)、動(dòng)態(tài)、科學(xué)等優(yōu)勢，可以用來(lái)很好地解決這一問(wèn)題。通過(guò)獲取的區域 PM2.5 濃度、等級及各等級分布面積等信息可更全面科學(xué)地掌握 PM2.5 區域動(dòng)態(tài)變化信息，為制定大氣污染防控政策提供有力的技術(shù)支撐。目前我國還無(wú)專(zhuān)門(mén)針對 PM2.5 衛星遙感監測應用相關(guān)的技術(shù)規范，因此急需制定 PM2.5 衛星遙感監測方面的技術(shù)指南。
2.2 相關(guān)環(huán)保標準和環(huán)保工作的需要
隨著(zhù) PM2.5 衛星遙感監測應用技術(shù)的不斷提高，會(huì )不斷產(chǎn)生新的監測方法及產(chǎn)品。為了有效、正確地利用衛星遙感技術(shù)進(jìn)行 PM2.5 監測，對全國各級環(huán)境保護管理人員、科研人員、監測人員提供相應的技術(shù)指導，迫切需要制定 PM2.5 衛星遙感監測技術(shù)指南。該指南通過(guò)對PM2.5 遙感監測方法、結果驗證和質(zhì)量控制等方面進(jìn)行統一規定，確保監測產(chǎn)品更具科學(xué)性與權威性，從而為保質(zhì)保量地完成 PM2.5 遙感監測工作，為開(kāi)展衛星遙感細顆粒物監測及其區域分布規律分析工作提供技術(shù)參考。因此，為滿(mǎn)足 PM2.5 衛星遙感監測應用技術(shù)建設與管理的需要，編制符合我國國情、科學(xué)實(shí)用的《衛星遙感細顆粒物（PM2.5）監測技術(shù)指南》十分必要。
3 標準編制的依據與原則
3.1 標準編制的依據
GB/T 31159-2014 大氣氣溶膠觀(guān)測術(shù)語(yǔ)
HJ 653-2013 環(huán)境空氣顆粒物 (PM10和PM2.5) 連續自動(dòng)監測系統技術(shù)要求及檢測方法
3.2 標準編制的原則
（1）適用性、可操作性原則
本標準的內容應具有普遍適用性，方法應具有可操作性，能夠為環(huán)境監測及管理等相關(guān)部門(mén)進(jìn)行衛星細顆粒物（PM2.5）監測提供技術(shù)參考。
（2）科學(xué)性、先進(jìn)性原則
本標準在編制過(guò)程中應積極借鑒和利用國內外相關(guān)研究成果，運用可靠的原理、成熟先進(jìn)的技術(shù)和科學(xué)的方法，保證制定的指南具有科學(xué)性和先進(jìn)性。
（3）經(jīng)濟技術(shù)可行性原則
標準中采用的技術(shù)方法應經(jīng)濟可行，確保按照該標準開(kāi)展細顆粒物（PM2.5）衛星遙感監測時(shí)，涉及到的衛星遙感數據源比較容易獲取、方法比較容易實(shí)現，監測成本較低，經(jīng)濟可行。
4 標準主要技術(shù)內容
4.1 標準適用范圍
本標準規定了細顆粒物衛星遙感監測的方法、結果驗證、質(zhì)量控制等內容。本標準適用于衛星遙感細顆粒物監測及其區域分布規律分析工作。
4.2 標準結構框架
表 1 《衛星遙感細顆粒物（PM2.5）監測技術(shù)指南》標準架構
標準內容 | 詳細內容 |
1 適用范圍 | 概述了本標準的編制內容和適用范圍。 |
2 規范性引用文件 | 介紹了本標準中引用的相關(guān)標準?文件。 |
3 術(shù)語(yǔ)和定義 | 規定了 3 個(gè)術(shù)語(yǔ)，包括氣溶膠光學(xué)厚度、PM2.5濃度和邊界層高度等。 |
4 總則 | 規定了監測原理、監測數據選擇和監測處理流程。 |
5 監測方法 | 規定了 AOD 遙感反演、氣象資料提取、數據匹配、區域 PM2.5回歸系數獲取和區域 PM2.5 濃度計算方法等。 |
6 監測結果驗證 | 規定了采取十折交叉驗證（ten-fold cross validation）方法對衛星遙感 PM2.5 濃度與地面監測結果進(jìn)行相關(guān)分析和誤差評估作為結果驗證手段。 |
7 質(zhì)量控制 | 規定了衛星數據質(zhì)量?、輸入參數精度控制內容。 |
附錄 A（資料性附錄） | 介紹了PM2.5 濃度地理加權回歸計算方法。 |
?4.3 術(shù)語(yǔ)和定義
下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本標準。
4.3.1 氣溶膠光學(xué)厚度 aerosol optical depth，AOD
指從地面到大氣層頂垂直路徑中氣溶膠消光系數的總和，量綱為 1，引自 GB/T 31159-2014。
4.3.2 象元 PM2.5 濃度 pixel concentration of fine particulate matter
象元PM2.5 濃度指 1 個(gè)衛星觀(guān)測象元范圍內的近地面大氣細顆粒物平均質(zhì)量濃度，計量單位為微克/立方米（μg /m3）。
該定義由編制組給出。
4.3.3 邊界層高度 Height of the planetary boundary layer，HPBL
邊界層高度是指行星邊界層的厚度，表示污染物在垂直方向可以被熱力湍流稀釋的范圍，是用于大氣數值模式和大氣環(huán)境評價(jià)的重要物理參數之一。
該定義由編制組給出。
4.4 監測原理
根據 PM2.5 濃度與氣溶膠光學(xué)厚度（AOD）、吸濕增長(cháng)因子、密度、半徑、消光效率因子及大氣邊界層高度等因素的轉化關(guān)系計算象元 PM2.5 質(zhì)量濃度，形成區域 PM2.5 濃度空間分布。其中，氣溶膠光學(xué)厚度是 PM2.5 濃度遙感反演的關(guān)鍵參量之一。
4.4.1 衛星 AOD 遙感反演原理
在大氣水平均一的假設條件下，衛星傳感器接收到的大氣頂部的輻射信號，既是氣溶膠光學(xué)厚度的函數，又是下墊面地表反射率的函數，衛星表觀(guān)反射率可以表示為（Vermote， 1997）：
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