基于OMI数据的中国二氧化硫时空分布及影响因素研究

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随着我国工业化、城市化的飞速发展,产生了大量的大气污染物,对环境和公众健康造成了严重的危害。二氧化硫是痕量气体的重要组成成分,也是对流层大气中主要的污染物之一。卫星遥感为进行大气污染物大范围监测研究提供了有效的手段。因此本文首先利用OMI卫星遥感反演的二氧化硫柱浓度数据,对中国区域2010~2019年大气二氧化硫柱浓度的时空分布特征进行了分析,并对我国各个地区的二氧化硫柱浓度数据进行提取,分析了各个地区大气二氧化硫柱浓度的变化特征。同时利用变异系数、一元线性回归法和Hurst指数对中国大气二氧化硫柱浓度空间变化的稳定性、变化趋势和未来变化趋势进行了分析。最后通过相关性分析,结合气温、降水、植被、地形以及社会经济数据,探讨了我国大气二氧化硫柱浓度时空变化的影响因素。主要得到以下结论:(1)我国大气二氧化硫柱浓度总体空间分布呈北方高南方低的分布特征,高值区分布在华北平原地区,低值区主要分布在华南地区、西南地区大部和华东地区南部。2010~2014年京津冀地区的二氧化硫柱浓度值整体偏高,2015~2019年以京津冀为中心的浓度高值区逐渐消失,低值区范围逐渐增加。我国大气二氧化硫柱浓度变化趋势上大部分区域处于平稳态势,变化幅度较大的区域集中在京津冀及周边地区。春季我国二氧化硫柱浓度主要以1~4级分布为主,夏季的我国二氧化硫柱浓度绝大部分区域呈一、二级分布,秋季的我国二氧化硫柱浓度主要以2~4级分布为主,冬季我国二氧化硫柱浓度以3~5级分布为主。二氧化硫柱浓度月际空间分布上,我国的二氧化硫柱浓度高值区面积先减小后增大,7月高值区面积最小,1月高值区面积最大。(2)2010~2019年中国区域大气二氧化硫柱浓度年际变化整体上呈波动下降的趋势,降幅为0.011DU/年;二氧化硫柱浓度2019年达到最低值,为0.604DU;最高值出现在2011年,为0.744DU。我国大气二氧化硫柱浓度季节变化明显,冬季二氧化硫柱浓度最高,均值为0.772DU,秋季次之,均值为0.668DU,接下来是春季,均值为0.606DU,夏季柱浓度最低,为0.531DU。月际上我国二氧化硫柱呈先减小后增加的趋势,最低值基本出现在每年的7月份左右,最高值出现在1月份左右,波动范围为0.479DU~0.883DU。(3)我国各个地区大气二氧化硫柱浓度总体年均值中,华北地区的最高,华南地区最低;中国各个地区大气二氧化硫柱浓度最大值差异明显,最小值异较小。各个地区的二氧化硫柱浓度年际变化上华东地区和华中地区变化明显,2012~2016年呈显著下降趋势;东北和华北地区始终保持较高浓度值,呈缓慢下降趋势;华南地区始终处于最低浓度值,和西北、西南地区保持基本不变的态势。中国各个地区二氧化硫柱浓度月均值变化中,华南地区呈缓慢增加趋势,其余地区均呈现先减小后增加的趋势;总体上华南、西南地区的二氧化硫柱浓度月均值低于全国水平,东北、华北、华东地区的二氧化硫柱浓度月均值高于全国水平。各地区二氧化硫柱浓度值季节变化除华南地区外其余地区均呈现明显的季节特征,冬季高夏季低。(4)我国大气二氧化硫柱浓度稳定性呈现明显的空间差异,在四川盆地地区和华北平原地区呈现高波动区域分布,说明该地区的稳定性较差,两个高波动区域中间及四周呈中等波动区域,其余大部分区域处于低波动区域。我国二氧化硫柱浓度显著性变化总体呈减少趋势,显著减少区域主要分布在华北平原、长江中下游平原、关中平原、四川盆地和辽宁等地,新疆部分地区轻度增加,其他大部分地区基本不变。我国大气二氧化硫柱浓度持续性表现为以若持续性为主,强持续性集中在山东、河北地区,说明未来我国大部分地区的大气二氧化硫柱浓度变化趋势将延续过去的变化趋势。结合显著性趋势预测未来变化趋势,结果显示,未来我国华北平原地区和重庆地区的大气二氧化硫柱浓度将呈减少趋势,其余大部分区域的将保持基本不变的态势,个别零星区域会有轻微的增加趋势。(5)气象条件、植被、地形、社会经济因素均会对大气二氧化硫柱浓度产生影响。二氧化硫柱浓度年均值与气温、降水、NDVI的年均值相关性均表现为正、负关系并存,且负相关分布区域面积较大;气温、降水与二氧化硫柱浓度的线性拟合结果均呈现显著的负相关,说明气温和降水对二氧化硫的分布有较大的影响。地形与风向对大气二氧化硫柱浓度的空间分布也有重要的影响。社会经济因素里面二氧化硫排放量、第二产业占GRP比重、煤炭消耗量与二氧化硫柱浓度之间具有显著的相关性,其中二氧化硫排放量和第二产业占GRP比重与二氧化硫柱浓度之间相关系数达到了0.9,说明人为因素对我国大气二氧化硫柱浓度的变化起着重要的作用。
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