基于MODIS数据的环渤海地区气溶胶时空分布及其影响因素分析

摘要

本文利用2000年-2015年环渤海地区MODIS气溶胶光学厚度和细粒子比数据，分析环渤海地区的AOD（Aerosol Optical Depth，AOD）和FMF（Fraction of AOD contributed by fine dominated model，FMF）的空间分布及时间变化特征，对空间分布图处理得到变化率图，并利用AOD-FMF的数值关系，对环渤海地区气溶胶类型进行了划分，根据类型得到典型城市的AOD数据，最后结合人口、GDP、DEM、典型城市站点的气象数据、空气质量指数数据、植被指数数据进行影响因素分析，分析气溶胶分布特征的原因。
　　环渤海地区气溶胶光学厚度和细粒子比的时空分布特征如下：
　　（1）环渤海地区的AOD高值区分布在北京、天津、山东西南部和河北东南部等人口相对密集和经济较为发达的地区，高值可达到1.2以上，河北北部地区AOD值最低，低至0.2以下。整体的AOD水平呈现中、南部高北部低的特点。对比环渤海地区地势图可以看出，二者呈现负相关。
　　（2）从各个季节的AOD看出，山东西南部和河北南部部分城市在全年内都处于气溶胶高值区，而河北北部部分城市在全年内都处于气溶胶低值区，在山东半岛和辽宁半岛地区AOD值经历了由春到夏逐渐增大，秋冬减少的过程，季节变化明显。环渤海地区的AOD值在夏季最高，在冬季最低，春秋两季数值大体一致。各季节的AOD值与AQI值正相关。
　　（3）环渤海地区气溶胶AOD的年际变化在2000-2015年间，具有很弱的上升趋势，变化斜率为0.084/10a，判定系数为0.642。而全区空间上的变化斜率值数值范围在-0.0374-0.0325之间，有负值有正值，总体来说，大致表现为环渤海南部地区呈现增长，北部地区呈现减少趋势。从全区各季节的AOD值年际变化趋势来看，春季的AOD值有个很弱的下降趋势；夏季在2000-2011年处于上升趋势，在2011-2015年处于下降趋势；秋季的AOD值处于近乎不变趋势；冬季在2000-2012年波动上升。四个季节在数值上夏季最高，春秋两季次之，冬季最低。环渤海地区气溶胶数据一年内呈现双峰双谷型，在2、7月份达到峰值，在5、12月份达到谷值，最大值在7月，最小值在12月。
　　（4）环渤海地区FMF的时空分布与AOD具有一定的负相关。在空间分布上，环渤海地区的FMF值范围在0.1-1.0之间，低值区分布在山东西北部和河北东南部等人口相对密集和经济较为发达的地区，高值区在河北北部、太行山一线以及辽宁省东部，高值区数值可达到低值区的4倍以上。整体的FMF水平呈现中、南部低，西北部高的特点。环渤海地区的FMF值四季均值与AOD呈现负相关，全区的FMF年均值在2000年-2015年间没有明显变化，呈现微弱的上升趋势，斜率为0.02/10a；而全区FMF在空间上的变化斜率值数值范围在-0.475-0.359/10a之间，表明整个区域变化不大，有负值有正值，增减趋势与AOD相似，表明AOD与FMF的变化情况是有正相关关系的。
　　根据气溶胶AOD数据与地形地势数据、气象资料数据、空气污染指数数据、人口数据、GDP数据和植被指数数据进行分析，结论如下：
　　（1）不同类型气溶胶的AOD值与对应的气象要素数据相关性一致，大致规律为：AOD与气压、风速呈现负相关，与气温、相对湿度、降水量呈现正相关。继续进行分析发现，整体上各类型各个季节的气象因素的关联度水平是相对湿度最大，风速次之，降水量再次，风向最小。
　　（2）根据典型城市的AOD与空气质量指数进行相关分析，发现春夏季节的相关性较高，秋冬季节的相关性相对较低，由此说明空气质量指数与AOD数据呈现一定的相关性。
　　（3）环渤海地区AOD与植被指数进行定性分析，呈现负相关。
　　（4）环渤海地区AOD与人口数量、地区生产总值进行定性分析，呈现正相关。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究进展

1.3 研究内容与技术路线

第2章 研究区概况与研究方法

2.1 研究区概况

2.2 数据来源与研究方法

第3章 气溶胶时空分布特征

3.1 AOD的时空分布特征

3.2 FMF的时空分布特征

3.3 气溶胶类型及其分布特征

3.4 本章小结

第4章 气溶胶影响因素分析

4.1 气象因素

4.2 空气污染因素

4.3 下垫面因素

4.4 人口、经济因素

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 展望

参考文献

在读期间发表的论文及研究成果

致谢