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基于多源卫星遥感数据的河北省对流层NO2柱浓度时空变化

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摘要

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 大气二氧化氮

1.2.1 二氧化氮

1.2.2 二氧化氮生成和影响其变化的因素

1.3 二氧化氮监测方法

1.3.1 近地面观测方法

1.3.2 卫星遥感监测方法

1.4 国内外大气NO2遥感监测研究进展

1.4.1 国外大气NO2遥感监测研究进展

1.4.2 国内大气NO2遥感监测研究概况

1.5 研究内容及技术路线

2 研究区及数据处理

2.1 研究区

2.2 数据源及数据处理

2.2.1 数据源

2.2.2 数据处理

3 河北省对流层NO2柱浓度空间分布

3.1 NO2浓度的年际空间分布

3.2 NO2浓度的季节空间分布

4 河北省对流层NO2柱浓度时间变化

4.1 NO2浓度的年际变化特征

4.2 NO2浓度的季节变化特征

4.3 地面NO2浓度日变化特征

5 多种传感器结果对比及数据验证

5.1 OMI与GOME-2和SCIAMACHY NO2柱浓度对比

5.2 实测数据验证

6 河北省对流层NO2柱浓度的影响因素

6.1 自然因素

6.1.1 气象因素

6.1.2 土地利用类型影响

6.2 社会经济因素

6.2.1 人口和经济发展因素

6.2.2 机动车拥有量

6.2.3 能源消耗结构

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

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摘要

二氧化氮(NO2)是对流层大气的重要组成成分,是大气中一种重要的痕量气体,也是大气主要污染物之一,臭氧和其他光化学烟雾重要前体物之一,对人体健康有危害,尤其对呼吸道影响极大,其浓度是大气环境监测的一个重要指标。
  本研究利用长时间序列每月的GOME、GOME-2、和SCIAMACHY卫星遥感数据,利用ArcGIS软件提取了1996-2012年河北省NO2柱浓度,分析了河北省11个地级市的月平均和年均NO2柱浓度的时间和空间变化。并结合降水、气温数据以及人口、生产总值和能源消耗总量数据,分析了河北省对流层NO2柱浓度时空变化的影响因素。将河北省对流层NO2柱浓度分成三个等级,低值区(<10×1015molec/cm2),中值区(10-20×1015molec/cm2)和高值区(>20×1015molec/cm2)。主要的结论如下:
  (1)分析了1996-2012年河北省11个地级市对流层NO2柱浓度的年际空间分布和季节空间分布。1996-2012年对流层NO2柱浓度的空间分布不均,整体上呈现东南高,西北低的趋势,1996-2012年NO2高值区范围呈现逐年扩大,而且均分布在东南部华北平原上的石家庄市、邢台市、邯郸市和廊坊市;低值区范围都分布在张北高原及燕山山脉和太行山山脉附近。季节空间分布变化,夏季变化最小,冬季变化最大。
  (2)分析了1996-2012年河北省11个地级市对流层NO2柱浓度的年际变化趋势。年平均NO2柱浓度整体上旱现上升趋势,2008年北京奥运会期间NO2浓度较低,2011年NO2浓度达到最大值23.61×1015molec/cm2,最小值出现在1996年,为6.72×1015molec/cm2;17年平均年增长率为6.87%。11个地级市中17年平均NO2柱浓度廊坊最高,石家庄次之,承德最低。在近17年变化过程中,高值区面积逐渐扩大,中低值区面积逐渐缩小,尤其中值区面积缩小最多。
  (3)河北省对流层NO2柱浓度在季节变化上,秋季、冬季高于春夏两季,冬季最高,夏季最低。石家庄市和衡水市冬季17年平均对流层NO2柱浓度最大,且季节变化差异比较大。张家口和承德季节变化趋势相近,且没有明显的季节变化。
  (4)分析了2014年河北省近地面观测NO2浓度日变化。在经济水平较高和人口密度稠密的石家庄市和邯郸市NO2浓度日变化呈现单波峰波谷变化,而在经济发展水平较低和人口密度稀疏的张家口市NO2浓度日变化呈现双峰双谷变化。近地面NO2浓度有明显的日变化,夜晚的NO2浓度明显高于白天。
  (5)2013年12月-2015年12月近地面实测NO2浓度与OMI传感器NO2柱浓度呈现正相关,河北省11个地级市,除了秦皇岛和唐山相关系数较低外,其余地区相关关系很好。
  (6)河北省对流层NO2柱浓度的影响因素,从自然因素和社会经济两个方面分析,自然因素在气温和降水与NO2柱浓度均呈现显著负相关,相关系数R分别为0.69,0.53。NO2柱浓度与温度相关性高于降水。在土地利用类型上,城镇用地和农田上NO2浓度较高,草地和林地上NO2浓度较低,草地最低。社会经济因素包括了人口数量、机动车拥有量、能源消耗总量等人类活动引起的NO2浓度变化。

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