基于热异常遥感的冀南城市群工业能耗及大气污染

选取冀南城市群为研究区,基于2012~2016年VⅡRS卫星数据热异常点产品,结合工业能源消耗量、工业废气排放量以及空气质量数据,利用统计分析和空间分析探讨热异常点辐射强度的变化规律及其与工业能源消耗、污染物排放之间的关系.结果表明,热异常点的辐射强度可以表征工业能源消耗量,并间接反映工业生产规模与污染排放水平.辐射强度越大,工业生产规模越大.辐射强度与工业SO₂排放量呈较高的正相关,与NO_x排放量呈中度线性相关.PM₁₀、SO₂及NO₂浓度与工业能源消耗和热异常点辐射强度灰色关联度均较高.工业生产活动产生的污染物中,颗粒物对大气污染的贡献最高,其次为SO₂.2012~2016年,邯郸、石家庄以及廊坊的工业生产空间分布呈逐年收缩聚集的趋势,保定和沧州的工业生产分别出现向南、向西迁移趋势.     

北京市秋冬大气污染传输特征遥感研究

综合地基遥感、卫星遥感与地面监测数据对北京市2016年10月—2017年3月的污染来源及传输特征进行分析,并结合气象数据对污染形成的气象条件进行研究.结果表明,冬季重污染发生频率最高,2016年12月和2017年1月发生频率均超过30%.平缓型污染以本地来源为主,单峰型和多峰型污染由本地污染与区域传输共同导致.平缓型和单峰型本地污染集中在北京中南部,多峰型扩散至全市.区域传输方向均以西南为主,单峰型和多峰型存在东南传输.单峰型以1次传输为主,多峰型均为多次传输.传输层的高度差异较大,但均在0.3～0.5 km高度存在低空传输层,并且存在高于1.0 km的高空传输.平缓型、单峰型和多峰型污染的垂直延伸高度分别为0.5、0.7和1.0 km.研究污染发生时的气象条件,发现污染发生时风向均以西南风为主,发生频率高于60%,其次为东南风.相对湿度和消光系数随污染等级提升逐渐升高,当相对湿度高于70%时,多峰型污染消光系数高于2.0 km~(-1)的频率达到63.33%.3种类型污染发生时的逆温频率均高于75%,高强度的贴地逆温是造成本地污染的成因之一.     

基于热异常探测的北京水泥厂大气污染排放评估

为对水泥行业实现大气污染排放动态监测,反映污染排放的时空分布特征,提出基于热异常点探测数据的新型干法水泥气态污染物排放量测算方法.利用VIIRS热异常点的FRP(fire radiation power,辐射功率)参数结合水泥产业结构特点,建立FRP与污染物排放之间的定量估算关系.利用2013—2017年北京市水泥生产统计信息和热异常点探测数据进行了大气污染排放评估,结果显示:①利用热异常产品的FRP参数估算北京市水泥厂的污染排放水平,利用NO_x和SO₂排放量的统计数据对排放估算值进行相关性验证,二者统计值与估算值之间的相关性系数分别为0.65和0.63.②2013—2017年北京市所有水泥厂的热异常点数据与环境统计数据中水泥总产量、熟料总产量、煤炭总产量以及NO_x、SO₂和烟(粉)尘排放量的相关性均较好,相关性系数均在0.7左右.③自2013年以来,北京市金隅琉水环保科技有限公司和北京金隅北水环保科技有限公司的热异常点数均呈下降趋势.由于采取了减排措施,水泥总产量和污染排放量也均呈逐年减少的趋势.研究显示,基于热异常点探测数据的新型干法水泥气态污染物排放量测算方法可快速获取水泥厂的位置信息、热释放规模,结合污染排放因子可间接评估水泥厂NO_x和SO₂等主要污染物的排放情况.      

强降雨过程中冰云粒子等效半径的垂直分布及其与降水的相关性

采用CloudSat卫星云廓线雷达反演资料2B-CLDCLASS,2B-CWC-RO和2B-GEOPROF以及地面气象站降水资料,选取新疆天山及其附近地区的6次强降雨过程中的8个降雨云个例,对云中冰粒子等效半径的垂直分布特征及其与地面降水量的相关性进行了分析。结果表明:冰粒子主要分布在2~13 km的高程内,其等效半径的低值主要分布在云层的上部,高值主要分布在云层的下部。半径大于150μm的冰粒子的出现概率很小,而等效半径小于80 um的冰粒子除2007年7月9日昭苏降水过程中仅分布在云层的顶部外,其它个例中在各高度云层中均有分布。冰粒子等效半径与降水量相关性随高度而变化,在5~6km高度层内相关性最好,相关系数为0.823,且在0.05水平上有较高的显著性。5 km以上高程上的相关性随高度的升高而减弱。同一地区不同降水过程云中冰粒子等效半径的垂直分布具有极高的相似性,相关系数大于0.9。     

京津冀一次污染过程的星地同步动态监测分析

京津冀地区大气污染监管逐渐走向区域联防联控模式,卫星遥感可实现大范围实时动态监测,地基监测能够获取精细的网点信息.结合卫星和地基数据,可对区域污染的生消过程进行三维立体的跟踪.本文通过综合分析卫星遥感数据、地面PM_(2.5)浓度数据、激光雷达垂直污染监测数据以及气象数据,分析了2018年3月8～10日京津冀区域污染的形成过程、传输路径、影响范围以及气象因子变化.结果发现,本次污染覆盖范围面积达20万km~2左右,区域内以四级中度污染为主,区域间的污染传输过程非常典型. 3月8～9日北京-保定偏南风频率为50%左右,冀南部分地区到达100%,在持续偏南风作用下,北京-保定一带空气质量由一级优迅速升至四级轻度污染,气溶胶光学厚度高值区由京津冀南部的邯郸-邢台西部山前推至北部燕山前. 3月10日该区域转以弱偏北风为主,湿度明显升高,京津冀南部形成污染辐合,污染重心南移至邯郸-邢台东部;午后,北京转偏东风,空气质量由东向西递次转好.从激光雷达垂直观测结果看,重污染期间北京地区污染层主要出现在1 000 m以下.近地面800 m以下,1 200～1 500 m多次出现双逆温层,且逆温强度高达4～7℃,非常不利于污染物垂直扩散.由此可见,在区域能源消耗和污染排放量依旧很大的背景下,一旦气象条件转差,很容易形成区域性重污染.     

京津冀秋冬季工业生产热异常遥感监测探讨

为全面、客观掌握工业生产热排放对大气污染的影响,利用遥感手段分析了2018—2019年秋冬季京津冀工业生产热排放及其同比变化。结果显示:2018—2019年秋冬季,京津冀地区工业热异常点数量及秋冬热异常点辐射功率(FRP秋冬)较上年同期明显增加,工业生产活动规模及强度同比有所扩大,区域PM2. 5浓度呈增长趋势。根据FRP秋冬分布特点可将京津冀工业生产分为3类,密集型、分散型和稀少型。工业生产密集型城市FRP秋冬通常 1 500 MW,较为典型的城市如唐山、邯郸,FRP秋冬可达2 000 MW以上甚至上万MW,这些城市的空气质量也相对较差;保定是工业生产分散型城市,该城市热异常点增长显著,FRP秋冬也可达2 000 MW以上,但空间分布分散;工业生产稀少型城市热异常点较少且空气质量相对较好。     

北京建筑施工裸地时空变化及扬尘污染排放

近年来北京城市格局逐步调整,伴随城市扩张与功能疏解,大规模建设工程使建筑施工裸地广泛分布于城市内部,施工扬尘带来的颗粒物污染已经成为影响空气质量的重要因素.选取北京平原区为研究区域,遥感反演了2013~2017年的建筑施工裸地,并分析了其时空分布特征.结合地面颗粒物浓度进行相关性分析,探讨城市建筑施工裸地对空气质量的影响.在此基础上,估算北京平原区2013~2017年建筑施工裸地的扬尘排放量.结果表明,北京建筑施工裸地沿中心城区向四周辐射,呈现出环形的带状分布,以城乡结合部最为集中.2013~2017年建筑施工裸地面积呈现先减后增的变化趋势,2015年后重心向东南偏移,逐步呈现出不均衡的分布特征.建筑施工裸地面积与PM10呈正相关,23个地面自动监测站点的相关系数均在0.80以上.2017年北京平原区建筑施工裸地颗粒物排放量核算结果如下:TSP排放量为39.5×10~4t、PM10排放量为19.4×10~4t、PM_(2.5)排放量为4.0×10~4t.单元网格的建筑施工裸地颗粒物排放强度向两级化发展,建筑施工裸地的局部集中导致高污染单元网格排放强度进一步增大.以标准化的PM10网格排放量为依据,将北京平原区分为低污染排放区、较低污染排放区、中污染排放区、较高污染排放区及高污染排放区5个级别,分级管控可以更有效地减轻扬尘污染影响.     

2015～2017年北京及近周边平房燃煤散烧及其污染排放遥感测算

利用2015~2017年8~9月2 m级高分辨率遥感影像，对北京市平原区平房面积和分布进行遥感监测，其中2017年增加北京周边地区（廊坊、保定）的监测，获取平房信息，并利用平房采暖面积调查、燃煤量入户抽样调查等技术手段，估算了北京及周边地区平房燃煤总量，同时结合排放因子，测算了燃煤PM_2.5、SO₂、NO_x的排放量.结果表明2015~2017年，北京市平原区平房燃煤量大幅度下降，燃煤总量下降了75%，煤改电（气）措施效果显著.现阶段（2017年）北京城六区、南部平原城乡地区基本实现"无煤化"，燃煤散烧主要集中在北部平原区，其中昌平、顺义区燃煤量均超过30万t，平谷、延庆区的燃煤量在15万t以上.从空间分布来看，2015年燃煤量空间呈环状分布，2016年呈半环状，燃煤集中在位于环面区域的昌平、顺义、通州、大兴区.2017年各区平房燃煤所产生的大气污染物排污量差别明显，其中昌平区的SO₂和NO_x排放量最高，分别为1113.3 t和279.2 t.2017年保定、廊坊市煤改清洁能源工作初见成效，但燃煤总量依然较大，煤质差、使用方式粗放，燃煤强度由北至南逐渐增大.保定、廊坊市平原区燃煤量分别约为1043万t和407万t.保定市近郊村庄燃煤量普遍较少，北市、南市和新市区村庄燃煤量均低于5万t.廊坊市平原区燃煤量空间分布较为平均，其中文安县平原区燃煤量最多，为69万t，大厂回族自治县燃煤量最低.     

北京市气溶胶消光系数垂直特征及影响因子探讨

为研究北京市气溶胶垂直方向上的分布特征,利用微脉冲激光雷达（MPL）对北京市2015年12月-2016年11月的气溶胶光学特征进行分析,讨论了气溶胶消光系数的季节性特点以及不同污染等级下的垂直分布,并对其影响因素进行了探讨.结果表明:①北京市气溶胶消光系数垂直特征在季节上存在异质性.秋、冬两季近地面1.0 km以下气溶胶消光系数显著增大,最大气溶胶消光系数大于1.0 km-1;春、夏两季污染日较少,气溶胶消光系数在垂直方向上变化较为平缓.②不同污染等级下气溶胶消光系数的垂直特征差异明显.空气质量为优-良水平时,气溶胶消光系数较低,基本不高于0.7 km-1;轻-中度污染时,气溶胶消光系数在不同季节差异较大,冬、春两季气溶胶消光系数不超过0.8 km-1,夏、秋两季在1.0 km-1左右,部分监测站甚至在1.4 km-1左右;重度及以上污染时,气溶胶消光系数基本在1.0 km-1以上,最高可达1.7 km-1.③105 m处气溶胶消光系数与ρ（PM_2.5）相关性较好.气溶胶消光系数除受ρ（PM_2.5）影响外,还受相对湿度影响较大.夏、秋两季对流层底层大气相对湿度偏高,致使气溶胶消光系数显著高于春季和冬季.研究显示,利用激光雷达可对北京市气溶胶垂直方向分布特征进行有效分析,气溶胶的垂直分布受污染水平和相对湿度的影响呈季节性变化.      

基于卫星遥感的京津冀热环境效应分析

为探究北京城区和京津冀城市群等不同尺度上地表热环境时空格局变化以及与大气污染和污染排放的关系,利用Landsat-58、Terra MODIS和Aura卫星上OMI等多期数据,采用普适性单窗算法反演了不同区域的地表温度强度,并结合京津冀重点行业NOX排放量和区域NO2柱浓度空间分布数据,分析了2001—2016年北京及京津冀地区大气污染、能源消耗和城市热力格局之间的关系。结果表明:北京市热岛分布具有显著的地域性,高地表温度与相对较低地表温度集聚与相间分布并存,建成区城市热岛效应明显; 2001—2016年随着城市的快速发展,城区快速向外蔓延,北京城市的热场强度逐年加强,范围逐年向东、向南扩大;热岛高强度范围与NO2高污染区、NOX高排放区有较好的一致性,热岛强度的分布特征有助于大气污染物"热量"网络的规划,卫星热红外遥感可提供必要的技术支撑。