【摘 要】
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近年来,碳排放的急剧增加,导致了全球温度上升,引发了很多气候变化问题。特大城市是人类碳排放的主要排放源,研究特大城市的碳排放对于揭示人类活动导致的碳排放变化有重要的意义。周循环现象指的是休息日污染物人为排放的浓度比工作日低,这种工作日-休息日循环效应是由于相关的人类活动每周变化驱动的。对于周循环的监测,传统的地面站点监测方法直接、准确,但难以覆盖全球;随着卫星遥感的快速发展,卫星监测方法已逐渐成为
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近年来,碳排放的急剧增加,导致了全球温度上升,引发了很多气候变化问题。特大城市是人类碳排放的主要排放源,研究特大城市的碳排放对于揭示人类活动导致的碳排放变化有重要的意义。周循环现象指的是休息日污染物人为排放的浓度比工作日低,这种工作日-休息日循环效应是由于相关的人类活动每周变化驱动的。对于周循环的监测,传统的地面站点监测方法直接、准确,但难以覆盖全球;随着卫星遥感的快速发展,卫星监测方法已逐渐成为全球气体监测的重要手段。但周循环现象是一种精细的人为排放变化,卫星能否观测到这一精细的周循环现象,对于证明卫星观测稀有气体（特别是碳排放气体）的准确性、区分碳排放和二氧化氮排放的人工来源和自然来源都有着重要的意义。论文针对人为碳排放（CO和CO2）周循环现象动态监测难题,重点研究卫星观测全球特大城市的NO2（人为碳排放的示踪剂）、人为CO排放和人为CO2排放的周循环现象,并利用卫星监测了新冠疫情期间周循环的变化规律,在此基础上结合地面站点、地面遥感基站在典型城市对卫星观测到的周循环现象进行了验证。论文的主要贡献包括:1)基于OMI 2004-2019多年的NO2柱浓度数据,监测全球特大城市NO2的周循环现象,提出了基于改进的mann-kendall检验和最小二乘线性拟合的NO2周循环变化趋势分析方法;研究发现全球特大城市的NO2周末下降比率达25%～50%,并且近年来大部分特大城市的NO2的周循环效应逐年减弱,这是由于NO2水平有着明显的下降,导致背景对NO2柱浓度的贡献增加。2)基于TROPOMI的NO2、CO柱浓度数据（2018年-2021年）,利用改进的空间高通滤波方法,成功首次监测到全球特大城市人为CO增强的周循环现象;进一步结合OCO-2、GOSAT和GOSAT-2的CO2柱浓度数据（2009年-2019年）和OMI的NO2数据,成功监测到全球特大城市人为CO2增强的周循环现象,克服了人为碳排放研究中背景浓度的干扰,这种由OCO-2和GOSAT-2直接监测到的特大城市每周二氧化碳下降的模式是在现有文献中首次报道的。研究发现:由于其较长的背景浓度所致,全球特大城市的CO和CO2的周末下降比率较小（～10%）。3)基于洛杉矶丰富的观测网络（地面站点、地面遥感基站和卫星观测）,使用观测点和背景区进行差值的方法,去除背景干扰,对卫星观测的NO2、CO和CO2周循环现象进行验证。研究发现地面遥感基站和卫星观测的周循环有较好的一致性,而地面站点观测到了最显著的周循环。根据同位素测量结果,发现了这种显著的周循环现象是由化石燃料燃烧的周循环变化所导致的。4)基于新冠疫情期间的TROPOMI卫星观测数据,研究首次发现:在新冠疫情期间,无论是二氧化氮还是人为碳排放,大部分西方工业城市都表现出周循环效应更为显著的特点,这一发现有悖于近年NO2周循环变化趋势,说明了封锁政策对交通的影响明显大于近年来的人类活动的年际变化。这一现象通过洛杉矶地面监测站点的观测数据得到了进一步的证实。通过分析当地交通流量,发现这种现象主要是由于轻型车辆的交通流量变化所致。研究结果表明,COVID-19对交通排放的系统性变化的影响可以从周循环中推断出来。
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