基于卫星遥感和地面观测资料的汾渭平原空气污染分析
发布时间：2021-01-11 22:29
选取中国汾渭平原地区作为研究对象,利用MODIS、OMI和CALIPSO多源卫星遥感资料,同时结合环境监测国控站点污染6要素等逐小时地面环境监测数据以及能见度、霾天气现象记录等地面气象要素资料,综合分析了2013—2018年秋冬季汾渭平原空气质量状况、气溶胶的组分,探讨了卫星遥感气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth,AOD）与地面污染物浓度的关系,并结合中国气象局化学天气预报系统-EMI评估模式（CUACE-EMI）资料对气象条件和污染减排影响进行评估。结果表明:11个代表城市中有6个城市秋冬季有接近或超过一半的时刻处于污染状态,且污染发生时,各代表城市大多数时刻处于中度及其以上污染级别;三门峡、临汾、运城和西安是霾和重度霾高发的城市,其重度霾爆发频率高达11.63%—14.78%;汾渭平原秋冬季首要污染物为PM2.5 和PM10,以污染沙尘、沙漠沙尘和烟尘为主,出现频率分别为36.24%、25.14%和22.96%; MODIS AOD与空气质量指数（Air Quality Index,AQI）、PM2.5<...
【文章来源】：气象与环境学报. 2020,36(04)
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
中国汾渭平原11个代表城市及60个国控站点的地理分布
Angstrom波长指数(AE)是反映大气颗粒物相对尺度大小的参数，其值越小，粒径越大，反之粒径越小[16]。SSA为颗粒的散射系数与消光系数(气溶胶吸收系数和散射系数之和)的比值，能够较好地反映大气气溶胶粒子吸收太阳辐射的强弱。研究表明[17]，当AE>0.75时，为细模态气溶胶;当AE<0.75时，为粗模态气溶胶;当1-SSA<0.07时，表明气溶胶吸收性较弱;当1-SSA>0.07时，表明气溶胶吸收性较强[18]。图2数据点大多数集中在AE>0.75,1-SSA<0.07的区域内，表明汾渭平原秋冬季以吸收性很弱的细模态气溶胶粒子为主。常见的吸收性气溶胶主要包括有机碳、黑碳和沙尘气溶胶，其中有机碳和黑碳气溶胶主要来源于森林火灾、生物质和化石燃料的不完全燃烧等，沙尘气溶胶主要来自沙漠和干旱或半干旱地区的风损蚀以及随风扬起的过程[18]。各年份秋冬季AE年平均值分别为1.39、1.40、1.39、1.35、1.35和1.35,1-SSA年平均值分别为0.03、0.02、0.02、0.02、0.03和0.03，表明后3 a秋冬季气溶胶平均粒径较前3 a同期大，各年份气溶胶粒子吸收能力几乎一样大。为了进一步确定秋冬季中国汾渭平原污染物的种类，利用2013—2018年秋冬季的OMI卫星数据对不同类型气溶胶出现频数进行了统计(图3)。OM I卫星产品中将气溶胶分为烟尘、沙漠沙尘和工业3种类型[19]。汾渭平原秋冬季各代表城市主要以工业型气溶胶为主，出现频率大多为50%以上。临汾、西安、晋中、宝鸡和咸阳沙漠沙尘气溶胶比例较其他城市高，这主要与西安、宝鸡和咸阳多受来自其西北方向的甘肃平凉与庆阳地区的沙尘性污染影响有关，临汾和晋中不仅多受来自西北方向途径关中地区再沿着汾河平原输送到临汾和晋中的沙尘性污染影响，还多受来自内蒙古中西部和河北西北部的沙尘性污染的影响，因此临汾和晋中沙漠沙尘气溶胶比例相对更高。与沙漠沙尘相比，大多代表城市烟尘气溶胶比例更高，这可能与秋冬季农作物秸秆的焚烧及燃煤供暖等有关。为了更加细致的确定汾渭平原秋冬季主要气溶胶类型，也为了清楚不同类型气溶胶在垂直方向上的分布，利用2013—2018年秋冬季的CALIPSO卫星数据对区域(33°—39°N、106°—115°E)内0—10 km各类型气溶胶出现的频次进行了分层统计(图4)。在CALIPSO激光雷达系统中，根据探测到的气溶胶粒子高度、位置、下垫面类型、消光系数、雷达色比等参数可将气溶胶分为洁净海洋气溶胶、洁净大陆气溶胶、沙漠沙尘、污染沙尘、污染大陆气溶胶以及烟尘6种类型。汾渭平原秋冬季0—2 km、2—4 km以污染沙尘、沙漠沙尘和污染大陆气溶胶为主，4—6 km以污染沙尘、沙漠沙尘和洁净大陆气溶胶为主，6—8 km、8—10 km以烟尘、沙漠沙尘和污染沙尘为主。CALIPSO气溶胶分类算法中的污染沙尘是指沙尘与人为污染物或者生物质燃烧气溶胶的混合，研究表明汾渭平原地区的污染沙尘主要是指沙尘与人为污染气溶胶的混合。汾渭平原近地面洁净沙尘和污染沙尘比例较高，这与该地区冬季受沙尘天气影响仍然较为严重有关。雷向杰等[20]利用30 a地面气象观测资料统计了陕西沙尘天气的气候特征，发现陕西沙尘天气冬春两季最多;吴占华等[21]利用43 a地面气象观测资料分析了山西省沙尘天气气候特征，发现春季最多，其次为冬季;Tian等[22]利用2006—2016年CALIPSO气溶胶资料对中国沙漠沙尘和污染沙尘比例做了统计，表明汾渭平原全年污染沙尘和沙漠沙尘比例均较高，分别为50%—70%和30%—50%，而中国华南地区全年污染沙尘和沙漠沙尘比例均较低，这主要与沙尘暴和浮尘较少到达华南地区有关，沙漠广布的新疆地区全年沙漠沙尘比例较高而污染沙尘比例较低。总体来看，汾渭平原秋冬季4 km以下高度主要以污染沙尘、沙漠沙尘和污染大陆气溶胶为主，而6 km高度以上烟尘占绝对主导优势，4—6 km高度之间以污染沙尘、沙漠沙尘和洁净大陆气溶胶为主。
2013—2018年秋冬季中国汾渭平原各类型气溶胶在垂直方向上的分布
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于地基观测的成都彭州气溶胶光学特性研究[J]. 巫俊威,赵胡笳,杨东,魏垚. 气象与环境学报. 2019(02)
[2]基于OMI数据汾渭平原大气SO2时空分布特征分析[J]. 卫玮,王黎娟,靳泽辉,陈鑫,张岳军. 生态环境学报. 2018(12)
[3]汾渭平原雾霾时空变化特征及其溢出效应[J]. 杨乐超,董雪丽,徐波. 环境经济研究. 2018(03)
[4]华北地区气溶胶的季节垂直分布特征及其光学特性[J]. 高星星,陈艳,张镭,张武. 兰州大学学报(自然科学版). 2018(03)
[5]太原市一次重污染天气过程的成因分析[J]. 李义宇,杨鸿儒,王楠,李军霞,姚佳林. 气象与环境学报. 2018(02)
[6]长江三角洲地区大气污染过程分析[J]. 邓发荣,康娜,Kanike Raghavendra Kumar,胡康,蒋永成,于兴娜. 中国环境科学. 2018(02)
[7]环境气象业务数值模式预报效果对比检验[J]. 刘慧,饶晓琴,张恒德,李明,张志刚. 气象与环境学报. 2017(05)
[8]北京地区静稳天气综合指数的初步构建及其在环境气象中的应用[J]. 张恒德,张碧辉,吕梦瑶,安林昌. 气象. 2017(08)
[9]上海地区空气污染变化特征及其气象影响因素[J]. 陈镭,马井会,甄新蓉,曹钰. 气象与环境学报. 2017(03)
[10]2006～2015年中国华北地区气溶胶的垂直分布特征[J]. 高星星,陈艳,张武. 中国环境科学. 2016(08)
本文编号：2971596
【文章来源】：气象与环境学报. 2020,36(04)
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
中国汾渭平原11个代表城市及60个国控站点的地理分布
Angstrom波长指数(AE)是反映大气颗粒物相对尺度大小的参数，其值越小，粒径越大，反之粒径越小[16]。SSA为颗粒的散射系数与消光系数(气溶胶吸收系数和散射系数之和)的比值，能够较好地反映大气气溶胶粒子吸收太阳辐射的强弱。研究表明[17]，当AE>0.75时，为细模态气溶胶;当AE<0.75时，为粗模态气溶胶;当1-SSA<0.07时，表明气溶胶吸收性较弱;当1-SSA>0.07时，表明气溶胶吸收性较强[18]。图2数据点大多数集中在AE>0.75,1-SSA<0.07的区域内，表明汾渭平原秋冬季以吸收性很弱的细模态气溶胶粒子为主。常见的吸收性气溶胶主要包括有机碳、黑碳和沙尘气溶胶，其中有机碳和黑碳气溶胶主要来源于森林火灾、生物质和化石燃料的不完全燃烧等，沙尘气溶胶主要来自沙漠和干旱或半干旱地区的风损蚀以及随风扬起的过程[18]。各年份秋冬季AE年平均值分别为1.39、1.40、1.39、1.35、1.35和1.35,1-SSA年平均值分别为0.03、0.02、0.02、0.02、0.03和0.03，表明后3 a秋冬季气溶胶平均粒径较前3 a同期大，各年份气溶胶粒子吸收能力几乎一样大。为了进一步确定秋冬季中国汾渭平原污染物的种类，利用2013—2018年秋冬季的OMI卫星数据对不同类型气溶胶出现频数进行了统计(图3)。OM I卫星产品中将气溶胶分为烟尘、沙漠沙尘和工业3种类型[19]。汾渭平原秋冬季各代表城市主要以工业型气溶胶为主，出现频率大多为50%以上。临汾、西安、晋中、宝鸡和咸阳沙漠沙尘气溶胶比例较其他城市高，这主要与西安、宝鸡和咸阳多受来自其西北方向的甘肃平凉与庆阳地区的沙尘性污染影响有关，临汾和晋中不仅多受来自西北方向途径关中地区再沿着汾河平原输送到临汾和晋中的沙尘性污染影响，还多受来自内蒙古中西部和河北西北部的沙尘性污染的影响，因此临汾和晋中沙漠沙尘气溶胶比例相对更高。与沙漠沙尘相比，大多代表城市烟尘气溶胶比例更高，这可能与秋冬季农作物秸秆的焚烧及燃煤供暖等有关。为了更加细致的确定汾渭平原秋冬季主要气溶胶类型，也为了清楚不同类型气溶胶在垂直方向上的分布，利用2013—2018年秋冬季的CALIPSO卫星数据对区域(33°—39°N、106°—115°E)内0—10 km各类型气溶胶出现的频次进行了分层统计(图4)。在CALIPSO激光雷达系统中，根据探测到的气溶胶粒子高度、位置、下垫面类型、消光系数、雷达色比等参数可将气溶胶分为洁净海洋气溶胶、洁净大陆气溶胶、沙漠沙尘、污染沙尘、污染大陆气溶胶以及烟尘6种类型。汾渭平原秋冬季0—2 km、2—4 km以污染沙尘、沙漠沙尘和污染大陆气溶胶为主，4—6 km以污染沙尘、沙漠沙尘和洁净大陆气溶胶为主，6—8 km、8—10 km以烟尘、沙漠沙尘和污染沙尘为主。CALIPSO气溶胶分类算法中的污染沙尘是指沙尘与人为污染物或者生物质燃烧气溶胶的混合，研究表明汾渭平原地区的污染沙尘主要是指沙尘与人为污染气溶胶的混合。汾渭平原近地面洁净沙尘和污染沙尘比例较高，这与该地区冬季受沙尘天气影响仍然较为严重有关。雷向杰等[20]利用30 a地面气象观测资料统计了陕西沙尘天气的气候特征，发现陕西沙尘天气冬春两季最多;吴占华等[21]利用43 a地面气象观测资料分析了山西省沙尘天气气候特征，发现春季最多，其次为冬季;Tian等[22]利用2006—2016年CALIPSO气溶胶资料对中国沙漠沙尘和污染沙尘比例做了统计，表明汾渭平原全年污染沙尘和沙漠沙尘比例均较高，分别为50%—70%和30%—50%，而中国华南地区全年污染沙尘和沙漠沙尘比例均较低，这主要与沙尘暴和浮尘较少到达华南地区有关，沙漠广布的新疆地区全年沙漠沙尘比例较高而污染沙尘比例较低。总体来看，汾渭平原秋冬季4 km以下高度主要以污染沙尘、沙漠沙尘和污染大陆气溶胶为主，而6 km高度以上烟尘占绝对主导优势，4—6 km高度之间以污染沙尘、沙漠沙尘和洁净大陆气溶胶为主。
2013—2018年秋冬季中国汾渭平原各类型气溶胶在垂直方向上的分布
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于地基观测的成都彭州气溶胶光学特性研究[J]. 巫俊威,赵胡笳,杨东,魏垚. 气象与环境学报. 2019(02)
[2]基于OMI数据汾渭平原大气SO2时空分布特征分析[J]. 卫玮,王黎娟,靳泽辉,陈鑫,张岳军. 生态环境学报. 2018(12)
[3]汾渭平原雾霾时空变化特征及其溢出效应[J]. 杨乐超,董雪丽,徐波. 环境经济研究. 2018(03)
[4]华北地区气溶胶的季节垂直分布特征及其光学特性[J]. 高星星,陈艳,张镭,张武. 兰州大学学报(自然科学版). 2018(03)
[5]太原市一次重污染天气过程的成因分析[J]. 李义宇,杨鸿儒,王楠,李军霞,姚佳林. 气象与环境学报. 2018(02)
[6]长江三角洲地区大气污染过程分析[J]. 邓发荣,康娜,Kanike Raghavendra Kumar,胡康,蒋永成,于兴娜. 中国环境科学. 2018(02)
[7]环境气象业务数值模式预报效果对比检验[J]. 刘慧,饶晓琴,张恒德,李明,张志刚. 气象与环境学报. 2017(05)
[8]北京地区静稳天气综合指数的初步构建及其在环境气象中的应用[J]. 张恒德,张碧辉,吕梦瑶,安林昌. 气象. 2017(08)
[9]上海地区空气污染变化特征及其气象影响因素[J]. 陈镭,马井会,甄新蓉,曹钰. 气象与环境学报. 2017(03)
[10]2006～2015年中国华北地区气溶胶的垂直分布特征[J]. 高星星,陈艳,张武. 中国环境科学. 2016(08)
本文编号：2971596
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huanjinggongchenglunwen/2971596.html
