雾霾治理在改善 遥感有图有真相

北京 雾霾 能见度

2017年刚过，气象部门就给我们带来一个喜讯，北京去年重污染日仅23天 PM2.5年均浓度同比降两成。
文中列出了很多数据，但是那些常用有色眼镜看中国的（国内的有国外的更多）总是天生对统计数据带有一种怀疑的态度，但是沟通又是我们需要尽力去做的。
虽然作为一个北京人可以用亲身体验为首都大气的改善做一份证言，但是作为一个遥感科技工作者还是希望用“有图有真相”的方式来表达更有意义。

地面观测仪器通常能将仪器周边的雾霾情况测量的比较精确，但是更大范围就只能类推了。遥感卫星观测的范围比较大，但是毕竟不是直接接触空气，只是通过大气反射的波谱来获取信息。因此准确测量霾也挺困难的，比如云、雾、霾之间的准确区分就不是很容易，正经的学术工作有很多论文等着。

因此本文就简化成一个更直接的命题——对北京上空的大气能见度进行分析，这个和普通老百姓的直观感观是最接近的，因为大家出门前看看是否需要戴口罩最简单的方法就是拉开窗帘看看天空。

数据组织

美国的TERRA/AQUA星座是一组非常有用的卫星，它们装载的MODIS传感器虽然空间分辨率不高但是好处是每天都能访问地球上任何地方两次（TERRA上午，AQUA下午）。因为雾霾是一个弥散性较均匀的现象，所以这样的分辨率也就够用了。

首先收集AQUA卫星2012年（雾霾引发广泛关注的那一年）和2017年的每日北京数据（设定在六环范围），将每天的图像数据进一步缩小成25像素x25像素的缩略图，然后再排成20个一行的缩略图表格，这样一年的北京上空的情况就聚集在一张手机也能看的小图上了。

2012年每天

2017年每天

虽然已经浓缩了数据，但是直接比较还是有点困难。

排序

云和雾霾都会导致图像比正常地物偏亮，所以我们做一个排序，最亮的排前面，最暗的排后面。也就是前面是多云或者雾霾重的，后面是比较晴朗的。当然这个只是一个对北京空气能见度的一种简单的评估（冬天和夏天的地表亮度也不同哦，因为太阳的照射角度有差别）。

2012年每天

2017年每天

动画

这下可以一目了然地看出来了吧！2017年晴天多了很多呢。

中间值

如果用一年365天的中间值的像素来代表全年平均水平，那么就可以用一张数字滤波后的图像来代表全年的北京的平均影像。

2012年

2017年

动画

可以看到2017年北京的平均能见度显著提高了。

2011~2017

将制作的每年平均影像再做全图亮度的平均，用一个单一的数值表示该年整个北京的平均灰度。把范围扩大到2011~2017六年的跨度，然后制作成图表

可以看到该数值序列在2015年之前稳定在高位，而2013年却相对较低。这一点和网络上对2013年的描述有差别，我反复校对了图像，觉得结论没有问题。

后来我查证了一下2013年之所以在网络记忆中印象深刻是因为该年雾霾重心移到了江苏等地，引发了全国性的恐慌，而相对而言北京却没有其他年份严重，这大概是该年的小气候导致的。

图表上看到北京的雾霾在2016年已经有了很明显的下降，而2017年在2016年的基础上继续下降，达到的目前的最低值。

评论

这个实验统计的是全年的平均水平，因此虽然北京2017年1月的逆温现象导致严重的雾霾，但是全年平均下来，2017却是最近几年以来最好的一年。而且北京在2016已经有显著的改善，但是大家却不怎么觉得，可能也是被2017年年初的短期恶化影响到了吧。人类的记忆特点是对于特别突出的事件记得比较牢，而对于潜移默化的变化却不敏感，因此通过数据分析把这样的潜移默化突出出来还是挺有意义的。

另外《大气十条》是2013年开始启动的，为啥2014、2015年没有好转（按我这里的图表实际是变差了），而2016年开始急剧好转了呢。我对政策关注得不是太紧，大家可以讨论一下原因是什么，2016年（或者2015年下半年）以后肯定有什么重要的质变。

我能想到的一个可能性是北京煤改气的进程

联想到今年取暖季的一些新闻，感觉“矫枉过正”往往是集体主义国家的一个重要的信号。

联系方式

陈甫 副研究员
中国科学院遥感与数字地球研究所
chenfu@radi.ac.cn
13811147935