多源卫星遥感研究亚马逊地区甲醛控制因子

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挥发性有机物(VOCs)是大气化学中的重要物质,其可以参与各类光化学反应,产生臭氧(O3)和有机二次气溶胶(SOAs)等,但大尺度观测手段如卫星观测仍然无法实现。甲醛(HCHO)是VOCs氧化中最主要的中间产物,并且它的存在时间较短,通常只有几个小时,故可以用来估计大气中VOCs的含量。VOCs的来源有三类:人类活动相关的人为源排放,动植物相关的自然生物源排放,以及和野外火灾及燃烧有关的火成源排放。亚马逊地区(Amazon)作为全球最大的植被覆盖地区,其HCHO浓度主要受到巨大的植被释放和不断的火灾释放影响。其中植被释放受到环境温度、湿度、光照、CO2浓度等多种作用影响。但是这些气象、植被等因子是否在大尺度上显示出控制HCHO浓度的作用,仍然缺少足够的研究。本文选择了温度、辐射、植被三个生物源因子进行研究,使用了2005年至2010年Aura-OMI HCHO二级数据,Aqua MODIS火灾二级数据,CERES辐射通量三级数据,以及NCEP温度的再分析资料进行研究,并引用了一种使用微波遥感办法反演的微波植被指数(EDVI),它具有高时间分辨率,受云层影响较小,近全天候反演的优点。我们发现,多年平均的HCHO空间分布,与火点空间分布较一致(全地区相关性0.39),尤其是HCHO极大值区与火点密集区对应,显示了火灾释放在空间上对HCHO的控制作用。而去除火灾影响之后,HCHO空间分布与EDVI相关性很高(全地区相关性0.47),显示了在空间上植被释放作用对HCHO浓度的重要影响。从月时间尺度上看,在火灾影响较大区域,火灾释放作用可以极大提高HCHO的浓度,达到无火情时的几倍,而温度和辐射都对HCHO浓度有一定调控作用。而在火灾影响不大的区域内,温度和辐射影响则更加显著。但使用月尺度数据的情况下,HCHO平均浓度受到火灾影响,植被的作用则无法显示(相关性小于0.2)。使用更细时间分辨率(日数据)时,火灾对HCHO浓度显示出显著影响(相关性大于0.8)。而在去除火灾影响的日数据样本后,我们发现,在茂盛植被的森林地区,植被较为稳定,HCHO浓度几乎不受植被指数控制,而主要受到辐射的控制(相关性约0.4);在季节性稀疏植被地区,如东部热带大草原区域,HCHO浓度则同时受到辐射变化的控制(相关性约0.3)和植被变化的显著控制作用(相关性约0.6)。同时我们发现,温度在研究范围区域内都有重要的调节作用(相关性0.2-0.8)。我们选择EDVI和辐射通量的线性关系来计算生物源HCHO浓度,结果与卫星观测匹配较好,总相对误差在20%左右,即在Amazon地区,可以使用植被和辐射两个参量来估计生物源的释放。本研究使用卫星遥感办法,验证了在亚马逊大尺度地区,温度、辐射和植被指数对植被VOCs释放的控制作用,显示了使用多源卫星遥感的办法,对地面植被释放情况进行定量描述的可行性。
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