Spectral, spatial, and temporal sensitivity of correlating MODIS aerosol optical depth with ground-based fine particulate matter (PM2.5) across southern Ontario

This paper evaluates the sensitivity of the aerosol optical depth (AOD) measurements derived from the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) at wavelengths of 0.47, 0.55, and 0.66 mm from both the Terra and Aqua satellites for the estimation of ground-level concentrations of fine particulate matter (PM2.5) in southern Ontario, Canada. The correlation between MODIS AOD and ground-based PM2.5 measurements is compared at different seasons and spatial aggregation levels. The results showed that the MODIS AOD data acquired in early afternoon (from Aqua) seem to have slightly higher agreement with the ground-based measurement of PM2.5 than the late morning Terra data. Moreover, MODIS AOD at 0.47 mm from both satellites had the highest correlation with ground-level PM2.5. More detailed examination suggested that the correlation was stronger in the spring and summer and weaker in the fall and winter. Aqua MODIS AOD appeared to have a better correlation with the average ground-based PM2.5 concentration over 1–3 h than with daily PM2.5. MODIS AOD values aggregated over 3 6 3 pixel groups correlate slightly better with PM2.5 than with the original single centre pixel values. Résumé. Dans cet article, on évalue la sensibilité des mesures de l’épaisseur optique des aérosols (AOD) dérivées du capteur MODIS (« Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer ») dans les longueurs d’onde de 0,47 mm, 0,55 mm et 0,66 mm des satellites Terra et Aqua pour l’estimation de la concentration au niveau du sol des particules fines (P2,5) dans le sud de l’Ontario, au Canada. Les corrélations entre l’AOD de MODIS et les mesures au sol de P2,5 sont comparées à différentes saisons et pour différents niveaux d’agrégation spatiale. Les résultats ont démontré que les données d’AOD de MODIS acquises tôt en après-midi (à partir d’Aqua) semblent afficher une corrélation légèrement plus grande avec la mesure au sol de P2,5 que les données acquises en fin d’avant-midi par Terra. En outre, l’AOD de MODIS à 0,47 mm, dans le cas des deux satellites, était meilleure dans la corrélation globale par rapport aux mesures de P2,5 au niveau du sol. Un examen plus détaillé a suggéré que la corrélation était plus forte au printemps et en été et plus faible à l’automne et en hiver. L’AOD de MODIS acquise par Aqua semblait avoir une meilleure corrélation avec la concentration moyenne de P2,5 au sol sur 1– 3 heures que la mesure journalière de P2,5. Les valeurs d’AOD de MODIS agrégées par rapport à des groupes de pixels de 3 6 3 donnent une corrélation légèrement supérieure avec les valeurs de P2,5 par comparaison avec les valeurs originales des pixels à centre unique. [Traduit par la Rédaction]