基于OMI数据中国区域痕量气体时空分布特征及其影响因素研究

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痕量气体是大气重要的组分,包括一氧化碳(CO)、NOx、SO2、O3、CH4、氨气(NH3)、H2S、卤化物等,浓度都低于1ppmv。痕量气体组分部分由自然释放,但大量是由于人为活动排放的,这些气体在空气中受物理化学反应、生物过程的相互作用影响,或直接参与其中,影响到整个大气环境并且对全球生态安全构成危害。酸雨、温室效应、光化学烟雾以及臭氧层空洞大气灾害的发生等都直接或间接与这些痕量气体相关。  利用OMI传感器监测的中国区域2005-2013年SO2大气边界层(Planetary Boundary Layer)、对流层NO2柱浓度和O3总柱浓度的二级产品(OMSO2G、OMNO2G、OMTO3G)数据,通过GIS方法对产品数据进行处理后,研究其空间分布特征,月、季节、年的时间变化特点以及相关影响因素,并结合HYSPLIT气流后向轨迹模型模拟了2014年北京地区APEC前后的大气污染输送通道。研究结果如下:  1)中国地区大气边界层SO2垂直柱浓度的空间分布差异显著且空间分布极不平衡,高值区分布于东部地区,四川盆地SO2垂直柱浓度也较高,西部等其他地区为低值区。2005—2013年间,全国SO2污染减轻,高浓度SO2污染区域小。在此期间,中国区域大气边界层SO2柱浓度呈现冬季>秋季>春季>夏季的趋势。具体为乌鲁木齐地区SO2年平均柱浓度有增加趋势,由2005年平均柱浓度为0.56DU增长到2012年的0.92DU,平均每年增加9.4%,可归结为人口的增长和城市化、工业化带来的大量化石燃料的消耗两种因素;京津冀地区大气边界层SO2垂直柱浓度年平均值为1.02DU,并且季平均最大值出现在冬季,冬季采暖期的SO2浓度高于非采暖期;而四川盆地地区SO2垂直柱浓度呈现下降的趋势,由2005年的1.01DU下降到2012年的0.79DU,且表现出明显的季节性规律性差异:冬季>秋季>春季>夏季,这种季节性差异的原因是受夏季大气逆温现象频繁,雨水多和强烈太阳辐射影响;珠江三角洲地区属于亚热带季风气候区,均值稳定在0.42DU左右。  2)中国对流层NO2空间分布极不平衡,但年际间各地区变化不显著。整体上空间分布与SO2一致,高浓度NO2柱浓度集中于渤海湾至长江三角洲一带,低浓度集中于西南青藏高原地区。2005-2013年间,中国东部地区对流层NO2垂直柱浓度冬季最高,秋季与春季次之,夏季最低;中国西部地区最高值则出现在夏季,春季与秋季次之,冬季最低。华东、华南与西南三个自然区NO2垂直柱浓度月均值为华东区较最高,华南区次之,西南区最小。在华东地区NO2月均值呈明显的季节性变化特征,月均值呈线性(y=0.031x+5.877)上升趋势。西南区NO2垂直柱浓度月均值没有明显变化,月均值为1.01×1015mol/m2。华南地区对流层NO2垂直柱浓度呈正弦曲线变化,在每年冬季时出现最大值,夏季出现最小值,主要受海洋季风气候的影响。  3)中国区域臭氧空间分布与纬度带相关,同一纬度带上各自然区臭氧年变化基本一致,而不同纬度带的区域臭氧年变化有明显的差异。中国东部地区年平均臭氧浓度高于西部地区,年均值由低纬至高纬依次增大。青藏高原地区臭氧是一个低值中心,其比周围偏低,中国区域整体的纬度地带性差异在此消失,其主要原因是臭氧前体物破坏了臭氧层,太阳辐射和地形因素造成的大气环流消减了臭氧总量。该地臭氧总量年平均呈线性下降的趋势(y=-0.0012x+303.5)且有明显的周期性曲线变化,回归周期为12个月且季节性变化较大。  4)利用HYSPLIT模型模拟了APEC前后北京地区大气污染输送通道,结果表明京津冀地区APEC前污染物主要来自于秦皇岛、唐山及天津,APEC期间主要来自于远距离的俄罗斯及外蒙,APEC后主要来自于山西太原及河北省西南的石家庄周边地区。说明HYSPLIT模型适用于大尺度痕量气体污染输送来源分析。
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