【摘 要】
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随着城市化的迅速发展以及工业化水平的提高,大气污染已经成为世界人民共同关注的与自身的生命健康密切相关的问题。气体状态污染物的产生与化石燃料燃烧,汽车尾气等因素密切相关,严重威胁着我国人民的生命健康。由于卫星具有全天候和高覆盖率的特点,因此基于遥感数据对对流层痕量气体浓度进行测量是实现气体状态大气污染物监测的重要手段。本文利用Sentinel-5P的L1B级光谱数据进行大气痕量气体反演的研究,主要对
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随着城市化的迅速发展以及工业化水平的提高,大气污染已经成为世界人民共同关注的与自身的生命健康密切相关的问题。气体状态污染物的产生与化石燃料燃烧,汽车尾气等因素密切相关,严重威胁着我国人民的生命健康。由于卫星具有全天候和高覆盖率的特点,因此基于遥感数据对对流层痕量气体浓度进行测量是实现气体状态大气污染物监测的重要手段。本文利用Sentinel-5P的L1B级光谱数据进行大气痕量气体反演的研究,主要对于总斜柱浓度的反演和后续平流层-对流层NO2浓度的分离过程进行了改进。本文主要工作内容如下:1.研究了差分光学吸收光谱法的基本原理和实现过程并进行了改进,改进内容包括:基于吸收截面曲线吸收峰的特点选择405-450nm的光谱拟合窗口并进行光谱校准,使用光学厚度拟合法对测量过程中的气体分子吸收截面进行拟合。同时对大气吸收中的Ring效应采用了高分辨率大气传输模型计算伪吸收截面的处理方法。将该反演方法应用于覆盖中国大陆东部的Sentinel-5P L1B级条带影像,斜柱浓度反演结果与官方产品相关性系数R为0.905,达到高度相关。2.将Stream算法应用于总斜柱浓度的平流层-对流层分层过程中,并且在计算污染权重因子时利用Sentinel-5P往年数据进行了改进,改进Stream算法较好地校正了官方分层算法中部分区域对平流层NO2浓度错误估计的现象。最终扣除平流层NO2浓度的对流层垂直柱浓度数据与Sentinel-5P官方反演数据相关性系数R达到0.902,相关性较好。有关研究表明,L2级产品的结果相比于地面数据存在30%-50%的低估,而本文垂直柱浓度反演结果与官方产品之间存在平均35.12%的向上偏移,可以认为本文反演结果更接近近地面真实情况。3.基于本文反演算法在中国大陆范围内进行了对流层NO2浓度的反演,结果显示NO2污染的地理分布与京津冀,长三角,珠三角等城市群分布及人口稠密程度密切相关。基于长三角地区进行时序分析,发现自然因素与人类活动均是影响对流层NO2排放的重要因素,2020年1月和2月,即新冠疫情爆发初期,长三角区域对流层NO2浓度与去年同比下降56.05%和53.12%,下降趋势明显。最后,利用后向轨迹模型,对长三角地区高空气团输送后向轨迹进行了聚类分析,发现当地污染主要来源除本地排放外,多来自西北方向的污染物输送。
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