基于OMI数据2005～2012年中国区域SO2时空变化特征研究（英文）

利用OMI传感器获取了2005²012年中国区域内的SO₂柱浓度变化数据,并基于MODIS传感器获取了中国区域内的下垫面土地利用类型数据.应用空间分析的方法,分别分析了中国区域内的SO₂柱浓度与时间的空间关联特征,以及与土地利用类型的空间关联特征.通过研究发现,从空间和时间区域来说,乌鲁木齐、京津冀、长江三角洲、四川盆地和珠江三角洲为SO₂高浓度区;北方地区SO₂浓度冬高夏低且峰值呈现逐年上升的趋势,南方地区则呈现SO₂浓度夏高冬低的特点.从土地利用来说,城市和耕地上空的SO₂浓度较高,森林、草地和裸地上空的浓度较低.研究结果表明,人类活动在行星边界层SO₂分布和浓度变化中起关键作用.     

基于OMI数据的中国中部平原地区NO2对流层柱浓度2007～2014年时空变化特征分析

利用OMI（Ozone Monitoring Instrument）NO₂ 2级数据产品通过采用面积权重得到OMI NO₂对流层柱浓度网格化分布,研究了中部地区3个代表性区域（工业集中区域,黄河流域,以及农业区域）2007²014年NO₂柱浓度时空分布特征.结果表明,NO₂对流层柱浓度年均值在2009年最小,2013年最大,2014年相对2013年降低大于25%.同时分析了典型时间段（中国农历新年2月以及秸秆焚烧6月）内3个区域NO₂柱浓度变化特征,2月期间3个区域柱浓度都有不同程度的下降,6月农业区NO₂柱浓度上升约80%.NO₂柱浓度相对变化率进一步反映了3个区域NO₂柱浓度近8年内的变化特征,2008年年中至2009年年中工业区域以及沿河流域NO₂柱浓度相对往年同期都有高于15%的下降而农业区没有体现,但2014年以后3个区域NO₂柱浓度都出现明显下降,下降比例都在20%以上.     

差分吸收NO2激光雷达光源的设计与实现

为研制一台探测距离3km、分辨率10μg/m3的大气NO₂廓线差分吸收激光雷达,以NO₂的吸收光谱和激光雷达方程为基础,通过数值仿真分析了回波信噪比与水平和垂直方向上大气中气溶胶、NO₂含量的分布、探测距离和几何因子的关系;搭建探测大气NO₂实验系统,开展了大气NO₂浓度实验观测,获得水平及垂直高度0.4km~3.0km内的NO₂浓度实时分布,探测分辨率可达4.717μg/m3,系统稳定可靠。结果表明,采用两台波长为354.7nm、能量不小于100mJ的Nd:YAG激光器分别抽运两台染料激光器的方式,并以C450为染料,可满足差分吸收探测所需的两束波长为λ_on（448.10nm）和λ_off（446.80nm）、能量为8mJ的输出光束。该方法为实用化NO₂差分吸收激光雷达光源的设计及应用提供了理论依据及技术支持。     

广州亚运期间对流层NO2和SO2地基多轴差分吸收光谱仪测量研究

亚运期间利用多轴差分吸收光谱仪（MAX-DOAS）对广州市的大气污染物进行了实时监测,分别对重要大气常规污染物NO₂和SO₂的日变化特征进行了探讨和分析,并通过结合气象条件和周围的重要污染源综合监测结果分析研究了广州市周围的区域污染输送,结果发现位于市东南部的工业区对于市区的污染存在较大的影响,其中以SO₂尤为明显。分析NO₂廓线结果表明,污染物主要位于1 km以下,高污染层主要位于0.5 km以下。     

1998～2001年合肥地区平流层臭氧浓度垂直廓线变化特征

L625紫外差分吸收(UV-DIAL)激光雷达主要用于18～45 km高度范围内平流层臭氧浓度垂直分布的长期监测.位于合肥郊区的这一台激光雷达自1996年8月全面建成并投入正常运行以来,进行了长期的连续观测,积累了大量宝贵资料.通过分析L625紫外差分吸收激光雷达在1998～2001年期间的平流层臭氧观测数据,得出了合肥上空平流层臭氧浓度垂直分布的特征:平均垂直浓度分布的峰值点高度为23.32 km,峰值点的臭氧浓度为4.43×1012cm-3,柱含量6.4×1018cm-2;臭氧浓度有明显的一年周期震荡,表现为季节变化:平流层中上层臭氧浓度夏季高冬季低;平流层下层臭氧浓度夏季低冬季高.平流层臭氧浓度峰值高度的变化特征为夏季高冬季低.     

基于OMI及地面监测的贵州省污染气体浓度时空差异研究

贵州省属于典型的喀斯特山区,受地势和气候影响,省内不同区域污染气体浓度具有明显的时空差异。因此,利用交互式数据语言(IDL)+遥感图像处理平台ENVI、地理信息系统软件Arc GIS等,基于臭氧层监测仪(OMI)的L3 V003柱浓度数据和地面环境监测站数据,从时间和空间两个方面在区域尺度上评估分析了贵州省3种主要污染气体的浓度变化差异和时空演变特征。结果表明：(1) 2019年,贵州省二氧化氮(NO₂)、二氧化硫(SO₂)、臭氧(O₃)柱浓度较2005年呈下降趋势,且两种方法监测的NO₂、SO₂季节特征均表现为“秋冬高、春夏低”,受太阳辐射和天气过程影响,两种方法监测的O₃均表现为“春夏高、秋冬低”的季节特征;(2)对比分析表明,遥感方法反演的NO₂柱浓度极大值和SO₂柱浓度极小值较地面监测结果在时间上存在滞后性,但滞后时间较短,没有出现跨季节差异,总体上空间差异性大于时间差异性,且SO₂...     

中高层OH自由基时空分布特征及其机理研究

基于太赫兹临边探测仪（microwave limb sounder,MLS）传感器2005~2009年OH自由基、臭氧、水汽观测数据,分纬度、季度分析了平流层和中间层OH自由基时空分布特征及其与臭氧、水汽的关联性。结果表明：不同纬度中高层OH自由基浓度变化分异明显,存在年周期性;全球中高层OH自由基浓度季度变化显著;平流层上部OH自由基主要受太阳辐射和臭氧浓度变化影响;中间层OH自由基与水汽浓度变化关系密切。     

2006-2014年南京都市圈对流层NO2时空变化特征及污染源分析

基于OMI(Ozone Monitoring Instrument, OMI)卫星传感器监测得到的2006年1月-2014年12月南京都市圈对流层NO2柱浓度数据和土地利用类型数据,利用余弦曲线函数和HYSPLIT后向轨迹模型,分析了研究区对流层NO2时空分布特征以及污染物的来源。研究发现,2006-2014年南京都市圈对流层NO2柱浓度呈现出逐年增长的趋势和冬高夏低的季节变化特征;研究区对流层NO2污染物主要来自两个方面：大气气流的输送作用影响了研究区对流层NO2季节性变化;不同的土地利用类型影响了南京都市圈的对流层NO2柱浓度。     

合肥市臭氧时空分布特征与气象因子影响研究

利用合肥市10个国控站点2019年臭氧(O3)浓度数据,采用数理统计和回归分析方法研究O3时空分布特征及气象因子的影响.结果表明:(1)O3小时及月均浓度均呈单峰型,6月份达到峰值;(2)董铺水库和高新区站点O3对污染天气的贡献率相对较高,贡献率均超过10％;(3)2019年超标时次较多的站点为董铺水库和高新区,且出现...     

激光雷达探测反演PM2.5浓度的精度研究

给出了355nm激光雷达与布设在中国科学院大气物理研究所325m铁塔上的BAM-1020颗粒物监测仪对比观测实验的结果,通过2011年9月21日至10月21日一个月的对比实验发现,激光雷达探测的气溶胶消光系数与实测的PM2.5浓度之间存在较好的相关性。利用线性回归模型建立消光系数与颗粒物浓度之间的关系式,并通过铁塔实测的PM2.5浓度对该关系式在垂直高度上的反演精度进行研究。结果显示,在63,80,120,160m高度处雷达反演的PM2.5与实测值之间的相关系数分别为0.9447,0.9331,0.9284,0.9308,说明激光雷达能有效探测颗粒物的垂直分布状况。激光雷达探测将有利于研究污染物的空间分布状况和污染物跨界输送问题,并为区域大气联防联控制定政策和措施提供数据支持。     

基于GOSAT-2卫星的中国XCO2 时空分布特征分析

CO₂是主要的温室气体之一,它对全球变暖的作用很大。自工业化以来,CO₂浓度在全球范围内大幅增加。为实现碳减排目标,迫切需要监测大气中的CO₂浓度并分析其时空分布特征。随着温室气体观测卫星的发射,利用碳卫星可以大范围地观测和分析大气中的CO₂浓度。本研究基于GOSAT-2卫星数据,利用克里金插值技术分析了2020年6月至2021年5月中国陆地区域的CO₂柱浓度(XCO₂)的时空变化特征。结果表明,全国范围内XCO₂的平均值从2020年的413.86 ppm增加到2021年的419.59 ppm,增加了5.73 ppm。其中,XCO₂的最低值和最高值分别出现在冬季和春季。进一步的分析表明,XCO₂在空间分布上不一致,在人口密度较高的东南部区域浓度较高,而在人口稀少的西北部较低。此外,大城市及其周边地区的XCO₂普遍高于其他地区,表明人为因素导致城市地区的XCO_2...     

2009年至2018年全球气溶胶光学厚度时空分布特性研究

气溶胶光学厚度(AOD)是表征气溶胶含量及大气污染程度的关键因素.利用CALIPSO卫星level2气溶胶廓线产品,分析2009年至2018年全球范围典型区域内AOD的时空变化特征及其变化趋势.结果表明:全球范围的AOD表现出一定的时空差异性.在空间尺度上,AOD高值中心主要分布在印度、沙特阿拉伯等地区;在时间尺度上,...     

中国区域PM2.5浓度估算以及影响因素解析

基于2018年中国逐日PM_2.5数据,选用随机森林方法构建了高精度PM_2.5浓度估算模型,并在季节和区域尺度上验证了其时空适用性,进一步利用特征重要性方法系统阐释了各影响因子对PM_2.5浓度变化的重要程度,最后利用偏依赖技术探究了不同影响因素的交互作用对PM_2.5浓度变化产生的综合影响。结果表明：(1)相比于多元线性回归与极端梯度提升树模型,利用多源数据构建的随机森林模型精度最高,可准确模拟出PM_2.5的浓度,且在季节和区域尺度上也有良好的适用性;(2) PM_2.5浓度估算模型的特征重要性排序分析发现,对2018年全国日均PM_2.5浓度影响显著的因子主要是时空、大气边界层高度等全局性因素,表明大气污染防治应把握PM_2.5传输机制,强化区域联防联控;(3)偏依赖交互效应研究发现温度和相对湿度以及年积日、纬度、温度和大气边界层高度的组合对PM_2.5浓度变化会产生显著影响,说明提升空气质量要从多因...     

基于光谱稳定LED光源的长光程DOAS的大气NO2探测

针对LED光谱容易产生漂移从而影响差分光学吸 收谱(DOAS)系统的测量性能,研究了温度和驱动电流对蓝光LED(LZ1-00B205)光谱产生漂移 的影响,发现LZ1-00B205中心波长随温度和电流的变化分别为+0.025nm/℃ 和－0.003nm/mA。通过对LZ1-00B205进行恒温控制(误差约为±0.1℃)和恒流驱动(电流波动<1%),有效 抑制了LED光谱的波长漂移和光强波动。使用改进后的LZ1-00B205作 为长光程DOAS系统光源,对大气NO₂进行了 监测。当光程为760m时,系统的探测限为4×10－9。实验结果表明,光谱稳定后的LED适于做DOAS系统的测量 光源。通过稳定LED光谱改善DOAS反演结果,这种方法不需要反复测量参考光谱,简化了DOA S系统的操作过程,同时提高了测量精度。     

1.57μm IPDA激光雷达云回波信号CO2柱浓度测量研究

路径积分差分吸收(IPDA)激光雷达可装载于飞机或卫星上探测大范围大气CO₂浓度,具有全天时和探测精度高的优势。全球云的平均覆盖率可达60%,因此在激光穿透大气射向地面的探测过程中,除了地面和海洋回波信号,还有很多云层回波信号。结合机载大气探测激光雷达(ACDL)信号采集特点,针对复杂的云层回波信号,提出一种基于中位数绝对偏差的离群值筛选法提取信号,可分离多层云回波信号及云层与地面回波信号同时存在的信号。分析云信号的探测能力,并利用云层回波信号积分值反演云上CO₂柱浓度,结果与原位测量仪测量结果变化趋势一致,二者偏差为2.8μL/L。     

基于EMI观测的珠三角地区对流层NO2柱浓度时空变化特征分析

珠三角城市群作为我国最具发展活力的都市经济圈之一,近年来经济发展势头迅猛,但与此同时,珠三角地区大气污染问题也引起了广泛关注.在众多大气污染监测手段中,卫星遥感方法具有观测范围广、观测种类多、可长期连续观测、成本低等优点.EMI(Environmental trace gases monitoring instrume...     

基于激光雷达观测网的杭州及周边地区颗粒物污染特征研究

激光雷达观测网是研究区域大气颗粒物污染分布特征的有力工具。长三角地区激光雷达观测网部分站点的激光雷达资料与地面气象数据、PM2.5、PM10质量浓度数据,以及HYSPLIT后向轨迹模型模拟的后向轨迹相结合,对2016年9月杭州及其周边地区一次颗粒物污染的来源和成因进行了分析。分析结果表明,9月8日杭州颗粒物污染过程是该地区局地污染与高空输送共同作用的结果,且粗粒子主要来源于西北方向。杭州地区SO$_2$浓度整体较低,PM2.5浓度与NO$_2$浓度呈正相关,细颗粒物主要以硝酸盐为主。较高的NO$_2$浓度和高湿度、低风速的不利气象条件,是该地区局地细粒子快速增长的主要原因。     

合肥地区气溶胶数浓度和谱分布特征的观测研究

利用APS-3321型空气动力学粒度仪对合肥地区的大气气溶胶进行观测,比较和分析了气溶胶数浓度和谱分布的变化特征.结果表明:气溶胶数浓度的日变化和日际变化显著,并且与天气条件密切相关.其平均数浓度谱为单峰谱,峰值中心在聚集模态,平均表面积谱和平均质量谱为双峰谱,峰值中心分别在聚集模态和粗模态,且其最大峰值都在聚集模态.根据其谱分布特征,应用正态对数函数进行了拟合,得到了其数学函数表达式,该结果可用于分析气溶胶对大气激光传输的影响.     

大气湍流对相干激光雷达CO2探测精度影响研究

为研究大气湍流对激光回波的光强起伏、漂 移、波前畸变以及偏振退化的影响,计算了大气后向散射回波在不同探测高度下的信噪比 (SNR),结合Hufnagel-Valley模型 分析了球面波大气闪烁调制因子,得到了近地大气光强起伏方差;利用模式匹配数值积分方 法,得到了不同高度的空间 光-单模光纤(SMF)的耦合效率;从光场复振幅和探测面上光斑的爱里斑模型出发,研究了 空间相位起伏对外差效率的影响;最 后基于20m气体池差分吸收探测CO₂浓度的实验数据,分析大气 湍流对外场实验影响。结果表明,大 气湍流会使系统精度降低1.21倍,20m光程下系统精度由424.83×10－6变为514. 04×10－6,性能下降严重。本文所作的分析对差分吸收相干激光雷 达(DIAL)外场实验有重要参考意义。     

一种新的CO2探空测量方法

介绍了一种新的CO2探空测量方法。其原理是利用比尔-歩格-朗伯定律,使用非分光红外法,通过选择合适的红外光源和红外探测器,设计了合理的电路,在定标的基础上将测量的光强转换成CO2浓度,制作出可用于探空测量的实验装置。通过与EC9820型CO2分析仪的地面对比实验,结果表明,连续24h测量的误差范围在-10×10-6～10×10-6,平均误差为3.76×10-6,验证了设计的可行性,基本满足了大气CO2探空的精度需求,为进一步研制CO2探空仪提供了参考。