气候和人类活动对中国东部NO2年际变化的影响

论文总字数：17521字

目 录

摘要

Abstract

第一章 引言

第二章 资料和方法 2

2.1 资料介绍 2

2.1.1 GOME-2简介……………………………………………………………………...2

2.1.2 SCIAMACGY简介………………………………………………………………..2

2.1.3 MOZART-4模式简介……………………………………………………………...2

2.2 方法介绍 3

第三章 中国东部地区NO₂时空分布特征 5

3.1 中国对流层NO₂空间分布……………………………………………………………….5

3.2 中国东部地区对流层NO₂时间变化…………………………………………………….5

3.2.1 中国东部地区对流层NO₂柱浓度年平均变化情况.............................................5

3.2.2 中国东部地区对流层NO₂柱浓度月平均变化情况..............................................8

第四章 自然和人类活动对中国东部NO₂柱浓度长期变化的贡献............................................10

4.1 模式模拟中国对流层NO₂空间分布 10

4.2自然和人为因素对NO₂长期演变的贡献 11

参考文献 14

致谢 15

气候和人类活动对中国东部NO₂年际变化的影响

周炎

, China)

Abstract: Under the premise of a fixed emission source, meteorological data was used to simulate the temporal and spatial change of nitrogen dioxide in troposphere over Eastern China by MOZART-4. Then the contribution to the inter annual changes of nitrogen dioxide caused by human activities and climate change could be received by combining the results of the simulation with the satellite data of the temporal and spatial distribution of nitrogen dioxide got by GOME-2 and SCIAMACHY. The results showed that the NO₂ column in east China is higher than which in west China. The high value areas of NO₂ columns over China were located on the places which have developer economy such as North China, the Yangtze River Delta, the Pearl River Delta and so on. The temporal change of the NO₂ column in Eastern China could be divided into four parts influenced by economic development and national policy. The NO₂ column rose over 2003-2008 and 2009-2011, and declined over 2008-2009 and 2011-2013. In a year, monthly changes of the NO₂ column showed two trends. The NO₂ column declined from January to July and rose from August to January. The NO₂ column was highest in winter and lowest in summer because of the differences of emissions, atmospheric pressure, temperature，the height of boundary layer, precipitation and so on. For the long –term changes of the NO₂ column, the change caused by climate was smaller than which caused by human activities and the contribution made by human activities achieved 93.3% meanwhile the contribution made by climate achieved 6.7%.

Key words: Satellite remote sensing; Mode simulation; Nitrogen dioxide; Long-term change; percentage

一 引言

NO₂是一种影响空气质量的重要污染物。它是臭氧以及其它光化学二次污染物最重要的前体物之一，是形成硝酸型酸雨，酸雾以及光化学烟雾的主要污染物，这些污染物主要影响人体呼吸系统，对植物生长也有不良影响，对大气，生态环境以及人体健康有严重危害；同时，NO₂的排放也导致了硝酸盐气溶胶的产生，这些气溶胶吸收了向下传播的可见光从而使局地辐射强迫增加。因此，对流层NO₂浓度及其在大气中参与的反应受到了广泛关注。

NO₂的测量方法有地面观测，飞机观测以及卫星遥感这几种，三种方法各有特点。地面观测有好的分辨率以及实时性，但是空间覆盖性差；飞机观测有高机动性但是观测费用较高，使得应用受到限制；而卫星观测时间连续性强，数据使用方便，而且观测范围较广，观测尺度可以扩展到区域，大洲以及全球范围，并且不受地理条件限制，无论是沙漠，海洋，高原以及极地地区的资料都可以从中获得，是对大气中NO₂检测的有效手段。

1995年4月，搭载于ERS-2卫星上的全球臭氧监测仪GOME开始对全球NO₂进行观测，此后，2002年ENVISAT-1卫星上搭载的大气制图扫描成像吸收光谱仪（SCIAMACHY）,2004年EOS-AURA卫星上搭载的臭氧检测仪（OMI），2006年METOP卫星上搭载的全球臭氧检测仪（GOME-2）等大气环境传感器陆续投入使用，为研究地球对流层大气中NO₂的浓度变化规律提供了长期连续可靠的资料。

目前对NO₂的研究中，利用统计学方法分析NO₂浓度的变化趋势是较为常用的方法，一些研究结合两卫星传感器的N反演资料分析对流层N柱浓度的长期变化趋势。2005年Richter利用GOME以及SCIAMACHY卫星数据反演得到了1990到2004年NO₂的全球对流层排放量，分布情况以及时间演化，并且重点研究了工业化以及经济发展对其的影响^[1]；2006年R. J. van der A等人研究了中国对流层二氧化氮浓度随季节变化的趋势，研究发现由于人类活动的影响中国东西部地区二氧化氮浓度的最高值分别出现在冬季和夏季这一现象^[2]；2013年黄建平等人利用卫星资料研究了中国东部地区城市化速度对对流层臭氧以及二氧化氮浓度的影响，重点研究了北京，上海，广州三地城市化进程以及季节变化对NO₂浓度的影响^[3]；2013年李龙，施润和等人利用OMI传感器反演的2005年到2010年NO₂数据，探究了NO₂的时空分布以及季节变化特征，发现我国NO₂浓度分布东高西低现象以及因为人类取暖和对流强度引起的冬季浓度高于夏季的现象^[4]；2013年徐永明，王丹丹等人用GOME以及SCIAMACHY卫星数据分析了1996年到2010年中国对流层NO₂的时空分布特征以及柱浓度的变化特征^[5]；2015年朱彬，高晋徽等人利用OMI探测器资料反演对流层NO₂柱浓度，研究了2005到2013 年中国地区对流层NO₂柱浓度的空间分布和长期变化趋势,显示了我国NO₂浓度高值区，并显示了NO₂浓度变化的年纪变化特征^[6]。

NO₂的来源分为自然源和人为源，自然源有闪电和土壤排放等等，而人为源主要是化石燃料的燃烧，并且人为源是对流层中NO₂的主要来源。近年来，随着中国经济的高速发展，对流层中的N含量显著增高，特别是在经济比较发达的中国东部地区，由于工业化程度较高，车辆保有量大，工业排放量较大，导致东部地区对流层中的NO₂浓度较之其它地区要更高。本文的目的就是利用MOZART-4模式模拟中国东部地区NO₂的时空分布，并结合卫星资料中中国东部地区实际NO₂的时空分布，以求量化人类活动以及气候变化对对流层NO₂演变的影响，期望研究结果能对东部地区NO₂的治理起到一定作用。

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