卫星遥感中国NO2、SO2和AOD相关性分析

摘要

近年来，我国雾霾等大气污染事件越发频繁。二次气溶胶对我国空气污染影响很大，并且越来越危害到公众健康和经济发展。二氧化氮(NO2)、二氧化硫(SO2)是二次无机气溶胶的2个重要前体物。因此，研究气溶胶和NO2、SO2的关系可以用来反映PM2.5的来源及形成机制。
　　本文利用2005-2014年NASA的“A-train”卫星群的观测结果，研究了我国中东部NO2、SO2和AOD的时空相关关系。包括Aqua、Terra卫星上MODIS测得的AOD，Aura卫星上OMI测得的对流层NO2浓度，SO2浓度。本文分为2大部分:个例和长期统计分析的结果。
　　首先对AOD、NO2、SO2的平均空间分布进行研究，并分析其相关系数。在中国绝大部分地区，AOD与NO2和SO2空间分布存在显著正相关（＞95％信度），说明NO2、SO2通过形成二次气溶胶而显著影响总气溶胶浓度。和空间相关不同，在日尺度上，卫星观测AOD与NO2、SO2的时间相关性一般不相关。严重污染的时候，AOD大不一定NO2、SO2也大。在研究区域内，AOD的逐日变化更多的是有气象条件影响，而不是NO2和SO2。
　　其次，对AOD/NO2、AOD/SO2的线性拟合斜率进行了分析。AOD/NO2、AOD/SO2的线性拟合斜率存在较大地区差别:在黑吉辽、晋鲁豫、川渝黔等城市化程度相对较低的区域，AOD/SO2的斜率显著小于AOD/NO2斜率，表明这些地区气溶胶仍是以硫酸盐性为主、NO2的贡献相对较小。而在京津冀、江浙沪、广东等现代化都市群附近，AOD/NO2、AOD/SO2斜率较为接近，表明这些地区气溶胶是以硫酸盐/硝酸盐混合性为主。卫星观测显示，我国污染颗粒物的化学组成在城乡之间有所不同。
　　然后，分析了AOD/NO2、AOD/SO2的线性拟合斜率的季节变化。AOD/NO2、AOD/SO2的线性拟合斜率存在明显的季节变化，一般是在夏季最大、冬季最小，这一季节变化在我国北部尤为明显，这可能与气温、冬季取暖、春季沙尘等有关;相反，这一相关性和斜率在我国南部季节变率相对较小。近10年来，这两种斜率在各地区基本没有体现出显著的年际变化趋势，但在川渝黔地区，AOD/NO2斜率有微弱的升高趋势。
　　此外，还分析了全国范围内每个格点上NO2、SO2的年际变化趋势。发现全国除广州、台湾外，其他大部分区域NO2基本呈增加趋势。而全国范围内SO2基本呈减少趋势。
　　最后，分析了AOD与NO2、SO2的PDF分布情况，并讨论在不同气象条件、不同季节下的变化。
　　本研究的结果，一方面可以弥补地基观测资料在时空覆盖上的不足，另一方面可以为相应的大气污染模式评估提供参考。通过卫星观测研究，在大的石块范围内，本文结果对我国空气污染的来源和形成机制提供了直接信息。相关的解释和假设需要模式和实验室进行相关研究。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 研究背景

1．2．1 NO2

1．2．2 SO2

1．2．3 AOD

1．2．4 NO2、SO2、AOD的相互关系

1．3 研究内容

第2章 数据和方法

2．1 数据

2．1．1 NO2和SO2

2．1．2 AOD

2．1．3 再分析资料

2．1．4 观测资料

2．1．5 hysplit资料

2．2 分析方法

第3章 东北雾霾事件的个例分析

3．1 气象背景分析

3．2 数据检验

3．3 NO2、SO2及AOD的空间分布

3．4 6个地区NO2和AOD、SO2和AOD的散点图

3．5 空间相关分析

3．6 时间序列及时间相关分析

3．7 6个地区的PDF分布

3．8 污染物的可能来源及原因

第4章 长期统计分析

4．1 NO2、SO2和AOD的长期平均及季节平均

4．2 年际变化趋势及月变化趋势

4．3 全国的年际变化趋势

4．4 长期统计的NO2和AOD、SO2和AOD的散点图

4．5 长期统计的AOD／NO2、AOD／SO2的季节、年际变化

4．6 长期统计的PDF分析

第5章 总结与展望

5．1 本文主要结论

5．2 本文创新点

5．3 展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果