博士論文摘要 | 馬明亮:對流層臭氧時空分析影響因素研究及近地面臭氧估算

2021-02-13 測繪學報

《測繪學報》

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本文內容來源於《測繪學報》2020年第11期，審圖號GS（2020）5931號。

馬明亮     

山東建築大學測繪與地理信息學院, 山東 濟南 250101

基金項目：礦山空間信息技術河南省重點實驗室開放基金（KLM201804）；科技部國際科技合作專項（2016YFE0104400）

引文格式：馬明亮. 對流層臭氧時空分析影響因素研究及近地面臭氧估算[J]. 測繪學報，2020，49(11)：1507-1507. DOI: 10.11947/j.AGCS.2020.20190438.閱讀全文：http://xb.sinomaps.com/article/2020/1001-1595/2020-11-1507.htm

臭氧是大氣中一種含量很小，但卻非常重要的痕量氣體。按照高度分為平流層臭氧和對流層臭氧。平流層臭氧是地球上生命的保護傘，使之免受太陽紫外線輻射的傷害，此外還在氣候變化中扮演重要角色。自平流層臭氧迅速降低，尤其是南極臭氧空洞被發現以來，平流層臭氧就成為全球科學家和公眾關注焦點，已被大量研究關注。與平流層臭氧相比，對流層臭氧卻是對生態系統和人類有毒的空氣汙染物，它能危害人類的健康，破壞生態系統，並能影響氣候變化，但在對流層臭氧數據時空分析及規律，區域對流層臭氧和近地表臭氧影響因素貢獻及規律方面，仍有待研究。因此，本研究在對TOMS/SBUV和OMI/MLS全球對流層臭氧遙感反演產品進行地基驗證、誤差校正與一致性評價的基礎上，分析了全球對流層臭氧的時空分布特徵，並針對華北區域出現的夏季對流層臭氧高值中心和顯著增長趨勢進行了深入研究，定量地探討了華北及周邊區域對流層臭氧各影響因素的貢獻和影響機制。同時，考慮到當臭氧在近地層富集時會對人體健康造成嚴重危害，因此本研究進一步分析了我國近地面臭氧的空間分布聚集特徵。本研究以大氣臭氧為研究對象，包括了全球、中國、華北3個水平尺度，以及對流層和近地面兩個垂直尺度，旨在發現和解釋不同尺度下臭氧的時空變化規律，為衛星遙感產品用於臭氧機制分析提供研究參考，對制定區域對流層臭氧上升和地面臭氧汙染應對措施都具有參考意義。本研究得到的主要研究結論如下：

(1) 針對單一衛星觀測在時間上的局限性，提出了一套針對OMI/MLS和TOMS/SBUV的長時間序列對流層臭氧數據處理方案，包括緯度帶-月份誤差校正、改進後概率映射誤差校正和一致性評價等，得到了一套時間範圍較長、一致性較好且空間覆蓋度高的全球對流層臭氧數據。結果顯示，該數據和地基數據的一致性比處理前提高了44.89%。

(2) 開展了全球對流層臭氧的時空分析，規律性結果與前人研究基本一致，同時，本研究還發現，全球對流層臭氧在1979至2016年間均呈上升趨勢，且可分為平穩波動和顯著上升兩個階段；華北區域夏季對流層臭氧上升趨勢可達0.154 DU/a，顯著高於全球其他區域，且本研究的數值高於前人研究結果，這與本研究所使用的處理後時間序列數據有關。

(3) 定量揭示了華北區域夏季對流層臭氧高值形成的原因和各因素貢獻大小。研究發現，秸稈燃燒使得NOX濃度升高，加快了臭氧光化學反應進程，引起顯著的臭氧淨產生，從而導致整個東亞6月對流層臭氧平均含量升高約4.0 DU，佔該地區6月對流層臭氧總量的8%。此外，紫外輻射、緯向風速和經向風速是另外3個主要影響因素，上述4個因素共同解釋了該區域6月90%以上的對流層臭氧觀測變化。

(4) 揭示了中國區域近地面臭氧日均8小時最大濃度數據存在明顯的空間分異，可分為華北、東南、長江中下遊以及西南四大典型區域。各區域近地面臭氧的共性影響因素主要是溫度、太陽輻射和季節性，同時還存在區域差異性影響因素，具體是：風向和日照時長(華北)；相對溼度和邊界層高度(長江中下遊)；相對溼度和風向(東南)；相對溼度和地表氣壓(西南)。

作者簡介：馬明亮(1988-),男,2019年6月畢業於華東師範大學,獲理學博士學位(指導教師:高煒教授,施潤和副教授),研究方向為對流層臭氧遙感。E-mail:maminglianghdsf@163.com




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