关中地区雾霾天期间气溶胶的时空演变分析

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1、分类号：X511学校代码：10697密级：公开学号：201531596专业学位硕士论文SPECIALIZEDMASTER’SDISSERTATION关中地区雾霾天期间气溶胶的时空演变分析学科名称：环境工程作者：王文鹏指导老师：谢元礼副教授西北大学学位评定委员会二○一八年六月SpatialandtemporalevolutionofaerosolsduringhazedaysinGuanzhongAreaAthesissubmittedtoNorthwestUniversityinpartialfulfill

2、mentoftherequirementsforthedegreeofMasterinenvironmentengineeringByWangWenpengSupervisor:XieYuanliAssociateProfessorJune2018本论文受到陕西省自然科学基础研究计划“关中城市雾霾天气溶胶变化遥感监测与分析”（项目编号：2017JM4035）资助。摘要摘要近年来，关中地区雾霾天气较为较重，已对公众健康和生态安全构成了巨大的威胁。现在，我们通常是通过地基站点上的地面仪器对大气环境的污染成分进行

3、连续性的采样与监测，但是这样的地基站点的数量非常有限，既难以观测雾霾的分布范围，也难以在区域尺度上获取雾霾的变化过程。此外，我国排放源复杂多变，不同地区差异大，单纯依靠局地采样容易受本地源影响。因此，近年来越来越多的学者开始利用卫星遥感技术进行雾霾监测。本文基于遥感反演气溶胶的基本原理，以目前应用最广的暗像元算法，利用MODISL1B数据，通过6S模型构建查找表，定量反演了关中地区12次典型雾霾天时段期间的气溶胶光学厚度，得出了关中地区雾霾天期间气溶胶光学厚度的空间分布格局，并结合HYSPLIT模型、环境空

4、气质量数据、地形特征、人口密度状况以及地面风场，进一步分析了雾霾过程的时空演变规律，探究了污染物的可能来源，具体结论如下：（1）利用暗像元法在ENVI5.1平台上对关中地区12次典型雾霾天期间的气溶胶光学厚度进行了反演，通过与AOI指数做对比，发现AQI与AOT反演结果的变化规律相同，证明了暗像元算法反演气溶胶光学厚度能够成功监测雾霾污染的产生、发展、消散过程，暗像元算法适宜用于关中地区气溶胶光学厚度的反演。（2）通过多个雾霾天时段的AOT反演结果可以得出，在关中地区气溶胶污染较为严重的时期（即接近或达到气

5、溶胶污染巅峰状态的时期），AOT的空间分布格局总体呈现南北低中部高、西低东高的态势。（3）通过分析关中地区的地形特征，可以看出，地区两侧地形向中部倾斜，且南部（秦岭山区）比北部（渭北北山区域）海拔高，而位于关中地区核心的渭河平原西狭东阔，向东与运城盆地以及河南省连通，地形起伏不大，这样的地形特征就使得关中地区以东的晋南、豫北地区的污染物可能由于气象因素而扩散到关中地区，使得关中地区雾霾加重。通过与AOT反演结果做对比分析，得出关中地区的地形特征与气溶胶污染的空间分布格局具有极强的相关性与吻合性，南北两侧海拔

6、高的地方AOT相对较小，渭河平原西部狭窄地带AOT比东部要小。同时，从关中地区人口密度分布图可以看出，关中地区南北两侧人口分布较为稀疏，由南北两侧向中部，人口密度逐渐增大，这与关I西北大学硕士专业学位论文中地区气溶胶污染较重时期呈现出来的AOT空间分异性有很强的对应性，人口密度越大的地方，气溶胶污染越为严重。（4）综合分析AOT反演结果、气团后向轨迹、地形特征、人口密度状况以及地面风场，认为关中地区雾霾天期间的气溶胶污染主要由本地自产，但其周边区域也会向关中地区输送部分污染物，以西北方向的沙尘性污染和关中以

7、东的工业型污染为主，具体来讲，外源性污染主要来自甘肃的平凉与庆阳地区、山西南部的运城与临汾地区、河南北部的三门峡与洛阳地区以及内蒙古、宁夏、新疆的局部区域。在时空演变趋势上，雾霾天期间气溶胶污染自关中的中部（西安与咸阳地区）或东部（渭南地区）产生，由东向西自然扩散增大，但整体局限在位于关中核心的渭河平原区域，南部秦岭山区与北部的渭北北山区域气溶胶污染相对较轻，同时，周边区域可能会向关中地区输送部分污染物，导致气溶胶污染加重，在气溶胶污染持续一段时间之后，通常是由于西南干净气团和西北高空气团（受污染程度低的相

8、对清洁的气团）的注入，使得关中地区气溶胶污染自西向东扩散与稀释。关键词：关中地区，雾霾，气溶胶光学厚度，遥感反演，时空演变IIABSTRACTABSTRACTInrecentyears,thefogandhazeinGuanzhongareaisseriousrelatively,whichhasposedagreatthreattopublichealthandecologicalsafety.Atpresen