基于文献统计的我国气溶胶卫星遥感反演研究
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作 者 信 息
王 进，冯丁饶，孙裔煜
（中国地质大学（北京） 土地科学技术学院，北京 100083）
“【摘要】以“气溶胶卫星遥感反演”为研究对象筛选中国知网数据库文献，通过图表统计与定性定量分析，将气溶胶反演相关研究按时间发展、所涉学科、基金项目、区域分布、研究内容进行系统分析。研究结果显示：①气溶胶反演研究可分为3个阶段：萌芽与探索阶段、迅速发展阶段、稳定发展阶段；②气溶胶反演研究主要集中在城市化程度较高的区域，城市发展导致的雾霾和环境污染在这些区域较为集中，与气溶胶反演研究密切相关；③气溶胶反演研究的文献数量日趋增长，重大基金项目支持力度不断增大，研究方法日趋成熟与完善，气溶胶反演研究呈蓬勃增长态势。
【关键词】气溶胶反演；卫星遥感；文献统计
【中图分类号】P407
【文献标识码】A
【文章编号】1672-1586（2018）06-0054-04
”引文格式：王 进, 冯丁饶, 孙裔煜. 基于文献统计的我国气溶胶卫星遥感反演研究[J].地理信息世界,2018,25(6):54-57.
正文
0 引言
气溶胶是悬浮在空气中固体与液体微粒悬浮物形成的多相体系，气溶胶反演作为研究的一大领域，其研究对解决城市雾霾、气候变化和大气污染具有重要意义。大气环境变化与人类生活息息相关，近些年来温室气体排放对全球气候产生了重要影响，而气溶胶在全球气候的冷却效应中扮演了重要的角色，干扰太阳辐射的反射与折射影响地表能量传输，通过直接效应和间接效应对气候变化产生重要影响。雾霾条件下气溶胶大量聚集在大气近地层，大气污染增强、空气质量下降，对社会经济发展及人体健康造成极大影响，探索其中具体的形成因素（气象条件、人为条件等）对城市发展和生态环境具有重要意义。
围绕“气溶胶反演研究”这一主题，国内已经取得了较为丰硕的研究成果。文章基于文献统计和定性定量分析，对1985～2018年有关气溶胶卫星遥感反演研究，进行研究尺度、研究区域、研究内容、研究学者等方面的统计分析；基于表格和统计图直观展示1985～2018年气溶胶反演研究情况，全面、系统、详细地分析相关研究内容，反映当下研究热点、研究难点，为气溶胶反演研究提供帮助。
1 数据与方法
本研究选取的文献数据源于中国知网（简称CNKI）中的学术期刊、硕博学位论文、国内重要报纸和国内会议论文4个子数据库，学术期刊为研究主体，其他3个子数据库作为辅助；其中核心期刊数据基于CNKI高级检索。以“气溶胶反演”为检索词搜索2018年3月17日之前的文献，分别按照“主题”、“篇名”、“关键词”进行检索统计与比较,见表1。结果显示，以“主题”搜索出的文献数量最多，故以此作为研究对象。
表1 以“气溶胶反演”为检索词的文献数据
Tab.1 Bibliographic data with "aerosol inversion" as a search term
2 结果分析
2.1 发展阶段
1985～2017年气溶胶反演研究文献发表趋势分析如图1所示。其中蓝色线代表全部文献，红色线代表核心期刊。
图1 1985～2017年气溶胶反演研究文献发表量趋势分析
Fig.1 Trend analysis of published literature on aerosol inversion research in 1985～2017
1）萌芽与探索阶段（2003年以前）：与发达国家相比，我国大气气溶胶反演事业起步较晚，邱金桓于1985年在《大气科学》上发表了第一篇有关气溶胶反演的文章，此后的80年代末和90年代关于气溶胶反演的文章也较少，国内的气溶胶反演研究还处于对方法的探索时期。这段时期内关于气溶胶反演的全部文献共15篇，包括1篇核心期刊。
2）迅速发展阶段（2003～2013年）：李晓静在2003年首次通过MODIS资料利用6S模型对北京市及周边地区气溶胶光学厚度（AOD）进行了反演，此后该方法得到广泛运用，基于MODIS数据的气溶胶反演也成为了研究的热点，Kaufman的暗像元法也成为了反演气溶胶光学厚度的最常用方法。此阶段相关文献数量出现大幅增加，从2003年的5篇文章，增长到2013年的46篇文章，11年间发表了文献333篇，占历年文献总数的54.9%。
3）稳定发展阶段（2013年以后）：2013年汪曦利用卫星遥感数据对PM2.5浓度与居民日死亡率的关联性研究，首先建立了PM2.5与气溶胶光学厚度的估算模型，自此有更多的研究学者开始关注气溶胶光学厚度与近地面污染物浓度之间的定量化关系。与此同时，气溶胶反演的数据来源也日渐丰富，基于环境一号、MSIR、AIRS、POLDER等数据的研究，使得气溶胶反演的研究获得新的突破。这一时期的文献总数，尤其是核心期刊数量有了明显的增长。
2.2 所涉学科与基金支持
从文献研究所涉学科角度来看，气溶胶反演研究涉及环境科学与资源应用（390篇）、气象学（147篇）、自动化技术（46篇）、工业通用技术及设备（41篇）、电信技术（38篇）、海洋学（11篇）、自然地理学和测绘学（9篇）、物理学（6篇）、化学（5篇）、地理物理学（3篇）、航空航天科学与工程（3篇）、仪器仪表工业（3篇）、计算机软件及计算机应用（2篇）、农业基础科学（2篇）、水利水电工程（2篇）、无线电电子学（2篇）、军事医学与卫生（1篇）、地质学（1篇）、心血管系统疾病（1篇）、生物学（1篇）、特种医学（1篇）、预防医学与卫生学（1篇）、矿业工程（1篇）、神经病学（1篇）、电力工业（1篇）、农艺学（1篇）、建筑科学与工程（1篇）、武器工业与军事技术（1篇）、呼吸系统疾病（1篇）、资源科学（1篇）、互联网技术（1篇）。气溶胶反演在环境、资源领域的应用最为广泛，符合当下对大气污染等环境动态的热点关注。
从基金项目支撑角度进行分析，气溶胶反演研究得到较为广泛的基金项目支持。国家自然科学基金占据48.6%（178项），国家重点基础研究发展计划973和国家高技术研究发展计划863分别占据17.8%（65项）、11.7%（43项），此外还包括国家科技支撑计划（18项），中国科学院知识创新工程基金（16项），中国科学院“百人计划”基金（6项），其他基金大都为地方性资助基金，且数量较少。其中来自国家级的基金项目占据较大比重，反映了气溶胶反演研究具有一定热度。同时气溶胶反演要求较高的技术性与精准性，充足的基金支持对其尤为重要,如图2所示。
图2 气溶胶反演研究基金项目支持数量及比例分析
Fig.2 Support quantity and proportion analysis of aerosol inversion research fund projects
2.3 作者分析
气溶胶反演相关研究的学者较多，发文3篇以上的学者达到49人，发文8篇以上的学者达到7人，其中邱金桓、徐青山、陈良富的工作研究单位分别为中国科学院大气物理研究所、中国科学院安徽光学精密机械研究所、中国科学院遥感应用研究所。气溶胶反演相关研究具有良好的发展前景，中国科学院等高等科研机构在气溶胶反演领域投入较大比例，如图3所示。
图3 专家学者气溶胶反演文章发表量分析
Fig.3 Aerosol inversion article published analysis by experts and scholars
2.4 核心期刊分析
2.4.1 研究区域
研究尺度对科学研究具有重要意义。空间研究可分成分子尺度、微观尺度、区域尺度、全国尺度、全球尺度，时间研究从一秒到一年不等。不同的尺度对于数据数量和数据精度的要求不同，对研究思路具有一定的影响，所以探究气溶胶反演研究尺度对于进一步深入探究气溶胶反演的相关技术、成因机理、影响因素具有较强的指导意义。
全国尺度下气溶胶研究共有4篇。在区域尺度下除北京外，较少有相关研究以市为区域展开研究，这与北京地区研究水平较为领先有关，其他区域研究中多以地区与流域为主。气溶胶为液态或固态悬浮微粒在空气中形成的悬浮体系，由于在空气中的悬浮微粒具有自由扩散性，所以气溶胶的影响范围较广，不易以较小尺度为单位开展相关研究。通过关键词搜索、整理、筛选，气溶胶研究地区主要分布于华北（35篇）、华东（19篇）、海域（15篇）、西北（8篇）、港澳台（5篇）、华南（4篇）、东北（3篇）、华中（2篇）、西南（2篇）。其中华北地区相关研究以京津冀三地及其辐射圈为主。京津冀是近些年来城市快速发展的典型地域，大气污染是影响京津冀地区人民生产生活的重要因素之一，华北地区气溶胶研究多以雾霾为主要研究对象，探究其形成原因与形成过程。气溶胶反演研究覆盖区域较广，但多集中于东部经济发达地区，鲜有在中部或西部地域开展相关研究。在未来应加强中西部地区的气溶胶反演研究，建立西、中、东部联动研究体系，上至全国尺度下至市域尺度的相关方法理论，探究气溶胶反演研究不同区域所适宜的不同研究手段。系统研究体系的建立，将为我国气溶胶反演研究的长足发展奠定坚实基础。
2.4.2 研究方法
根据研究方法将气溶胶卫星遥感反演文献主要分为五大类。基于单通道和多通道法的反演方法，共58篇文献；其中应用最多的是暗像元法，利用暗目标在红、蓝波段的线性关系消除地表贡献率实现对气溶胶的监测，其次是深蓝算法，基于地表反射率库获取地表反射率进行气溶胶反演，适用于暗目标和干旱、半干旱地区。结构函数法，共2篇，能反演荒漠、城市等亮地表地区的气溶胶光学厚度，且得到的光学厚度不受气溶胶散射相函数的影响。基于多角度数据的反演方法，共1篇，能够准确地反演气溶胶光学厚度，对均一的亮、暗地表都有较好的适用性。基于偏振数据的反演方法，共11篇，偏振辐射只对气溶胶粒子的特性敏感，其信息有助于气溶胶信息的提取。基于星载激光雷达数据的反演方法，共11篇，可以获得气溶胶的垂直分布信息，并在一定程度上区分气溶胶类型。
通过文献分析可得，气溶胶卫星遥感反演研究方法较为丰富，不同的方法对不同的气象条件、研究尺度、区域条件的要求不尽相同。气溶胶反演研究往往是基于一定研究区域的某一时段进行反演，再深入分析气溶胶成因及其影响机理。
3 结束语
3.1 研究结果
文章结合图表统计与定性定量的研究方法，搜索整理CNKI学术期刊子数据库中1985至2018年3月的614篇气溶胶反演文献，从发展时间、研究区域、研究方法等方面进行统计分析，研究结果表明：
1）气溶胶反演研究主要集中在城市化程度较高的区域，如华北地区、华东地区等，城市发展导致的雾霾和环境污染在这些区域较为集中，与气溶胶反演研究密切相关。
2）气溶胶卫星遥感反演研究具有较强的科学性和系统性，研究方法分门别类，且日趋成熟与完善，其中以暗目标法及其改进方法为主要研究方法。
3）随着社会经济的持续发展，以及当下对大气环境的高度关注，气溶胶反演研究不断深入，重大基金项目的支持力度不断增大，权威专家学者深入探索，文献数量日趋增长，气溶胶反演研究呈蓬勃增长态势。
3.2 展望
通过上述研究成果，文章提出以下几点展望：
1）气溶胶反演研究在中国东部地区研究较为广泛，但在中国中西部地区涉及较少，未来需要加强中国中西部地区气溶胶反演力度。
2）针对不同区域与地表情况，现有的气溶胶卫星遥感反演算法都存在较为明显的局限性，未来的研究方向应该集中于对各类方法的优化扩展，以及方法间的优势互补。
3）现有研究对气溶胶形成因素的探究深度不足，未来应予增强，尤其是针对雾霾形成因素的探究。对雾霾形成原因、影响范围的不断深入的研究将有效促进我国雾霾治理技术的发展。
来源：地理信息世界GeomaticsWorld（版权归原作者及刊载媒体所有）
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编辑 / 孟博文 审核 / 李发东 孟博文
指导：万剑华教授