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太阳贵宾厅
2023年优秀硕士学位论文获奖者
太阳贵宾厅 李珂
01 获奖者简介
1 论文中文题目
大气气溶胶光学厚度缺失重建与近地面颗粒物浓度估算研究
2 论文英文题目
Reconstruction Missing Values in Aerosol Optical Depth and Prediction of Surface Particulate Matter Concentrations in China
3 指导教师
白开旭 副教授
4 所属一级学科
地理学
读研感言：
2016年9月，我有幸来到太阳贵宾厅求学，回顾过去的七年，我在这里收获了此生中最为宝贵的财富。由衷地感谢我的导师白开旭副教授，其在科研工作上苦心孤诣，深深地影响了我为人处世和治学的态度，将我磨砺成为一名独立坚毅的科研工作者。硕士毕业标志着一个阶段的结束，同时也代表着新的起点。在未来，怀着对学术的热爱，我将以博士生身份继续从事开展科研工作，路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。
02 学位论文信息
1 论文研究背景 / 选题意义 / 研究价值
以大气颗粒物为主的灰霾污染已成为近年来全球广泛关注的环境质量问题，定量监测气溶胶光学厚度（AOD）和颗粒物（PMx，包括PM2.5与PM10）浓度是开展空气质量监管的重要基础。根据监测方式的区别，AOD与PMx浓度数据可通过地基观测、模式模拟和卫星遥感反演手段获取。地基站点可提供精准实测数据，但空间分布稀疏。数值模式可模拟时空连续AOD分布，但分辨率较粗且不确定性大。随着遥感技术发展，利用卫星反演AOD估算PMx浓度，已成为区域灰霾污染监测的重要技术。受云覆盖等因素影响，遥感反演AOD存在大面积数据缺失，制约了区域灰霾污染全方位监测。据此，本研究集成缺失信息重建、多尺度数据融合、机器学习建模等技术，发挥多源数据时空互补优势，生产了我国2000年以来逐日1km时空无缝AOD与PMx浓度格点数据，并分析我国灰霾污染时空趋势及暴露风险。
2 主要研究内容
(1) 发展了顾及AOD日变化特征的经验正交分解重构技术，依托静止卫星逐小时AOD资料重建日间缺失信息。同时，结合模式模拟与地基实测污染物数据，开展星–地–模多源数据融合分析。验证结果表明，融合产品精度质量明显高于卫星反演和模式模拟结果，为利用全覆盖AOD估算PMx浓度提供关键数据支撑。
(2) 围绕时空无缝PM2.5浓度数据生产，对比不同方案的数据质量。结果表明：先融合AOD，再估算PM2.5浓度，最后将其与地基资料融合，为PM2.5无缝制图最佳方案。本研究讨论了将PM2.5浓度观测作为自相关变量加入估算模型的局限，此法可得到较高模型精度，但其分布受权重函数参数设置影响较大。
(3) 依托多源极轨卫星反演、模式模拟、地基观测资料，生产了中国2000年以来逐日1km时空无缝AOD、PMx浓度数据。结果表明，在实现数据时空全覆盖同时，该套数据集具备稳健的质量（AOD精度R=0.91，RMSE=0.2；PM2.5精度R=0.95，RMSE=12μg/m3；PM10精度R=0.94，RMSE=19μg/m3）。
(4) 分析了我国21世纪以来灰霾污染变化趋势和暴露风险。结果显示，灰霾污染变化可分为三个典型期，2000–2007年上升期、2008–2013年峰值期、2014年后为下降期，客观证实了我国近年来的灰霾污染治理成效。
3 主要创新点
(1) 构建了一种用于生产长时序高分辨率时空无缝大气污染物浓度产品的地理大数据集成分析框架。
(2) 发展了基于机器学习的大气污染物浓度数据同化方案，为连续性观测缺失区域的AOD数据重构提供了重要的先验信息。
03 代表性创新成果
Li, K., Bai, K., Ma, M., Guo, J., Li, Z., Wang, G., & Chang, N.-B. (2022). Spatially gap free analysis of aerosol type grids in China: First retrieval via satellite remote sensing and big data analytics. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 193(July), 45–59. (SCI一区)
Li, K., Bai, K., Li, Z., Guo, J., & Chang, N. (2022). Synergistic data fusion of multimodal AOD and air quality data for near real-time full coverage air pollution assessment. Journal of Environmental Management, 302(October 2021), 114121. (SCI一区)
04 导师信息
白开旭 太阳贵宾厅副教授、博士生导师
主要从事遥感大数据智能分析与建模方向的研究工作。2017年入选上海市青年科技英才扬帆人才计划，担任中国环境科学学会环境信息系统与遥感专业委员会委员，SCI期刊Journal of Applied Remote Sensing与Journal of Hydroinformatics副主编。近五年先后主持国家自然科学基金面上项目和青年项目、上海市自然科学基金面上项目等8项科研项目。围绕地理大数据集成分析、卫星遥感影像缺失数据重建、多源卫星遥感数据融合、基于机器学习技术的环境参数获取，先后在RSE，ISPRS，TGRS，ESSD，GRL等遥感和地球科学领域重点刊物上发表SCI论文50余篇，出版英文学术专著1部，申请和授权发明专利6项。
导师评价：
李珂同学刻苦勤奋，在硕士研究生学习阶段，积极参与科研工作并作为骨干先后参与了团队的多个研究项目，具有较强的科研攻关和研究能力。在三年研究生学习生涯中，李珂同学坚守初心，目标坚定，敢于正视困难并努力突破，具有较强的拼搏精神和合作能力。在硕士阶段，围绕大气污染物浓度遥感估算和卫星缺失数据重构等方向开展了创新性研究工作，并发表多篇高质量学术论文，荣获2022年硕士研究生国家奖学金，2023届上海市优秀毕业生，2023年度优秀毕业论文等系列荣誉。博士研究生学习生涯将作为一个新的起点，希望李珂同学不忘初心，赓续地理人“仰望星空，脚踏实地”的优良作风，认真践行“把论文写在祖国大地上”的伟大使命！
