2. 环境监测时空数据来源与获取
制作一张可信的环境热力图，第一步不是画图，而是把“数据从哪来、怎么拿到、拿到后长什么样”搞清楚。环境监测时空数据本质上是带地理位置和时间戳的观测值，其来源可分为地面固定站点、移动/手工采样、气象业务数据和遥感反演四大类。不同来源的数据在空间密度、时间频率、精度和获取方式上差异很大，直接决定了后续热力图能表达多细的空间格局。
一、空气质量监测站数据
空气质量数据主要来自国控站、省控站及地方微型站。国控站按《环境空气质量标准》（GB 3095—2012）监测 SO₂、NO₂、PM₁₀、PM₂.₅、CO、O₃ 六项污染物，通常每小时上传一次小时均值。获取渠道有三类：一是生态环境部门公开平台（如全国城市空气质量实时发布平台）提供的网页查询与数据下载；二是各省生态环境厅数据开放目录中的 CSV/Excel 文件；三是通过正规接口申请获取的 API 数据流。
以某市 6 个国控站某日 08:00 的 PM₂.₅ 小时数据为例（示例数据，非实测）：
| 站点编号 | 经度 | 纬度 | PM₂.₅ (μg/m³) | 时间 |
|---|---|---|---|---|
| A3401 | 117.21 | 31.86 | 42 | 2024-03-12 08:00 |
| A3402 | 117.28 | 31.82 | 58 | 2024-03-12 08:00 |
| A3403 | 117.15 | 31.90 | 35 | 2024-03-12 08:00 |
整理时要注意三点：站点经纬度必须与监测值一一对应，坐标系需统一（常用 WGS84 或 CGCS2000）；时间字段统一为本地时间并注明时区；缺失值用空值而非 0 填充，否则热力图会出现虚假的“清洁区”。
二、水质监测数据
水质数据分为自动站连续监测和手工采样监测。地表水自动站一般监测 pH、溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总磷等指标，每 4 小时或每小时一组数据；手工监测则按断面、按季度或月度采样，数据量小但指标全。获取途径包括国家地表水水质自动监测实时数据发布系统、流域管理机构年报以及地方环境监测中心提供的监测报告。
水质数据的空间对象是“断面”而非“点站”，一个断面往往代表一段河段，因此做热力图时通常以断面坐标为节点，配合河网线要素做沿岸插值，而不是简单做全域面插值。此外，水质指标量纲差异大（pH 无量纲、氨氮为 mg/L），绘图前需明确是分指标单独成图还是做综合污染指数。
三、气象数据
气象数据是环境热力图的重要协变量。常用要素包括气温、风速风向、相对湿度、气压、降水。来源有中国气象数据网的国家站日值/小时值数据集、地方气象局共享数据，以及再分析资料（如 ERA5，空间分辨率约 0.25°）。气象站空间密度远低于空气质量站，通常需要先做空间插值再与污染数据叠加分析。
风向数据要特别注意：它是来向而非去向，16 方位需转换为角度（北风=0°/360°，东风=90°），转换错误会导致污染玫瑰图方向整体反转。
四、遥感数据
遥感提供面状连续观测，弥补地面站点稀疏的不足。常用产品包括 MODIS/AOD 气溶胶光学厚度、TROPOMI 的 NO₂ 柱浓度、Landsat/Sentinel-2 的地表参数，以及基于 AOD 反演的 PM₂.₅ 格点产品。获取渠道有 NASA Earthdata、Copernicus Open Access Hub、地理空间数据云等。
遥感数据获取的关键处理环节是：按研究区裁剪 → 投影转换到统一坐标系 → 云掩膜与质量控制（如 MODIS 的 QA 波段）→ 重采样到统一格网（如 1 km）。未经云掩膜的影像会把云顶误判为高值区，是初学者最常见的错误。
五、数据获取的实操要点
无论哪类来源，获取后都应先做一次“数据体检”，再进入热力图制作。建议按以下顺序检查：
- 空间完整性：站点/断面/格网是否覆盖研究区，边缘是否存在大片空白。若站点过稀，需在方法上说明插值的不确定性。
- 时间连续性：统计每个站点的小时/日缺失率，缺失率超过 20% 的时段不宜直接参与日均值计算。
- 量纲与单位：CO 常以 mg/m³ 计，其余污染物多为 μg/m³，混用会导致色阶失真。
- 异常值识别：如 PM₂.₅ 出现负值或超过 1000 μg/m³，多为仪器故障或标定问题，应标记而非直接删除。
把上述四类数据整理成结构统一的表后，就得到了热力图制作的原料：每条记录至少包含“经度、纬度（或格网行列号）、时间、指标值”四个字段。下一阶段的空间插值、色阶设计与时间动画，都建立在这份规范数据之上。