【摘 要】
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2013年以来,我国大气颗粒物浓度逐渐降低,而臭氧浓度却不断升高。“十四五”期间,我国规划加强臭氧和细颗粒物协同治理。臭氧和颗粒物作为重要的二次生成污染物,其生成过程不仅发生在近地面,还有相当一部分出现在高空。在湍流、风场等大气物理过程作用下,臭氧及其前体物的区域传输会直接导致地区污染事件的爆发。在大气污染联防联控、颗粒物与臭氧协同控制的双重背景下,地基超高光谱遥感能够同时观测多种大气污染物垂直分
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2013年以来,我国大气颗粒物浓度逐渐降低,而臭氧浓度却不断升高。“十四五”期间,我国规划加强臭氧和细颗粒物协同治理。臭氧和颗粒物作为重要的二次生成污染物,其生成过程不仅发生在近地面,还有相当一部分出现在高空。在湍流、风场等大气物理过程作用下,臭氧及其前体物的区域传输会直接导致地区污染事件的爆发。在大气污染联防联控、颗粒物与臭氧协同控制的双重背景下,地基超高光谱遥感能够同时观测多种大气污染物垂直分布,其强大的观测能力在环境监测领域发挥着愈发重要的作用。地基超高光谱遥感近地面污染物算法已取得多项研究进展,而由于平流层臭氧吸收干扰,对流层臭氧廓线反演算法的建立一直是技术难点。基于地基超高光谱遥感技术,本论文建立了无盲区对流层臭氧及其前体物廓线反演算法,并开展了算法的敏感性测试与应用。本文选取首都北京与汾渭平原洛阳市作为研究区域,分别开展了臭氧及前体物时空演化、生成控制类型和区域传输研究。基于北京夏季臭氧及前体物垂直廓线,不同高度颗粒物、臭氧及其前体物演化规律进行了总结分析,并讨论了臭氧生成敏感性垂直结构。在汾渭平原洛阳城区开展的传输通量遥感观测中,本研究首次获得当地污染物传输廓线,并总结了区域传输特征,讨论了两条传输通道对当地空气质量的影响。本文主要结论如下:1.本文建立了无盲区对流层臭氧及前体物廓线反演算法,算法通过建立时空依赖的臭氧先验数据集、耦合第三方平流层廓线分别降低上对流层、平流层臭氧吸收对廓线反演的影响。臭氧廓线与铁塔、国控站点点式观测和臭氧探空等第三方独立观测验证良好。2.本文给出了反演算法中光谱分析、辐射传输模拟、廓线反演的最佳参数设置,两台仪器同期观测的反演结果一致性良好,证明了算法稳定、准确。3.本文以北京城区臭氧及前体物为研究对象,研究了 2018年夏季臭氧及前体物时空演化规律及臭氧生成敏感性垂直结构。研究表明:各污染物近地面时序演化特征最明显,且与交通源排放密切相关;不同高度臭氧生成敏感性不同,近地面臭氧主要由前体物混合控制生成,边界层中层逐渐转变为氮氧化物控制,而边界层中上层,臭氧则再次由前体物混合控制生成。4.为研究区域传输对汾渭平原空气质量的影响,本研究在汾渭平原洛阳市开展了地基传输通量遥感观测,获得了洛阳城区污染物及风场廓线,并计算传输通量廓线。研究表明:洛阳地区盛行东北风与西北风,当地存在两条传输通道。在清洁天,通量传输主要来自西北向;而污染天,则主要来自东北向。东北向传输在近地面传输强度最大,而西北传输通道的主要传输高度在海拔200~600m之间。东北向传输促进当地污染物积累,西北向传输则输送清洁气团,有助于改善空气质量。
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