【摘要】：大氣污染不僅帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失與人體健康威脅,亦會影響陸-氣界面水分、能量等的輸送與交換,對氣候變化產(chǎn)生一定影響,已引起國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。長江三角洲地區(qū)(簡稱長三角地區(qū))是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展最快的地區(qū)之一,其快速城市化的發(fā)展進(jìn)程在部分時段內(nèi)伴隨著區(qū)域空氣質(zhì)量下降等問題,已成為我國四大霾天氣頻發(fā)和危害較嚴(yán)重的地區(qū)之一。因此,明確長三角地區(qū)主要大氣污染物時空分異特征,研究其對自然條件和城市化發(fā)展的響應(yīng),開展重污染時段的成因與模擬分析,對于區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論和現(xiàn)實意義。本文基于環(huán)境空氣質(zhì)量地面監(jiān)測、社會經(jīng)濟(jì)和衛(wèi)星遙感等多源數(shù)據(jù)資料,系統(tǒng)分析了我國長三角地區(qū)空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)及主要大氣污染物(SO_2、NO_2、CO、PM_(2.5)、PM_(10)、O_3)濃度的時間變化趨勢、空間分異特征及其對城市化發(fā)展的響應(yīng)。在此基礎(chǔ)上,通過開展長三角地區(qū)典型重污染事件的識別和分析,探討了氣象因素和區(qū)域傳輸對重污染過程的影響。最后,本文評估了應(yīng)用同步衛(wèi)星-地球靜止海洋水色傳感器(GOCI)定量觀測大氣重污染事件的可行性。通過構(gòu)建以線性混合效應(yīng)模型(LME)和廣義相加模型(GAM)為主體的三階時空統(tǒng)計模型模擬重污染過程小時尺度的PM_(2.5)時空變化特征,解析典型重污染過程對氣象條件和人類活動的響應(yīng)。本文的主要結(jié)論如下:(1)環(huán)境空氣質(zhì)量地面觀測資料表明,2015年長三角地區(qū)AQI平均值為79,主要大氣污染物為PM_(2.5)、PM_(10)和O_3。AQI和SO_2、NO_2、CO、PM_(2.5)、PM_(10)污染物濃度呈現(xiàn)冬春高、秋夏低的特征,而O_3濃度則表現(xiàn)出相反趨勢。長三角南部的空氣質(zhì)量普遍優(yōu)于北部地區(qū),AQI最低值(46)出現(xiàn)在浙江省舟山市,最高值(101)出現(xiàn)在江蘇省徐州市。衛(wèi)星遙感觀測資料和Manner-Kendall(M-K)非參數(shù)檢驗結(jié)果顯示,1998~2015年長三角75%的地區(qū)呈現(xiàn)PM_(2.5)濃度顯著上升的趨勢,以江蘇北部最為明顯,而浙江南部山區(qū)多年P(guān)M_(2.5)濃度相對穩(wěn)定。(2)城市形態(tài)指標(biāo)對長三角地區(qū)主要大氣污染物濃度的空間分異影響顯著。區(qū)域空氣質(zhì)量與平均周長面積比(PARA_MN)、歐式距離均值(ENN_MN)、城市斑塊面積(CA)和城市斑塊數(shù)量(NP)顯著相關(guān),這說明長三角地區(qū)城市形態(tài)主要通過城市斑塊的大小、數(shù)量和形狀多樣性來影響空氣質(zhì)量。通過設(shè)置不同緩沖區(qū)距離(1~30 km)分析下墊面土地利用類型對空氣質(zhì)量的影響結(jié)果表明,當(dāng)緩沖距離為25 km時,空氣質(zhì)量與林地覆蓋率的相關(guān)性最高,增加或保留林地面積將有助于減少大氣污染物。1998~2015年長三角地區(qū)快速城市化進(jìn)程中,城市人口、第二產(chǎn)業(yè)占GDP的比重、建設(shè)用地面積、道路鋪設(shè)總面積、高等學(xué)校在校學(xué)生數(shù)和社會消費品零售總額與PM_(2.5)濃度呈正相關(guān),而第三產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員比重、第一產(chǎn)業(yè)占GDP的比重、林地面積、醫(yī)院/衛(wèi)生院床位數(shù)與PM_(2.5)濃度呈負(fù)相關(guān)。LME時空統(tǒng)計模型可較好地模擬城市化發(fā)展對區(qū)域顆粒物水平的影響(R~2=0.87,slope=0.88)。(3)環(huán)境空氣質(zhì)量地面觀測資料表明,2015年長三角地區(qū)環(huán)境空氣重污染頻率為2.01%,主要污染物為PM_(2.5)。其中,94.5%大氣重污染過程分布在1~3月以及10~12月,以1月和12月最為頻繁。重污染天氣出現(xiàn)頻數(shù)總體上呈北高南低的特征,江蘇省的徐州和常州市最高。2015年長三角地區(qū)發(fā)生三次典型冬季重污染事件,重污染過程中主要為西北風(fēng)向,并且天氣形勢較為靜穩(wěn),風(fēng)速較小、濕度較高以及逆溫層形成導(dǎo)致污染物積累且不易擴散。同時,污染物輸送也是形成長三角地區(qū)重污染格局特征的重要影響因素。(4)本文基于GOCI AOD和氣溶膠精細(xì)模式分?jǐn)?shù)(FMF)數(shù)據(jù),同期PM_(2.5)地面監(jiān)測數(shù)據(jù)、氣象資料和土地利用等信息,通過構(gòu)建三階時空統(tǒng)計模型模擬2015~2017年長三角地區(qū)冬季小時尺度的PM_(2.5)濃度時空分布,解析典型重污染事件的大氣污染逐小時變化過程及其對氣象條件和人類活動的響應(yīng)。研究結(jié)果表明,經(jīng)十乘交叉驗證后的時空統(tǒng)計模型CV R~2為0.72。進(jìn)一步分析表明2016年2月春節(jié)期間發(fā)生的瞬時重污染事件,主要由人為排放引起;而2015年12月冬季持續(xù)發(fā)生的重污染事件則主要由不利的氣象條件所致。因此,在采樣頻率較高的情況下,GOCI AOD可以作為分析大氣重污染事件的新數(shù)據(jù)源。
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X51
【圖文】：

本研究技術(shù)路線

圖 2-1 研究區(qū)域Fig. 2-1. The location of the Yangtze River Delta (YRD) in China2.2 研究數(shù)據(jù)與處理本文的數(shù)據(jù)源主要包括站點尺度（空氣質(zhì)量指數(shù)）和區(qū)域尺度（衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)）的大氣污染數(shù)據(jù)，氣象因素，土地利用信息和社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計數(shù)據(jù)。其中，基于同步衛(wèi)星 GOCI 的氣溶膠光學(xué)厚度（AOD）等遙感產(chǎn)品由合作團(tuán)隊韓國延世大學(xué)大氣科學(xué)系研究團(tuán)隊提供，其他數(shù)據(jù)均來自于官方公開公布的相關(guān)資料與網(wǎng)站。表 2-1 對這些數(shù)據(jù)及其來源進(jìn)行了簡單的描述和總結(jié)。表 2-1 數(shù)據(jù)來源Table 2-1 Data sources類別 數(shù)據(jù)名稱 數(shù)據(jù)描述 年份 數(shù)據(jù)來源AQI 包 括空 氣質(zhì) 量指 數(shù)2015 全國空氣質(zhì)量實時發(fā)布平臺(http://106.37.208.233:20035/)

華東師范大學(xué)博士學(xué)位論文2.2.5 數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)本文的 30m 數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)來源于全球數(shù)字高程模型（GDEM）2.0 版（https://gdex.cr.usgs.gov/gdex/），同樣用于 PM2.5模型模擬（如圖 2-3）。GDEM 數(shù)據(jù)集是基于 NASA 新一代對地觀測衛(wèi)星 Terra 的觀測結(jié)果制作完成，覆蓋 83°S~83°N 之間的所有陸地區(qū)域，是目前覆蓋最廣的高精度全球高程數(shù)據(jù)，其全球空間分辨率約為 30m。GDEM2.0 版本數(shù)據(jù)采用了一種先進(jìn)的算法對 GDEM1.0 版本影像進(jìn)行了改進(jìn)，提高了數(shù)據(jù)的空間分辨率精度和高程精度。

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本文編號：2797293