中国及典型地区气溶胶光学厚度的时空分布特征及影响因素研究

摘要

气溶胶光学厚度（Aerosol Opitcal Thickness，AOT或Aerosol Opitcal Depth，AOD）是表征大气浑浊程度的关键物理量，也是确定气溶胶气候效应的关键因子。中国霾污染日益严重，人为气溶胶的增加与霾污染有着密切联系，但具体人类活动对其影响机制目前还不清楚，因此，利用长时间序列AOT数据，开展和国民经济生产等活动的相关性分析，找到可能的关键因素，对科学预测及有效地监控区域大气颗粒物污染和政府治理大气环境有着实际的指导意义。同时，气溶胶光学厚度长时间序列时空分布的研究，是分析气溶胶气候效应的基础，也是研究气溶胶与全球变暖、南涝北旱、季风雨带等相互作用的关键。
　　本文基于 MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS)、 AlongTrackScanning Radiometer(ATSR)卫星的气溶胶光学厚度数据、AErosol RObotic NETwork(AERONET)地基气溶胶光学厚度数据以及中国国家统计局的统计数据，对我国（不包括南海诸岛）1995年至2015年的气溶胶光学厚度时间变化和空间分布进行分析，并以长三角城市群（以下简称“长三角”）为典型研究区域，重点分析1995-2015年长三角地区的AOT时空变化特征及人类活动（能源消费结构、汽车保有量、高污染行业产品、城市建设）对该地区AOT变化的影响。
　　主要研究结论如下:
　　1)中国地区气溶胶光学厚度呈明显上升趋势分3个阶段:1995-2002年（第一阶段）和2010-2015年（第三阶段）上升，2002-2010年（第二阶段）波动发展。对中国近21年气溶胶光学厚度数变化贡献率最高的是秋冬季节，AOT月均值整体呈波浪形，最高值出现在2月，最低值在9月。在空间分布上，长三角是AOT主要高值区。
　　2)长三角AOT年变化与全国AOT年变化趋势基本一致，起拉动作用，拉动增长率为82％。第一阶段增长明显快于全国，第三阶段则慢于全国。长三角AOT月变化整体呈W型，最大值出现在1月，最小值在9月。在季节变化上，秋季AOT增加趋势最为明显，对长三角地区近21年气溶胶光学厚度数增长贡献率依次为是冬季、秋季、夏季。此外，长三角AOT的季节波动大于全国，9月长三角AOT对全国AOT贡献较大，拉动增长率为127％，贡献最大的季节为冬季，最小为春季。
　　3)就空间变化而言，长三角AOT高值区基本分布在地势较低的北翼平原地区，而低值区分布在南翼山地丘陵区，上海地区及苏南地区出现AOT最大值，并且不断向四周延浙江大学硕士学位论文摘要伸，出现向浙江北部、安徽南部地区转移的趋势，其原因可能是上海市的粗钢生产量和水泥产量分别从2011年和2006年开始持续减少，而江苏、安徽省在不断增加。
　　4)总体而言，对长三角AOT影响较大的人类活动是交通、高污染行业生产和化石能源消费。其中，汽车保有量影响最为明显，但是汽车保有量影响对AOT长期变化趋势影响不大，仅近5年有较大影响。北翼地区高污染行业对AOT的贡献主要来自江苏省、安徽省的工业生产。
　　5)1995-2015年整个长三角及其南翼地区AOT具有以18个月为周期的变化特征，北翼地区周期为20个月，这与南北气候差异周期变化相近。本文研究结果对长三角治理区域大气污染找准突破口、建设具有全球影响力的世界级城市群也具有现实指导意义，对中国乃至全球其他类似工业区有借鉴意义。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及研究意义

1．2 国内外的研究进展

1．2．1 气溶胶监测平台研究进展

1．2．2 气溶胶时空分布研究进展

1．2．3 气溶胶影响因子研究进展

1．2．4 研究创新点

1．3 研究目标、内容、技术路线

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．3．3 论文组织结构

2 典型研究区域

3 数据与方法

3．1 研究数据

3．1．1 ATSR气溶胶光学厚度产品

3．1．2 MODIS气溶胶光学厚度产品

3．1．3 社会经济数据

3．2 研究方法

3．2．1 线性倾向估计

3．2．2 Mann-Kendall法

3．2．3 小波分析

3．2．4 主成分分析

4 AOT数据验证

5 中国AOT时空特性分析

5．1 AOT时间变化规律

5．1．1 AOT年际变化特征

5．1．2 AOT季节及月变化特征

5．2 AOT空间分布特性

5．3 本章小结

6 长三角地区AOT时空特性分析

6．1 时闻变化规律

6．1．1 AOT年际变化特征

6．1．2 AOT季节和月变化特征

6．2 空间分布特征

6．3 小波分析

6．4 本章小结

7 人类活动对长三角AOT变化的影响分析

7．1 能源消费结构对AOT的影响

7．2 汽车保有量对AOT的影响

7．3 高污染行业分布对AOT的影响

7．4 城市建设对AOT的影响

7．5 主成分分析

7．6 本章小结

8 结论和展望

8．1 结论

8．2 展望

参考文献

攻读学位期间发表论文和参与科研项目