基于WRF模型与气溶胶光学厚度的PM2.5近地面浓度卫星反演

为了反演高分辨率的PM_2.5近地面浓度,利用WRF(中尺度气象模型)模拟的大气相对湿度、风速、边界层高度等气象因子对AOD(气溶胶光学厚度)分别进行订正,以逐步提高AOD与近地面ρ(PM_2.5)间的相关性;分析不同反演模型的统计学特征,优选反演模型,并利用最优模型反演中国中东部地区2014年年均ρ(PM_2.5)的空间分布特征.结果表明:AOD经相对湿度订正后,其与近地面ρ(PM_2.5)的相关性显著提高,相关系数达到0.77;同时引入相对湿度、风速2个气象因子,AOD与近地面ρ(PM_2.5)的相关系数升至0.79(n=145,P<0.01);同时引入相对湿度、风速和边界层高度3个气象因子,AOD与近地面ρ(PM_2.5)的相关系数进一步升至0.80(n=145,P<0.01).模型反演表明,研究区域内ρ(PM_2.5)年均值大于35 μg/m3的面积高达334.49×104 km2,占研究区域面积的83.2%,并且高污染地区与人口密度高度重合.分析表明,北京、天津、河北、山东及河南等典型重污染省、直辖市分别有96.30%、100%、78.16%、98.86%、100%面积的ρ(PM_2.5)超标,分别约有99.97%、100%、96.41%、98.88%、100%人口生活在空气质量超标地区.      

北京地区不同时段平均PM2.5浓度与MODIS气溶胶光学厚度相关性分析

利用2014年北京市12个空气质量监测站的逐小时PM_(2.5)地面观测资料,以及Terra和Aqua卫星的MODIS气溶胶光学厚度(AOD)产品,在时间和空间数据匹配的基础上,研究了PM_(2.5)的5 h(10:00—14:00)和24 h(0:00—23:00)两种时段平均浓度及两颗卫星平均AOD的时空分布特征,并建立了AOD与不同时段平均PM_(2.5)浓度之间的回归模型.结果表明:PM_(2.5)的5 h平均浓度和24 h平均浓度值均在城区高、郊区低,最低值位于定陵站;匹配后逐时PM_(2.5)浓度的日变化呈"双峰型",最低值出现在下午,但北京西北部郊区的定陵和昌平镇站因局地山谷风环流和外部排放源的影响,其"双峰型"波动趋势较城区站偏弱,最低值出现在上午;AOD的空间分布特征与PM_(2.5)浓度分布一致,但在郊区由于污染水平分布不均,卫星采集的样本可能来自于周围的清洁大气,导致AOD的最小值在郊区站点明显低于城区站点;两颗卫星平均的AOD与5h PM_(2.5)平均浓度的决定系数高于AOD与24 h PM_(2.5)平均浓度的决定系数;AOD与PM_(2.5)的相关系数在城区高于郊区,郊区排放源分布不均和强的局地系统性环流是造成其相关系数低的重要原因.     

乌鲁木齐市MODIS气溶胶光学厚度与PM10浓度关系模型研究

为了建立乌鲁木齐市近地面PM10浓度监测的关系模型,利用乌鲁木齐市2013年3—11月、2014年3—11月MODIS AOD产品与同期地面观测的PM10质量浓度进行相关分析,结果表明二者直接相关程度较低(r=0.433,p0.01);然后以WRF模式模拟的大气边界层高度及地面观测的相对湿度数据对AOD进行垂直、湿度订正后,二者相关性得到较大程度提高(r=0.630,p0.01);按照季节分类统计和订正春、夏、秋季的相关系数r分别为0.779、0.393、0.523,均大于统计学上99%的置信度要求,其中春季的订正最为有效,可用性更高;最后,建立全年和各季AOD-PM10最优拟合模型并反演乌鲁木齐市地面PM10质量浓度,全年和三季的反演结果与实测数据的相关系数分别为0.757、0.748、0.652、0.715(p0.01);同时基于卫星遥感AOD反演得到的PM10质量浓度的空间分布与AOD呈现出整体的一致性,并且3个季节AOD平均值表现为:春季秋季夏季.证实了卫星遥感AOD经过垂直和湿度订正后,可以作为辅助监测乌鲁木齐市PM10地面浓度分布的一个有效手段.     

基于卫星遥感的海南地区对流层NO2长期变化及成因分析

利用OMI卫星反演的较高分辨率(0.125°×0.125°)对流层NO_2(Tro NO_2)柱浓度数据,分析了近12年海南岛TroNO_2柱浓度的时空变化,同时,结合MODIS卫星反演的气溶胶光学厚度(AOD)资料、海口市空气质量指数(AQI)、GDP、SO_2排放总量,以及民用汽车保有量等探究其长期变化与成因.结果表明:海南地区TroNO_2柱浓度空间分布表现为北半部高于南半部、四周沿海高于中部山区的特征,其中,北部地区最大值可达20×1014molec·cm~(-2)以上.近12年来海南地区TroNO_2柱浓度表现为上升的变化趋势.季节变化表现为冬季高于夏季,夏季浓度偏低和雨水的冲刷作用有关,而冬季偏高与旅游过冬人口增多和外源输送作用有密切联系.四季TroNO_2柱浓度均有不同程度的上升,而且季节差异在2010年以后有增大的趋势.海南地区TroNO_2柱浓度分布与岛上经济水平和人口分布关系密切,海南地区民用机动车拥有量近10年呈现快速的增加趋势,机动车尾气NO_2排放也不容忽视.     

综放采空区遗煤厚度的分布规律及模拟研究

鉴于采空区遗煤厚度对其自燃规律影响的重要性,对综放采空区遗煤厚度的分布规律进行了研究.应用松散介质理论、放煤椭球体理论及三维数值模拟方法对综放采空区遗煤的空间分布形态、采空区顶板压力及空隙率分布进行分析,得到采空区遗煤厚度的计算公式及三维分布示意图,采空区顶板压力与遗煤空隙率、遗煤厚度的函数关系及在算例条件下三者的三维分布状态.结果表明:综放采空区遗煤的空间形态受工作面的放煤步距、放煤口间距及顶煤破裂角、采空区顶板压力、遗煤空隙率等因素的影响,采空区遗煤厚度分布的确定应是非连续、非均匀的.     

京津冀晋鲁区域气溶胶光学厚度的时空特征

利用2000年3月至2013年12月MODIS Level 3遥感反演大气气溶胶光学厚度(AOD)产品数据,分析近年来京津冀晋鲁区域AOD的时空分布和变化特征.结果表明:1从时变特征来看,近14年来全区年平均AOD值在0.428~0.550之间变化,年际间变化浮动大,因此多年平均增长率并不高,仅呈微弱增长趋势;以2008年为界可将近14年的AOD变化分为呈明显上升趋势的第一阶段(2000—2007年,增长率为1.349%)以及呈明显下降趋势的第二阶段(2008—2013年,增长率为-1.483%);全区四季AOD多年变化除夏季呈微弱下降趋势,其它3季均为上升趋势,冬季增长率最大;夏季AOD最高,但有回落的趋势,冬季AOD最低,但有上升的趋势.2从空间分布特征来看,全区多年AOD空间分布大体上呈南高北低的格局,河北和山东的西南部为高值区(AOD为0.72),河北和山西的北边为低值区(AOD为0.23),北京和天津则处于中上水平(AOD为0.58);全区四季AOD空间分布呈现出强烈的季节变化,春季较高,夏季最高,进入秋季显著降低,冬季则最低,冬季到来年春季呈跳跃性增高.这些结果有助于京津冀晋鲁区域的气候变化和环境研究.     

覆盖层甲烷氧化动力学和甲烷氧化菌群落结构

基于实际填埋场覆盖土建立了可实时在线监测生物气的模拟覆盖层系统,连续监测了不同垂直梯度生物气浓度变化.甲烷通量不变时,覆盖层内不同梯度生物气浓度基本保持不变,系统持续稳定运行,甲烷通量变化后2~3 h生物气可再次持续稳定.考察了覆盖层甲烷氧化特性与甲烷通量的关系,深度大于20 cm,氧气浓度随甲烷通量的增大呈减小趋势,表层氧气浓度与甲烷通量无相关性,不同梯度的甲烷氧化速率与甲烷通量呈正相关(R2变化范围0.851~0.999).为避免覆盖土脱离系统环境造成的误差,以动态连续监测结果为基础,利用双基质Michaelis-Menten方程拟合了覆盖层甲烷氧化动力学(R2范围为0.902~0.955),得到覆盖土半饱和常数Km为0.157~0.729,Km随深度的增加而增大.利用高通量测序技术分析了原始覆盖土和经模拟覆盖层运行后的甲烷氧化菌群落结构,运行后甲烷氧化菌OUT数量显著增多,优势菌群为Ⅰ型菌的Methylobacter和Methylophilaceae及Ⅱ型菌Methylocystis.     

基于细模态AOT的中国PM0.5时空分布特征

利用2006—2011年PARASOL卫星细模态AOT(aerosol optical thickness,气溶胶光学厚度)的观测值,探讨中国PM0.5浓度的时空分布特征,并对中国与全球PM0.5的空间分布进行对比分析.结果表明:细模态AOT高值出现在中国、非洲中部和南美洲,分别为0.5～1.0、0.4～0.9和0.4～0.6,反映出这些地区PM0.5污染严重.在中国范围内,细模态AOT高值区主要分布在6个区域,包括重庆市、四川省成都市及其周边地区,华北平原地区,湖北省和湖南省的两湖平原地区,广西壮族自治区,珠三角地区,陕西渭河平原以及山西汾河河谷地区,各区域细模态AOT最大值分别为1.1、0.9、1.0、1.0、1.1和0.8,这些PM0.5污染严重地区的分布与SO2、OC、VOC、NOx等的污染源及其排放强度分布特征相一致,并且PM0.5浓度呈逐年升高趋势.2006—2011年,冬、春季细模态AOT平均值升高了18.09%,而夏、秋季平均值升高了9.00%,表明冬、春季PM0.5浓度显著高于夏、秋季.细模态AOT的多年月均值变化表明,其较高值出现在1月、3月,分别为0.37、0.36,最低值(0.18)出现在8月.但在局部地区,如华北地区(115°E～125°E、33°N～42°N),细模态AOT表现为夏季高于冬季.主要原因是华北地区受夏季副热带高压以及太阳辐射的影响,加强了南方污染物的长距离输送以及大气光化学反应,致使该地区夏季PM0.5浓度增高.     

海上油膜厚度测量系统的研究

针对海上油膜厚度的实时动态测量,提出一种海上油膜厚度测量系统。该系统包括海上溢油样本采集装置、油膜厚度检测装置、MCU(Micro Control Unit微控制器单元)数据处理装置、nRF905无线数据传输装置和计算机。系统采用电子检测技术对海上油膜厚度进行测量,根据系统的测量原理开发出计算油膜厚度的数据处理算法,利用系统对不同油膜厚度的原油油膜和轻柴油油膜进行了实验测量。研究结果表明,本系统能够实现不同油种和不同厚度的油膜实时、动态、快速准确的测量,可用于海上油膜厚度的测量研究。     

陆源自然平整海冰生长过程中的盐分与孔隙率变化

渤海海冰资源化将为环渤海地区水资源短缺问题的解决提供一种战略途径。研究自然平整海冰在生长过程中的物理性状,可以为海冰开采冰源选取提供理论依据。本文通过实地观测渤海湾沿岸盐场一级沉淀池平整海冰生长状况,基于实测数据分析,得出了海冰生长过程中厚度、盐度、密度以及孔隙率的变化规律。结果表明:温度是影响海冰生长的关键因素;海冰累计厚度与负积温成反比,当平均气温低于冰点时,平整海冰单日生长量与日平均气温成反比,累积冰厚随时间成二次分布;生长初期海冰盐度较高,随着时间推移呈下降趋势;海冰密度和孔隙率随着气温变化而波动,密度整体上(实密度和表观密度)呈下降趋势,而孔隙率呈上升趋势。