大气细颗粒物(PM2.5)是指大气中空气动力学直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可进入肺部的颗粒物。它的直径小于人类头发直径的1/20。虽然PM2.5只是地球大气成分的一小部分，但它对人类生产生活的影响是非常重要的。
与粒径较大的大气颗粒物相比，PM2.5粒径较小，富含大量有毒有害物质，在大气中停留时间长，运输距离长，对人体健康和大气环境质量影响较大。在中国，空气细颗粒物污染是一个具有挑战性的环境问题。我国直到2013年才全面启动系统的近地表PM2.5测量，因此缺乏历史数据是回顾和分析PM2.5长期趋势、预测其热点未来演变的关键障碍。
那么，如何弥补史料的不足呢？卫星遥感能观测到PM2.5吗？
如果遥感观测到的气溶胶特征能够完全转化为PM2.5，卫星数据可以为获取历史PM2.5信息提供新的途径。
来自中国科学院航天信息创新研究院李正强的研究团队，开发了细粒子卫星遥感(PMRS)物理模型，显著降低了国际上类似方法过度依赖模型模拟导致瞬时结果偏差大的瓶颈问题。此外，通过地面观测对水分吸收增长模型进行了改进，建立了细颗粒比非线性校正函数对MODIS产品进行校正。与POLDER GRASP产品相比，修正后的MODIS精细气溶胶光学厚度残差小于-0.03。
利用MODIS的历史观测数据，团队重建了2000-2015年中国近地面月平均PM2.5质量浓度的时间序列。研究发现，2000年以来，全国PM2.5浓度呈现先升后降的趋势，2004-2007年污染区PM2.5平均浓度有较大幅度的上升。随后，2007-2009年PM2.5略有下降，2009年污染再次加重。2013年后，由于国家实施了严格的污染控制措施，PM2.5的质量浓度开始明显下降。
从空间分布来看，华北、四川盆地和江汉平原的PM2.5浓度较高。由于山东省中部(沂蒙山、泰山)海拔较高，在高值包围区域出现低浓度区。四川盆地是中国污染区的西部边界。在四川盆地西部，大部分地区PM2.5年均浓度显著低于20 gm-3(即每立方米空气颗粒物含量低于20g)。略有不同的是，北疆PM2.5浓度略有上升，这与该地区沙尘频繁出现(带来一些细颗粒物)有关。
更重要的是，该团队在PMRS物理模型的基础上，进一步区分了人类和气象因素对应的PM2.5贡献，从而探索了PM2.5历史演变的主要驱动因素，该方程是PMRS模型的重要推广应用，也是首次从卫星遥感观测角度区分人类和气象因素对近地面PM2.5历史演变贡献的方法，打破了长期以来只有气象-化学模型才能区分人类和气象贡献的藩篱。
结果显示，2008年前PM2.5的升高主要是人为因素快速增加所致，2008-2009年受北京奥运会影响，人为因素贡献大幅下降，但随后又开始回升，在2011年前后达到新的峰值。2011年后，由于国家大气污染治理力度的加强，人为因素对PM2.5的贡献持续快速下降，带来了整体空气质量的显著改善。相反，2000年以来，PM2.5的气象因子贡献缓慢但持续上升，这与气候变化引起的大气环境变化有关。也清楚地表明，自然背景不利于大气污染治理，需要进一步加大人为努力，加大污染治理力度。
最后，研究人员能够
因素有可能驱动PM2.5浓度在未来反弹（不降反升）。因此，我国需要进一步减少人为排放以加速PM2.5浓度的下降，从而保证在2025年前达到主要污染地区平均PM2.5浓度低于35μg m-3的目标。如果能持续保持当前空气污染治理力度不减弱，则部分治理效果显著的重点区域有望在2021年左右提前达到世界健康组织（WHO）推荐的过渡时期一阶段（IT-1）目标（35μg m-3），这可为我国空气质量持续改善提供更好的基础。相关结论可以为政府污染治理政策制定、效果评估、公共卫生和健康影响评估等提供宏观数据参考。
五个污染地区的卫星遥感及地面观测PM2.5年均质量浓度平均值及不同场景的预测区间
该研究成果由中国科学院空天信息创新研究院、中国科学院大气物理研究所、中国科学院大学，以及荷兰皇家气象研究所（KNMI）和美国威斯康星-麦迪逊大学（WISC）等机构的科研人员联合完成，发表在SCI期刊 Remote Sensing。第一作者是空天院张莹副研究员，通讯作者是李正强研究员。该工作得到国家重点研发计划项目和国家自然科学基金项目的支持。
参考文献：
Zhang, Y.; Li, Z.; Chang, W.; Zhang, Y.; de Leeuw, G.; Schauer, J.J. Satellite Observations of PM2.5 Changes and Driving Factors Based Forecasting Over China 2000–2025. Remote Sensing, 2020, 12(16), 2518; https://doi.org/10.3390/rs12162518
来源：中国科学院空天信息创新研究院
