【摘要】：區(qū)域空氣質(zhì)量的重污染問題是中國(guó)大氣環(huán)境科學(xué)的重要問題,引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。目前,限于理論、觀測(cè)和技術(shù)水平,尚沒有有效的解決方法。本研究依據(jù)天氣型與空氣質(zhì)量的關(guān)系、天氣動(dòng)力學(xué)理論,應(yīng)用地面監(jiān)測(cè)、衛(wèi)星遙感觀測(cè)數(shù)據(jù),利用氣象、軌跡、空氣質(zhì)量模型結(jié)果,分析了中國(guó)各個(gè)區(qū)域NO2、CO、NMVOC等污染物的時(shí)空分布特征,對(duì)中國(guó)中緯度以及中低緯度地區(qū)重污染事件的形成、輸送和清除過程的機(jī)制,提出了衛(wèi)星遙感在重污染預(yù)中的應(yīng)用技術(shù)以及重污染預(yù)測(cè)預(yù)警的方法。本研究應(yīng)用AIRS(Atmospheric InfraRed Sounder)、OMI(Ozone Monitoring Instrument)、SCIAMACHY(SCanning Imaging Absorption Spectro Meterfor Atmospheric CHartographY)和GOME(Global Ozone Monitoring Experiment)-2傳感器觀測(cè)數(shù)據(jù),統(tǒng)計(jì)了中國(guó)NO2、CO以及NMVOC污染較重的地區(qū)和季節(jié)。中國(guó)NO2冬季峰值、夏季谷值的季節(jié)分布特征;各區(qū)域在3、4月份達(dá)到CO污染峰值;NMVOC華中、華北、華東分別在5、6、7月達(dá)到各自NMVOC濃度的峰值。各種污染物的重污染區(qū)域主要集中在華北、華東、四川盆地以及廣州。應(yīng)用空氣污染指數(shù)(API)資料,氣象觀測(cè)資料,基于WRF氣象模式結(jié)合FLEXPART三維拉格朗日粒子擴(kuò)散模式的數(shù)值模擬以不同典型情景為例,研究了中緯度以及中低緯度地區(qū)重污染的積累、輸送以及清除過程的機(jī)制。結(jié)果顯示,污染物在重污染的形成、輸送和清除中顯示以下特征:對(duì)于中緯度地區(qū),移動(dòng)性反氣旋以及鋒面氣旋的交替演變是造成重污染天氣形成以及清除的主要原因,反氣旋的鋒區(qū)、中心以及后部分別對(duì)應(yīng)污染物的局地徘徊積累、偏南風(fēng)輸送以及清除過程;對(duì)于中低緯度地區(qū),滯留變性大陸高壓的配置以及大陸高壓前沿冷空氣活動(dòng)導(dǎo)致重污染的形成和清除,分別對(duì)應(yīng)污染物的本地積累和系統(tǒng)性清除。衛(wèi)星遙感技術(shù)是重污染觀測(cè)、診斷分析以及重污染區(qū)域分析的有力工具。通過將AURA衛(wèi)星的OMI傳感器觀測(cè)的對(duì)流層NO2柱密度的數(shù)據(jù)與中國(guó)華北地區(qū)18個(gè)重點(diǎn)城市NO2的環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)地面觀測(cè)日平均濃度和OMI觀測(cè)數(shù)據(jù)平均值具有時(shí)間同步性,相關(guān)系數(shù)為0.81,證明衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)可準(zhǔn)確反映地面重污染天氣出現(xiàn)的時(shí)間。通過分析天氣形勢(shì)與區(qū)域性大氣NO2污染的環(huán)境重污染過程關(guān)系,給出衛(wèi)星遙感在重污染過程診斷研究中的應(yīng)用方法。利用NO2柱密度與地面風(fēng)場(chǎng)的矢量相關(guān)模型結(jié)合,計(jì)算了NO2污染區(qū)及華北6城市污染濃度與周邊相關(guān)矢量場(chǎng)和最高頻率風(fēng)場(chǎng),結(jié)果顯示,利用衛(wèi)星遙感提供的高分辨污染物濃度數(shù)據(jù)與矢量相關(guān)模型結(jié)合能夠解釋區(qū)域重污染成因進(jìn)行解釋并進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。利用API、溫度、氣壓等氣象和濃度監(jiān)測(cè)資料,以北京2002年4月為例研究了天氣型和混合層高度在反氣旋環(huán)境過程各個(gè)階段與PM10的定量關(guān)系,發(fā)現(xiàn)單位時(shí)間內(nèi)氣壓變化量同PM10濃度與混合層高度的乘積成線性關(guān)系。根據(jù)反氣旋各階段回歸方程的斜率和傳輸機(jī)制,提出了清除率、累積率和輸送率的概念和計(jì)算方法,對(duì)污染潛勢(shì)預(yù)報(bào)和環(huán)境規(guī)劃管理有一定的參考意義。上述研究結(jié)果不僅為今后大氣環(huán)境重污染形成機(jī)制的進(jìn)一步研究打下了良好的基礎(chǔ),對(duì)于區(qū)域重污染防治也有重要指導(dǎo)作用。
【圖文】：

圖 4-9 NO2污染源 12.1（左）和 OMI 觀測(cè)柱密度 12.2（右）面積百分比洛侖茲曲線(污染源:2006 年，NO2柱密度 2007 年 2 月)Figure 4-9 Lorenz curves of NO2pollution sources 12.1(left) and OMI observations columndensity area percentage12.2 (right) (pollution source: 2006, NO2column density in February2007)4.2.3 衛(wèi)星遙感對(duì)重污染區(qū)域動(dòng)力解釋應(yīng)用本文采用矢量相關(guān)模型對(duì) NO2濃度分布和地面風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)場(chǎng)分析，提出利用衛(wèi)星遙感觀測(cè)高分辨率的特點(diǎn)進(jìn)行重污染區(qū)域預(yù)測(cè)的方法。[152,153]。圖 1是利用 micaps 觀測(cè)的地面風(fēng)速、風(fēng)向及 OMI 觀測(cè)對(duì)流層 NO2柱密度計(jì)算的矢量相關(guān)場(chǎng)，其中矢量長(zhǎng)度表示相關(guān)系數(shù)的大小，矢量的方向表示污染物的匯聚通道其計(jì)算公式如下：（4-1）（4-2）

第 4 章衛(wèi)星遙感在區(qū)域重污染診斷以及動(dòng)力解釋中的應(yīng)用圖 4-10 顯示，在太行山東麓、燕山南麓、汾河河谷、沂蒙山北麓均量的匯聚現(xiàn)象。對(duì)比可知，污染物的匯聚與矢量相關(guān)場(chǎng)有明顯的形和地面風(fēng)場(chǎng)相互作用是形成矢量匯聚的主要原因；圖中顯示，，太污染物主要來自東南方向。圖 4-11 顯示了 2007 年 2 月華北地區(qū)最 NO2月平均柱密度值，由圖可知，2007 年 2 月風(fēng)場(chǎng)主要匯聚于石濟(jì)南以東，鄭州西北、太原等山前地區(qū)，匯聚區(qū)域的 NO2柱密度地區(qū)，其結(jié)果與矢量相關(guān)模型計(jì)算所得結(jié)論一致。由此可見，利用結(jié)果結(jié)合矢量相關(guān)模型可對(duì)區(qū)域內(nèi)重污染高發(fā)地區(qū)進(jìn)行解釋與預(yù)
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：X87;X51

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本文編號(hào)：2639723