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...     

激光雷达观测淮南大气SO2和NO2浓度廓线实例分析

为了初步探究淮南地区大气SO₂及NO₂的不同时空分布特征,采用自研的差分吸收激光雷达系统测得某地（淮南地区）部分月份大气SO₂及NO₂气体浓度分布廓线,并选取其中典型实例从气体水平浓度日变化、垂直浓度变化以及水平浓度月变化3个方面分析了SO₂及NO₂分布特点。结果表明,同一天夜晚时刻,SO₂及NO₂气体浓度大于下午时刻的气体浓度;SO₂及NO₂气体垂直浓度随高度增加呈递减趋势;SO₂及NO₂气体水平浓度月变化变现为冬季月份气体浓度最大,夏季月份气体浓度最小,春、秋季月份次之。SO₂及NO₂浓度变化特征是人群活动和气象条件变化共同作用的结果。     

基于QCL吸收光谱的SO2,SO3同步测量技术

介绍了基于中红外吸收光谱的高温条件下SO₂和SO₃同步测量技术。在该测量实验系统中,SO₃由SO₂与O₂在钒基催化剂作用下高温反应得到,并且在SO₂催化氧化过程中同步测量SO₂和SO₃的浓度,进而计算得到了该催化氧化反应的转化率随温度（550～1000 K）和压力（3～20 kPa）的变化关系。通过对SO₂和SO₃高温吸收光谱模型的修正,将测量的混合气体的耦合光谱成功解耦,分别得到SO₂和SO₃各自的吸收光谱和气体浓度。同时,在实验系统中还设计有冷却分离装置,将反应后的高温SO₃气体冷却吸收后测量剩余SO₂浓度,并对比验证同步测量得到的SO₂浓度的准确性。实验发现,当温度低于590 K时,无SO₃生成,但SO₂在催化剂...     

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.     

火山SO2排放速率反演

SO₂紫外相机因在时间分辨率、空间分辨率、探测灵敏度以及探测精度等诸多方面均具有显著优势而成功应用于火山活动监测及其动力学研究。为解决紫外相机反演SO₂排放速率容易受烟羽湍流及图像低对比度影响等问题,提出了融入神经网络的光流算法。首先,基于大气紫外辐射传输特性,阐述了SO₂紫外相机的工作机理及SO₂浓度图像的反演方法;其次,将神经网络融入光流算法,实现了火山烟羽图像中SO₂排放速率的精确反演;最后,与传统光流法进行对比,论证了神经网络光流算法的科学性及优越性与精确性。实验结果表明：在图像低对比度及烟羽湍流效应的双重影响下,神经网络光流法可以把边缘反演的误差从94%降低至5%,显著提高了SO₂排放速率反演的精确性。     

基于CFD技术的GIS设备中SO2扩散效应

通过检测SF₆分解物可发现GIS设备故障,但设备内部分解物扩散效应会影响检测的故障特征组分气体含量,从而导致判断设备故障存在不足,因此文中针对典型SF₆分解物SO₂在GIS设备内部的扩散效应和影响因素进行研究。文中基于CFD技术,仿真模拟SO₂在设备内部的扩散效应,在压力为0.4 MPa条件下,研究了10种初始浓度对SO₂扩散的影响,拟合得到了初始浓度与扩散均匀时浓度的函数关系式,为判断故障的严重性提供理论依据。保持初始浓度不变,在压力分别为0.4 MPa、0.5 MPa、0.6 MPa、0.7 MPa和0.8 MPa的条件下,得到SO₂扩散达到均匀的时间分别为3 940 s、3 850 s、3 740 s、3 630 s和3 550 s,结果表明SF₆气体的压力环境对SO₂扩散有一定的影响,压力越大,SO₂扩散均匀所需要的时间越短。文中综合讨论了压力和初始浓度共同作用对SO₂     

基于傅立叶变换红外光谱技术的烟气超低排放监测系统应用研究

中国的大气环境污染形势严峻,地域性大气问题严重,以燃煤为主的火力发电厂、燃煤锅炉等是最主要的SO₂、NO_x排放源。现行的燃煤烟气排放标准做了严格规定,从而对烟气连续排放在线监测技术提出更苛刻的要求。基于傅立叶变换红外光谱技术与伴热式多次反射池技术,研究燃煤电厂SO₂、NO污染气体超低浓度检测系统。针对SO₂、NO的分子吸收光谱特征, 采用SiC作为光源,选择测量波段1900~2600 nm;采用傅立叶变换红外光谱技术对测量光谱进行处理,与现场两台设备的测量数据进行分析, SO₂、NO气体的相关性良好,满足超低排放烟气监测需求。     

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。     

被动多轴差分吸收光谱技术监测O4斜柱浓度误差修正方法研究

O₄斜柱浓度的准确获取,对气溶胶廓线反演具有重要意义。介绍了基于被动多轴差分吸收光谱仪（MAX-DOAS）监测O₄斜柱浓度的误差修正方法,用于准确获取O₄斜柱浓度。通过对比30°仰角O₄斜柱浓度MAX-DOAS测量结果和大气辐射传输模型模拟结果,获得修正系数,利用修正系数修正各个角度的斜柱浓度值,消除O₄吸收截面不准确造成的反演结果误差,提高了O₄斜柱浓度精度。研究方法应用于合肥地区O₄斜柱浓度的准确监测,为下一步气溶胶廓线精确反演提供了数据支持。     

新冠肺炎疫情管控期间乌鲁木齐市空气质量变化及原因分析

为研究新型冠状病毒肺炎疫情防控期间乌鲁木齐市空气质量变化特征及其影响因素,选取了2020年乌鲁木齐市两次疫情严格防控期间(2020年1月26日至3月21日和7月20至8月29日)及疫情前后,以及2019年相同时期地面观测站的逐小时空气质量指数(AQI)、颗粒污染物(PM_2.5、PM₁₀)和气态污染物(SO₂、NO₂、CO、O₃)的数据进行对比分析,探究了气态污染物对颗粒污染物二次合成的贡献,并利用地理探测器对影响空气质量的因子进行了定量探测。结果表明：与2019年同期相比,2020年乌鲁木齐市两次疫情防控期间,除O₃外,PM_2.5、PM₁₀、SO₂、NO₂和CO浓度都呈现下降趋势,分别减少了36%、55%、10%、18%和49%;而同疫情严格防控期相比,2020年疫情前后期的AQI、颗粒污染物浓度及气态污染物浓度都要高。说明疫情防控措施在一定程度上减少了乌鲁木齐市颗粒污...     

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...     

基于AIRS卫星的全球和东亚地区CO2时空特征分析

利用2002年12月到2016年11月的大气红外探测仪(Atmospheric infrared sounder, AIRS)卫星观测资料,分析了全球 和东亚地区(70~140^。E, 10~55^。N)CO₂浓度的时空变化和季节分布特征,并与地面观测 资料进行了对比。结果表明: 1) AIRS反演的CO₂资料与地表观测资料相关系数均在0.9以上,且年均值相对误差均 在1%以内。2)全球CO₂年平均浓度从2003年的375.16 ml/m³增加到2016年的401.24 ml/m³, 年平均增长率约2.01 ml/m³;同期,东亚地区CO₂平均浓度从2003年的375.13 ml/m³增加 到2016年的402.22 ml/m³,年增长率约为2.08 ml/m³,高于全球的年平均增长率。 在2010~2016年,北半球大部分地区CO₂浓度增长率低于2003~2009年的增长率。CO₂增幅较明显 的区域位于北半球高纬度地区如中西伯利亚和格陵兰岛等地上空。3)CO₂分布存在明显的区域性,高值区主要位于 北半球的中高纬度地区;低值区主要位于青藏高原上空。在南半球,CO₂浓度的高值区主要位于南美洲中纬度地区; 低值区主要出现在低纬度(0~20^。S, 50^。W~5^。E)的大西洋上空。在对流层中低层(4~6 km), AIRS反演的CO₂浓度的季节变化特征准确性较高,特别在冬季,北半球大部分地区的CO₂浓度随着时间 变化呈现先减小后增加的趋势。4)在东亚地区,CO₂高值区位于中国北方地区,呈带状分布。     

基于贝叶斯的大数据模型在大气污染成因分析中的应用

提出了一种基于多维高斯贝叶斯分类算法的复杂系统影响因素的分析方法,并利用大数据方法建立了不同PM_2.5范围的分类模型,结合马氏距离开展了影响因素的关键性分析。以合肥市2013―2018年间的天气与空气质量数据为基础,筛选了PM₁₀、SO₂、NO₂、CO、O₃等8个大气污染的关键影响因素,采用散点矩阵对PM_2.5与这些影响因素的相关性进行了分析。利用高斯贝叶斯分类器建立了基于8个主要参量的PM_2.5大气污染分析模型,研究发现,PM_2.5与CO浓度具有较强的正相关性,对NO₂具有选择性,与O₃具有负相关性,而CO与SO₂对PM2.5的产生存在某种竞争机制。     

APEC期间京津冀地区NO2浓度的时空变化特征研究

基于臭氧监测仪（ozone monitoring instrument,OMI）数据反演得到了京津冀地区2014年11月北京APEC会议前后5期的NO₂整层柱浓度,结合HYSPLIT4气流后向轨迹模式对NO₂污染物的来源及传输路径进行模拟和分析.研究结果表明:APEC前后京津冀NO₂垂直柱浓度空间分布极不均匀,APEC前高值、中值分别分布于京津周边及南部地区,北部及西北处于低值区;APEC期间高值区集中于京津冀南部地区,呈由南到北递减的趋势;APEC后高值区范围向北扩展到京津地区的中南部.APEC期间除京津冀南部的邢台、邯郸地区NO₂浓度升高外,其他地区NO₂浓度与会前一周相比平均下降42%.气流后向轨迹模式表明APEC前北京地区NO₂污染源主要来自于唐山、天津地区,APEC期间主要来自于俄罗斯、外蒙地区,APEC后主要来自于太原及京津冀西南地区.     

湘潭市PM2.5 中二次水溶性无机离子及其 气态前体物的污染特征

2013年12月3日至2014年1月14日, 在湘潭市2个功能区(交通、商业、居民区和工业区) 采样点对大气PM2.5进行了采集, 并同步采集了SO₂、NO₂; 进而利用离子色谱法对PM2.5中二次水溶性无机离子(SO₄²⁻、NO₃⁻ 和 NH₄⁺ ) 的浓度进行测试分析。通过分析不同空气质量级别下硫、氮氧化速率(SOR 和 NOR) , 探讨了PM2.5中硫酸盐和硝酸盐的来源、形成机制和影响因素等。结果表明, 采样期间湘潭市PM2.5及其二次水溶性无机离子(SO₄²⁻、NO₃⁻ 和 NH₄⁺ ) 的质量浓度分别为148.34、56.19 g/m3, 其中 SO₄²⁻、NO₃⁻ 和 NH₄⁺分别占PM2.5 浓度的15.26%、14.06% 和8.57%, 三者累计值占PM2.5质量浓度的37.88%。随着PM2.5 浓度增加, 二次水溶性无机离子及其气态前体物SO₂、NO₂ 的浓度也逐渐增加, 且“重度”污染时SO₄²⁻、NO₃⁻ 和 NH₄⁺ 浓度较“良”时分别上升了1.93、2.41、2.03倍。不同空气质量级别下PM2.5中的SO₄²⁻、NO₃⁻ 主要以NH₄NO₃ 和(NH₄)₂SO₄ 的形式存在, 但在“轻度”和“ 中度”污染时可能存在其它的硫酸盐和硝酸盐。采样期间SOR 和NOR 的平均值分别为0.18和0.17, 不同污染级别下二者均在0.15 以上(大于0.1), 表明湘潭市PM2.5中的硫酸盐和硝酸盐主要是经转化形成的二次污染物。大气PM2.5中NO₃⁻ /SO₄²⁻ 为0.89, 不同空气质量级别下二者比值分别为0.78、0.99、0.82、0.97(均小于1), 表明湘潭市冬季PM2.5污染以燃煤源排放为主。     

基于可调谐二极管激光吸收光谱技术的SO3气体测量参数优化

三氧化硫(SO₃)是大气中二次颗粒物形成的关键前体物,其排放会导致雾霾加剧,形成酸雨。针对燃煤电厂烟气SO₃污染物的排放监测需求,基于可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)对SO₃气体测量的参数优化展开研究。采用波长7.323μm附近的SO₃吸收谱线进行光谱数值仿真,通过优化测量系统压强参数,抑制SO₂和H₂O气体吸收谱线的干扰。考虑到SO₃的化学性质,综合分析H₂O存在时,温度对SO₃光谱吸收率的影响。研究发现在0.06 atm(1 atm=1.01×10⁵ Pa)负压环境和340℃伴热条件下,系统抑制干扰和测量SO₃光谱吸收率效果较好。该参数优化研究结果对于SO₃气体测量仪器开发和工业现场应用具有重要的理论参考意义。     

Al掺杂硅烯材料吸附气体分子的第一性原理研究

通过Al原子吸附和取代的方法对硅烯材料进行掺杂,基于第一性原理计算方法研究了Al掺杂硅烯材料的吸附特性,分析H₂、SO₂和NH₃气体分子在其表面的吸附过程。研究发现,Al吸附硅烯体系由于强的物理吸附对H₂敏感,吸附能为-0.51 eV;SO₂和NH₃以成键的方式吸附在两种掺杂材料上,其中Al取代硅烯体系吸附SO₂后打开了0.3 eV的带隙,吸附能为-1.19 eV;Al吸附硅烯体系吸附SO₂后带隙缩小,吸附NH₃后带隙增大,吸附能分别为-1.01和-0.96 eV。结果表明,Al原子的吸附和取代提高了硅烯材料的吸附性能,为研究Al掺杂硅烯材料的储氢和气敏性能提供理论参考。     

张衡一号卫星三频信标载荷典型事件观测

“张衡一号（简称ZH-1）”卫星搭载的三频信标机（tri-band beacon,TBB）载荷,能够对站链上空的电离层进行高精度测量. 为检验TBB载荷在电离层监测中的应用效果,本文利用2018—2019我国中低纬地区TBB观测数据,采用求均值及多项式拟合的方法对各月份F₂层峰值电子密度(N_mF₂)数据进行处理,分析N_mF₂的半年变化特征;将2018-08-26磁暴当天与宁静日的电子密度作差值,分析电子密度对磁暴事件的响应特征. 结果表明:TBB观测数据能够有效监测电离层变化,正确反映站链上空电离层变化规律;在磁暴事件中,观测到了电子密度的变化过程,其准确地反映了正暴相的特征,证明在重要天气事件中,这一手段能够获得较为准确的观测数据.     

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。     

一种新的电离层区域重构方法

针对以电离层模型为参考的电离层重构算法对模型依赖性强、计算复杂、适应性不强的问题，提出了一种不依赖于参考模型的电离层区域重构算法，其仅依靠区域内的采样数据对区域电离层分布进行重构.该算法首先根据重构区域覆盖范围内分布的多个垂测站实测的f_cF₂，构造经度因子、纬度因子与f_cF₂关系式，重构出区域内任一点的f_cF₂；然后选取一个垂测站为基准，构造基准站f_cF₂、f_cF₁与重构对应点的f_cF₂扩展因子的关系式，以及重构距离点上任一高度上的等离子体频率与扩展因子、基准站f_cF₁的关系式，通过该扩展因子及关系式即可得到区域内的电子浓度情况.与均匀电离层假设下合成的斜测描迹相比，本文重构方法合成的斜测描迹更接近真实值，且试验表明其进一步提升了电离层重构的精度.