基于多源遥感的四川省霾天气的气溶胶特性及驱动力研究

发布时间：2020-09-24 17:50

　　近年来我国四川省雾霾天气频繁发生,空气质量下降严重,大气污染问题已成为公众关注的热点,而大气气溶胶光学厚度的分布能反映区域大气污染程度,因此开展气溶胶光学厚度的时空分布研究对区域污染状况分析很有意义。本文利用CALIPSO和MODIS数据产品,分析四川气溶胶光学厚度在2005-2015年期间的时空分布特征,综合考虑自然和人为两方面,从空间尺度上进行四川省气溶胶光学厚度的驱动力定量研究,并对气溶胶的垂直分布特征进行系统的研究,并利用气象分析了四川各州市霾污染过程的时间分布规律;进一步分析2014年初成都重度霾污染事件这一个例;通过霾污染过程的天气形势以及地面颗粒物浓度的演变趋势,分析霾污染的成因。通过以上分析,得出如下结论:(1)通过四川省2005-2015年近11年气溶胶光学厚度变化走势可以看出:川西地区AOD年均值随年份增长变化不大,一直稳定在0.1以下;川中地区AOD年均值与四川整体变化相似,2011年前持续稳定波动,2011年后开始呈逐年下降趋势;川东地区AOD年均值波动较为明显,2011年达到最高值0.5,随后下降明显。季节变化中,川东地区冬季AOD值最高,川中与川西地区春季AOD值最高,在逐月变化中,更是体现为1月、2月和12月AOD变化最为剧烈。(2)MODIS反演的气溶胶光学厚度的时空分布特征具体表现为四川地区气溶胶光学厚度分布受地形影响较大,川东与川西地区气溶胶光学厚度差别显著,气溶胶光学厚度高值区位于川东盆地地区,低值区位于川西高原地区。在时间尺度上,显著地呈现季节变化规律:冬季最高,春秋季次之,夏季最低。(3)川东地区规则气溶胶较多,其中85%气溶胶粒子体积退偏比在50%以下。近地层不规则的粗粒子出现频率较多,2-4km高度层大多为球形细粒子,高层为较规则的中型粒子。川中地区90%的气溶胶粒子体积退偏比在60%以下,规则气溶胶分布频率高于川东盆地,气溶胶粗粒子多分布于近地层,6km以上高度层细粒子占比较多。川西地区超过95%的气溶胶粒子体积退偏比小于40%,粒子色比值总体介于0.1-1.0范围内,表明川西地区气溶胶多为为球形或近球形的细粒子,近地面的气溶胶大粒子数量多于高空,而高层分布的气溶胶几乎都是小粒子。(4)2014-2017年期间,川东盆地霾天气天数远远多于川西高原及川中丘陵,以成都、自贡、德阳和泸州四市最为突出。分析显示川东各市霾日逐月变化均呈峰谷型分布。全年霾日大部分聚集在冬春两季,夏季霾日出现频率最少,其中冬季霾日发生占到全年霾日的90%以上,而夏季霾日发生频率极低,霾污染影响小。(5)霾发生过程时,AQI、PM2.5浓度、PM10浓度都相当高,区域相对湿度较高,风速较小。CALIPSO卫星观测霾污染过程气溶胶垂直特性表现为:5km以下近地面范围内具有较强的后向散射强度,局部地区后向散射系数接近2~(-3)km~(-1)sr~(-1),随着高度的上升后向散射强度降低;体积退偏比集中于0.2-0.8之间,气溶胶尺度较为规则;色比集中于0.2-0.6之间,多为体积小、规则的气溶胶粒子,而体积较大的气溶胶粒子集中在近地层。(6)四川省气溶胶光学厚度的时空演变特征是人和自然共同作用的结果。区域尺度上,GDP在气溶胶光学厚度变化中的贡献居首要地位,是区域AOD值呈增长变化的主导因素。降水是影响气溶胶光学厚度变化的另一主要驱动力,且其与气溶胶光学厚度呈负相关关系。NDVI与气溶胶光学厚度呈负相关关系。像元尺度上,驱动力因子的空间分异性是导致气溶胶光学厚度空间分异的原因,表现为川东地区气溶胶光学厚度受人为因素和地表因素两方面影响,川中和川西地区气溶胶光学厚度主要受气象因素和地表因素影响。
【学位单位】：成都信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X513;X87
【部分图文】：

人口分布,四川省,地理位置,概况

成都信息工程大学硕士学位论文第二章研究区概况与数据处理概况于中国西南部长江上游地区，川内地形复杂多变，北接青海东南临近重庆，南面云南、贵州二省接壤、西部连接西藏，位°31 分和北纬 26°03'-34°19'之间，是东西民族交融、南北过渡幅员辽阔、自然资源丰富、人口分布密集、多民族聚居的内为 48.5 万平方公里，位居中国第 5 大省，共有 21 个地州市（）、181 个县市[46]，如图 2-1 所示。

变化走势,四川,川中丘陵,均值分布

川中丘陵和川西高原三大区域与整体对比分析。3.1.1 四川省气溶胶光学厚度年尺度变化特征分析图3-1给出了四川地区2005-2015年的AOD年均值的长时间序列变化图。可以看出，除2014和2015年川东盆地AOD稍有不同外，四川各区域AOD变化趋势比较吻合。总体上，四川AOD均值分布在0.22-0.35间，川东盆地AOD均值分布于0.36-0.51间，比总体偏高约0.15，川中丘陵AOD均值较为均匀的分布在0.14-0.24间，同总体变化趋势基本相同，川西高原AOD均值随时间变化不明显

走势图,四川省,季节变化

(c)川中 (d)川西图 3-2 四川省及各地貌 AOD 季节变化走势图3.1.3 四川省气溶胶光学厚度月尺度变化特征分析由图3-3可以看出，四川地区近十年气溶胶光学厚度随月份的变化波动较大，整体体现为春冬高，夏秋低的分布状况，表现出明显的季节性分布差异，并受地形区位影响，不同月份在各个区域又保持着不同程度的差异变化，具体表现为：1 月，川东地区 AOD 值表现最为突出，2011 年前保持较为稳定的增长态势，并于当年达到 0.98 的最高值，同比增长达 75%，随后 3 年呈现连年下滑的现象，以每年超过 24%的降幅至 2014 年下降到 0.28 的谷底。川中地区 1 月 AOD 值随年份变化呈现周期性变化特征，基本保持先增长后下降再增长的规律，并一直稳定在 0.14-0.25 这一区间内。川西高原 AOD 值常年位于 0.1 以下，且基本不受年份变化的影响。四川整体 AOD 值随年份变化主要受川东和川中地区变化的影响，且受川东地区 AOD 值变化影响最为明显，除 2013 年外，其余各年变化均与川东地区保持同步增减，相应的四川整体也于 2011 年达到了 0.48 的峰值；2 月，川东地区 AOD 值随年份变化主要表现为先下降后减少的趋势，除 2009

【参考文献】