1 項目背景

1.1 任務來源

我國細顆粒物污染形勢較為嚴峻，已經成為國家環境監測的重點指標。為有效地對細顆粒物濃度時空分布進行監測，根據原環境保護部《關于開展 2017 年度國家環境保護標準項目實施工作的通知》（環辦函〔2017〕413 號），將《細顆粒物遙感監測及其應用技術指南》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境保護部衛星環境應用中心。

1.2 工作過程

2017 年 2 月，任務下達后，原環境保護部衛星環境應用中心迅速成立了標準編制組， 制定了相關工作計劃，明確了項目成員的分工。

2017 年 2 月-2018 年 6 月，根據工作計劃進度安排，標準編制組認真進行了資料收集和前期調研工作。內容包括：收集整理有關細顆粒物衛星遙感相關技術規范的文獻；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*開展了細顆粒物衛星遙感監測方法的深入研究及實驗工作。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、技術路線和要求，完成了《細顆粒物遙感監測及其應用技術指南》的開題報告和標準文本初稿。

2018 年 7 月，生態環境部環境標準研究所在組織召開了本標準的開題論證會。論證委員會由中國環境科學研究院、師范大學、中國環境監測總站、市環境保護監測中心、中國科學院遙感與數字地球研究所、江蘇省環境監測中心的有關專家組成。論證委員會聽取了標準主編單位關于標準開題論證報告的主要技術內容、編制技術路線和標準初稿內容介紹，經質詢和討論，認為該標準的編制單位提供的材料齊全、內容完整；標準編制單位對方法標準及文獻進行了充分調研；標準定位基本準確，技術路線合理可行。 論證委員會一致通過本標準的開題，并提出如下修改意見和建議：刪除區域 PM2.5專題制圖及統計分析、監測產品制作部分及附錄 A；進一步簡化原理說明，規范文字；將標準名稱改為“細顆粒物（PM2.5）遙感監測技術指南”。后根據監測司審議有關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）監測技術指南”。

2019 年 9 月 3 日，生態環境部環境標準研究所在組織召開了本標準征求意見稿的技術審查會。會議邀請行業專家、行業領導和監測專家組成審查委員會，審查委員會聽取了標準編制單位關于標準征求意見稿的主要技術內容、編制工作過程的匯報。經過質詢、討論， 認為該標準的編制單位提供的材料齊全、內容完整；標準征求意見稿規定了衛星遙感細顆粒物監測的技術方法、結果驗證、質量控制等內容，標準內容制定依據充分，具有實際可操作性。審查委員會一致通過本標準征求意見稿及編制說明的審查，并提出如下修改意見：進一步明確標準適用范圍；適當補充監測原理，進一步梳理監測處理流程和監測方法邏輯關系； 進一步按照 HJ565 要求對標準文本進行編輯修改。

根據審查委員會提出的修改意見，編制單位進行了相關資料的收集，形成了標準文本征求意見稿和征求意見稿編制說明初稿。之后，編制組將標準文本、編制說明初稿發給生態環境部標準研究所進行審查，根據反饋意見又對標準文本和編制說明進行了進一步的修改，終形成了標準文本征求意見稿和征求意見稿編制說明。

2 標準制訂的必要性分析

2.1 環境形勢的變化對標準提出新的要求

細顆粒物（fine particulate matter）指環境空氣中空氣動力學當量直徑小于等于 2.5 微米的顆粒物，又稱 PM2.5（以下均記為“PM2.5”）。它能較長時間懸浮于空氣中，其在空氣中含量濃度越高，就代表空氣污染越嚴重。近年來我國大氣 PM2.5污染十分嚴重，年平均濃度超過發達國家 3～5 倍，大氣低能見度事件頻率、持續時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、持續的嚴重污染過程，灰霾影響面積達 270 多萬平方公里；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，共發生了 5 次嚴重污染過程，大影響面積 66 萬 km2，其中重霾面積 56 萬 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，改善我國環境空氣質量，2013 年 9 月國務院出臺了《大氣污染防治行動計劃》，并提出了具體的指標： 到 2017 年，京津冀、長三角、珠三角等區域 PM2.5濃度分別下降 25%、20%、15%左右，其中市 PM2.5年均濃度控制在 60 g/m3左右；2014 年 7 月原環境保護部、發展改革委、工業和信息化部、財政部、住房和城鄉建設部和能源局聯合印發《大氣污染防治行動計劃實施情況考核辦法（試行）實施細則》，明確將 PM2.5作為年度考核指標。由此可見，監測和定量評估 PM2.5時空分布是我國環境保護中長期科技發展的重要戰略需求。

當前，開展 PM2.5監測工作已經成為環境監管的重要內容之一，新的環境監管形勢要求PM2.5的監測要更加全面和科學，但當前的監測方法還主要依賴于主要集中在城市地區的地面站點的監測，因此，迫切需求拓展新的技術手段來獲取全面、準確的PM2.5區域分布信息。由于衛星遙感技術具有宏觀、動態、科學等優勢，可以用來很好地解決這一問題。通過獲取的區域 PM2.5濃度、等級及各等級分布面積等信息可更全面科學地掌握 PM2.5區域動態變化信息，為制定大氣污染防控政策提供有力的技術支撐。目前我國還無專門針對 PM2.5衛星遙感監測應用相關的技術規范，因此急需制定 PM2.5衛星遙感監測方面的技術指南。

2.2 相關環保標準和環保工作的需要

隨著 PM2.5衛星遙感監測應用技術的不斷提高，會不斷產生新的監測方法及產品。為了有效、正確地利用衛星遙感技術進行 PM2.5監測，對全國各級環境保護管理人員、科研人員、監測人員提供相應的技術指導，迫切需要制定 PM2.5衛星遙感監測技術指南。該指南通過對PM2.5遙感監測方法、結果驗證和質量控制等方面進行統一規定，確保監測產品更具科學性與權威性，從而為保質保量地完成 PM2.5遙感監測工作，為開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參考。因此，為滿足 PM2.5衛星遙感監測應用技術建設與管理的需要，編制符合我國國情、科學實用的《衛星遙感細顆粒物（PM2.5）監測技術指南》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 大氣氣溶膠觀測術語

HJ 653-2013 環境空氣顆粒物 連續自動監測系統技術要求及檢測方法

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，能夠為環境監測及管理等相關部門進行衛星細顆粒物（PM2.5）監測提供技術參考。

（2）科學性、性原則

本標準在編制過程中應積*借鑒和利用相關研究成果，運用可靠的原理、成熟的技術和科學的方法，保證制定的指南具有科學性和性。

（3）經濟技術可行性原則

標準中采用的技術方法應經濟可行，確保按照該標準開展細顆粒物（PM2.5）衛星遙感監測時，涉及到的衛星遙感數據源比較容易獲取、方法比較容易實現，監測成本較低，經濟可行。

4 標準主要技術內容

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）監測技術指南》標準架構

?4.3 術語和定義

下列術語和定義適用于本標準。

4.3.1 氣溶膠光學厚度 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 個衛星觀測象元范圍內的近地面大氣細顆粒物平均質量濃度，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境評價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濃度與氣溶膠光學厚度（AOD）、吸濕增長因子、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系計算象元 PM2.5質量濃度，形成區域 PM2.5濃度空間分布。其中，氣溶膠光學厚度是 PM2.5濃度遙感反演的關鍵參量之一。

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，既是氣溶膠光學厚度的函數，又是下墊面地表反射率的函數，衛星表觀反射率可以表示為（Vermote， 1997）：

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