基于遥感影像的北京市裸土地表面积变化对比研究

孔锋+王一飞+吕丽莉

摘要 雾霾是由大气颗粒物等与雾天遭遇所形成的一种大范围灾害性天气现象，其形成与近地面层的静风、逆温等气象条件以及各类污染物的多源排放密切相关。裸土地表是起沙、起尘和矿物气溶胶颗粒的重要来源。本文通过遥感影像解译和测定，揭示了北京市城区裸土地表的时空分布。2007—2012年，北京市裸土地表增长剧烈。2012年六环以内裸土地块数为1 351块，为2007年的3.8倍；2012年六环以内裸土地表面积总计为179 km2，为2007年的5.3倍。北京市裸土地表的快速增加势必导致地表粉尘颗粒物释放量的显著增加，这在一定程度上反映了本文揭示的裸土地表面积快速增长与雾霾天气愈发严重趋势的一致性。

关键词 裸土地表面积；遥感影像；对比；北京市

中图分类号 X513；F301.24 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）02-0234-03

Comparative Study on Bare Land Area Change in Beijing City Based on Remote Sensing Images

KONG Feng 1，2 WANG Yi-fei 1 LV Li-li 1，2

（1 China Meteorological Administration Training Center，Beijing 100081； 2 China Meteorological Administration Development Research Center）

Abstract Haze is a large range of disastrous weather phenomenon caused by atmospheric particles and fog，the formation are closely related to weather conditions，such as surface layer temperature inversion，static wind，etc. and multisource emissions of various kinds of pollutants. Bare land is an important source of sand dust and mineral aerosol particles. Through remote sensing image interpretation and determination，the temporal and spatial distribution of bare land in urban area of Beijing City was revealed. From 2007 to 2012，the bare land in Beijing City was growing violently. In 2012，the number of bare land within Sixth Ring Road was 1 351，which was 3.8 times as much as in 2007；the surface area of bare land within Sixth Ring Road in 2012 amounted to 179 km2，which was 5.3 times as much as in 2007. The rapid increase of bare land surface would cause a significant increase of the release amount of dust particles in Beijing City，which reflected the consistency of the rapid growth of bare land surface area and the increasingly serious haze trend to a certain extent.

Key words bare land area；remote sensing image；comparison；Beijing City

近年我國东部地区雾霾发生的频率、强度和范围呈不断增加的趋势[1]，有持续性和频发性的特点，对较大范围的大气环境造成严重影响[2]，城市人口密集区大气质量的恶化十分突出，引起了社会各界的高度关注[3]。雾霾是由大气颗粒物等与雾天遭遇所形成的一种大范围灾害性天气现象，其形成与近地面层的静风、逆温等气象条件以及各类污染物的多源排放密切相关[4]。

霾在气象学中被定义为“大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10 km的空气普遍混浊现象”[5]。霾的本质是大气中PM2.5浓度超标，PM2.5的消光作用很强，当PM2.5浓度显著上升时，大气能见度随之显著下降[6]。当能见度低于10 km时就形成“霾”[7]。过去，气溶胶粒子主要源于自然过程，由沙尘天气过程产生的荒漠“尘霾”是大气环境恶化的主要形式，我国北方的大气重度污染事件多与沙尘暴事件密切相关[8]。随着人类活动的加剧和快速城市化进程，这一现象出现了显著变化，雾霾常常发生在静风或弱风天气条件下，意味着由人为活动排放的近源大气气溶胶显著增加[9-11]。

2012年9月启动的“大气灰霾追因与控制”战略性先导科技专项相关研究表明，北京地区PM2.5来源解析中，机动车占25%，燃煤占19%，二者相加为44%，外来颗粒物的输送为19%，其余为本地扬尘、工业烟尘及餐饮等。考虑到近年来城市建设的快速发展，北京城区存在大量新增的或正在施工的裸土地表，在剧烈的机械扰动和大风天气下均会产生扬尘并成为雾霾污染的直接尘源[12]。因此，查清城区和郊区裸土地表的时空变化，揭示近源粉尘释放通量与分布格局，对于有效抑制粉尘释放、实施防尘治尘工程具有借鉴意义[13-14]。endprint

通过遥感解译，本研究测量了北京市区2007年和2012年裸土地表的面积变化，估算了裸土地表的起尘量，并试图探讨裸土地表起尘与雾霾污染的相关性。

1 数据来源与研究方法

本文的分析利用Google Earth上的北京市不同时期的高清遥感影像数据和面积测量工具完成。经实地验证，高清遥感影像具有较高的分辨率，人工可以清晰识别出建筑工地裸土地表（图1）。北京地区有多期高清遥感影像数据，选取2007年8月2日及2012年10月28日的图像作为测量依据。本文使用的测量工具，对长度的测量误差<0.5%，对面积的测量误差<1.0%。

通过人工识别，在2012年的影像上，共识别出六环以内的裸土地块1 351块；在2007年的影像上，共识别出六环以内的裸土地块358块。在影像上逐一圈出并标记各裸土地块，分别绘制出北京市2007年和2012年的裸土地表分布图（图2）。各裸土地块的面积数据及粉尘释放通量估算通过Excel软件进行统计和分析。

2 結果与分析

由分析结果可知，从二环到六环，裸土地表块数呈向外增加趋势，裸土地表的面积也有大幅度的增加（图3、4）。2012年六环以内裸土地块数为1 351块，为2007年的3.8倍。2012年，北京市六环以内的裸土地表面积总计为179 km2，占土地总面积的7.9%。相比之下，2007年六环以内的裸土地表总面积仅为34 km2，占土地总面积的1.5%。2012年六环以内的裸土地表面积为2007年的5.3倍，呈现出快速增长的过程。

由图4可以看出，裸土地表总面积从二环到六环急剧增加，从二环内的123.1 hm2到五、六环之间的13 019.9 hm2。三、四环之间的裸土地表面积1 122.1 hm2约达到了二环内的10倍，五、六环之间的裸土地表面积约达到了二环内面积的100倍。从市中心开始，裸土地表面积逐渐增加，越接近郊区，裸土地表面积增加越快。

裸土地块平均面积从二环到六环也呈增加趋势。六环以内单块裸土地表平均面积为13.24 hm2，二环内的裸土地块平均面积为0.98 hm2，五、六环之间的裸土地块平均面积为26.46 hm2（图5）。

图6反映了2012年北京市各环路间裸土地表面积占土地总面积的占百分比。从二环到五环呈增加趋势。六环以内裸土地表面积占土地总面积的7.9%；二环内比例最小，为2.05%；二环到三环为3.17%；三环到六环比例较高，在7.82%～9.09%之间。

2007—2012年，北京市裸土地表面积每年平均增长率为1.4%。五至六环间裸土地表面积增长幅度最大，裸土地表面积5年净增近6倍（图7）。

3 结论与讨论

北京市裸土地表的快速增加势必导致地表粉尘颗粒物释放量的显著增加，这在一定程度上反映了本研究揭示的裸土地表面积快速增长与雾霾天气愈发严重趋势的一致性。另外，已有研究表明，我国西北荒漠区地表的侵蚀速率为1 mm/年，在机械扰动条件下可达到20 mm/年以上。北京市各种裸土地表的人为活动和机械扰动剧烈，表土的结构破坏和破碎细化可导致各种风况条件下裸土地表粉尘产率的增加。如果考虑人为防护措施可抑制50%的粉尘释放，以平均10 mm/年的风蚀速率估算，即平均释尘量2万t/km2，那么，北京市内裸土地表年均起尘总量可达358万t。大量的尘土释放到空气中，对雾霾的形成产生较大影响。过去主要对强风条件下裸土地表粉尘释放过程开展了试验和观测研究，而雾霾和尘霾一般发生在无风或弱风条件下，在人为活动和机械扰动下裸土地表的粉尘形成机制显得更加重要。

4 参考文献

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