能源资源开发区域大气CO_(2)时空变化及影响因素分析

分析能源资源开发区域大气碳浓度的时空变化和影响因素,对于探索“碳达峰”“碳中和”背景下能源资源开发高质量发展路径至关重要。新疆维吾尔自治区是我国重要的能源和战略资源基地,本文面向新疆维吾尔自治区的能源资源开发现状,采集并预处理了2015—2021年轨道碳观测卫星-2(Orbiting Carbon Observatory-2,OCO-2)二氧化碳L3数据产品,分析研究区大气碳浓度的时间变化趋势和空间分布格局,构建深度森林回归模型,并分析各影响因素对碳浓度时空变化的驱动作用。结果表明:(1)新疆维吾尔自治区、准噶尔盆地、吐哈盆地和塔里木盆地XCO_(2)浓度在2015—2021年均呈周期性上升趋势,增长率呈“先减后增”,且季节变化趋势呈现明显的“春季高冬季低”;(2)在春、秋和冬季,新疆XCO_(2)浓度空间格局呈现“北高南低”的趋势,在盆地区域及能源资源开发区域出现XCO_(2)高浓度积聚现象,夏季则呈现“北低南高”趋势;(3)地形起伏、风场流速、NDVI、地表温度、降水量、10 mV风、10 mU风和能源开发强度对区域XCO_(2)浓度时空分布有显著影响,各因素呈现明显的空间异质性和显著差异。研究结果有助于理解能源资源开采区域的大气碳浓度时空演变机制,在国家碳减排目标的实现、指导碳中和策略、追踪碳减排效果等方面具有深远意义。

面向碳卫星数据的高时空分辨率XCO_(2)浓度估算的研究

基于碳卫星的遥感是一种正在发展的大范围高精度CO_(2)监测方法,但当监测对象为我国长三角区域这种大空间尺度时,碳卫星数据会存在时空稀疏性的问题。本文提出了一种新的模型ST-SAN(space time soft attention network),旨在提高碳卫星数据的高时空分辨率XCO_(2)(大气CO_(2))浓度估算精度。本文将2016—2020年的多源数据(包括人类活动数据、气象数据和植被数据)与碳卫星数据结合,生成空间分辨率为0.05°的无间隙XCO_(2)日浓度数据集。通过ST-SAN模型对这些数据进行训练和预测。实验结果表明,重建后的XCO_(2)数据集与OCO-2卫星数据和地面站点数据具有高度一致性,验证了本方法在高时空分辨率XCO_(2)浓度估算中的有效性。

基于OCO-2卫星数据的中国CO_(2)浓度时空变化特征

大气CO_(2)浓度增加引起的全球变暖问题是国内外学者关注的热点议题,但对CO_(2)的监测一直存在较多的不确定性。利用2015—2022年OCO-2卫星观测的CO_(2)柱浓度混合比数据(XCO_(2)),基于克里金插值和标准差椭圆等方法,分析了中国CO_(2)浓度时空分布与变化特征,有以下3个结论。1)基于OCO-2卫星数据的XCO_(2)数据集精度较高,与地面监测站(瓦里关站、鹿林站)观测结果的均方根误差仅为1.75 ppm和1.58 ppm,相关系数分别为0.91和0.96。2)年际上,2015—2022年中国年均XCO_(2)由399.52 ppm增至417.64 ppm,年均增速为2.56 ppm/a,高于过去10年全球CO_(2)浓度平均增速(2.06 ppm/a),但在2019年之后XCO_(2)增速呈下降趋势。季节上,XCO_(2)具有明显的季节变化特征,春季XCO_(2)最高,夏季最低。3)空间分布上,XCO_(2)表现出东部高,西部、东北地区低的空间分布特征。XCO_(2)浓度高值区域集中在京津冀和长三角等城市群。中国东北、西南地区XCO_(2)增速较快,高于华东、华南等经济发达地区。

太湖贡湖湾2-甲基异莰醇(2-MIB)时空变化特征及影响因子

湖泊水体丝状蓝藻的大量出现会产生嗅味代谢物,引发由2-甲基异莰醇(2-MIB)主导的嗅味问题,威胁饮用水安全。太湖贡湖湾是苏州市、无锡市的重要饮用水源地,近年由2-MIB引起的水体嗅味问题时有出现,但相关研究鲜有报道。为掌握贡湖湾2-MIB时空变化特征及影响因子,研究分别于2022年3—12月和高温期间(7月29日—8月29日)开展逐月及高频调查。逐月调查结果显示,贡湖湾2-MIB浓度变化季节性差异显著,夏季浓度最高,可达124.3 ng/L。贡湖湾各点2-MIB的空间分布无明显差异。高频调查结果发现,高温期间贡湖湾入湖口附近水域2-MIB浓度变化剧烈,最高值可达1385 ng/L,超其嗅阈值(10 ng/L)近140倍。本文研究借助人工镜检及功能基因高通量测序技术,首次揭示拟浮丝藻是高温时段贡湖湾2-MIB的主要来源。主成分分析及相关性分析结果表明,水温、月均太阳辐射、总磷和叶绿素a是影响贡湖湾2-MIB逐月变化的关键环境因子。高温时段贡湖湾拟浮丝藻的时空变化主要受水温、日均太阳辐射、风力、硝态氮和溶解性总磷及微囊藻多个环境因子共同影响。

基于OCO-2卫星的中国人为碳排放时空变化与社会经济影响分析

利用OCO-2碳卫星二氧化碳柱浓度(XCO_(2))数据,结合时空克里格和XCO_(2)异常计算方法,研究2015~2021年中国地区XCO_(2)异常的时空变化趋势,并基于随机森林算法定量分析社会经济影响因素对XCO_(2)异常的影响.结果表明,2015~2021年中国地区XCO_(2)异常在时间上呈现显著的周期性变化趋势,尤其在冬季会出现显著的波峰,在空间上呈现东高西低、南高北低的梯度分布.基于OCO-2卫星的XCO_(2)异常空间分布与人为排放清单基本一致,特别在大空间尺度和高排放地区,XCO_(2)异常值更能有效地展示人为碳排放的空间分布特征.在省级尺度下,GDP、地方财政支出、人口、汽车保有量等因素影响因子对XCO_(2)异常呈现显著的正相关关系,其中GDP的相关性和贡献度占比最高,分别是0.56和0.46,与此同时,能源强度、产业结构和能源消费结构等也对XCO_(2)异常有一定的影响和贡献.研究结果表明卫星遥感在检测中国地区人为碳排放时空变化趋势和影响因子分析的研究上具有可行性,可为生态环境保护和碳减排决策提供支持.

中国XCO_(2)浓度时空分布特征及影响因素研究

本文基于GOSAT卫星遥感监测的XCO_(2)数据,分析2011—2020年我国XCO_(2)的时空动态特征,并采用Pearson相关系数以及时空地理加权回归模型,探讨自然和人类活动对中国XCO_(2)分布的影响机制。结果表明:(1)高浓度XCO_(2)在空间上呈现“东南高-西北低”的分布格局,在局部地区存在高浓度聚集现象。除新疆和西藏西部沙漠地区外,低浓度XCO_(2)按照高纬度到低纬度递减,东部与中西部地区浓度差距超过6 g/mL。(2)2011—2020年的XCO_(2)年均变化幅度超过5.5%;月均XCO_(2)在年内呈周期变化,浓度变化速率最高出现在春夏过渡期,且每年夏季都会出现XCO_(2)相对于该年的快速下降过程。(3)XCO_(2)与各影响因素的相关性由高到低排序为:化石燃料燃烧的碳排放、植被、降水以及气温。随着时间的推移,化石燃料燃烧产生的碳排放对XCO_(2)分布的正向影响空间范围逐渐缩小,而气温的影响在影响强度和影响空间范围上均呈现增大趋势。

基于Sentinel-2影像的漳泽水库浮游藻类时空变化分析

基于漳泽水库Sentinel-2影像、浮游藻类及水质监测数据,采用归一化植被指数(NDVI)法分析了2018—2022年库区藻类动态变化,研究了影响藻类时空变化的环境因素。结果表明,将水文、水质数据与NDVI相结合,可有效反映库区藻类时空变化。漳泽水库浮游藻类优势属在2018—2020年与2021—2022年存在明显差异,藻类生物量和藻细胞密度分别在2019、2022年达到峰值。近5 a库区藻类生物量年内变化相似,大致可分为“三降三升”6个阶段。库区藻类生物量年内变化与水力扰动密切相关,同时受水温和营养盐等因素影响。

降雨过程后北京城区PM_(2.5)日时空变化研究

随着人类环境意识的增强,人们对城市雾霾天气的忧虑与日俱增,PM2.5的时空变化和对人体健康的影响已成为关注的焦点。以往的研究多集中在不同季节或年际的变化,本文通过统计环保局发布的位于北京城区13个逐时浓度监测点降雨前后PM2.5质量浓度,并在城区布设14个采样点昼夜连续监测一次降雨后72 h内PM2.5质量浓度变化情况,研究北京市城区降雨后PM2.5日变化规律及空间分布特征,由此分析降雨对PM2.5日变化规律的影响。同时对比PM2.5与同步气象数据(温度、相对湿度)和交通数据(车辆量、车速)最值频率分布情况,进而对PM2.5日变化特征进行成因分析。随后利用GIS空间分析方法,分析了PM2.5的日空间分布特征。结果表明,降雨对颗粒物的去除作用明显,一次降雨可使PM2.5质量浓度平均下降56.3%。雨后72 h内PM2.5质量浓度均小于60μg·m-3,降雨后1 h内PM2.5质量浓度处于稳定状态,在随后的12 h内PM2.5浓度值都处于下降状态。降雨过程只降低PM2.5的质量浓度值,并不影响其日变化规律。PM2.5的日变化规律以19时为界,表现出明显的昼夜差异。白天的变化规律呈现凹型,夜间的变化规律呈现拱型。PM2.5质量浓度峰值多出现在23时或0时,谷值多出现在下午15时,该特征受气象因素影响较大,受交通源的影响作用不明显。早高峰期间,PM2.5质量浓度变化主要受交通源的影响;晚高峰期间,交通源和气象因素共同影响PM2.5质量浓度。研究区PM2.5日空间分布特征同样存在明显的昼夜差异。白天PM2.5空间分布特征为南部高北部低;PM2.5在夜间的空间分布特征则多表现为四周高、中心低,三环外围区域多为高值区。

中国PM2.5中水溶性硫酸盐和硝酸盐的时空变化特征

结合十几年来国内外相关研究进展,分析梳理了我国环境空气PM2.5中SO2-4、NO-3和NH+4的浓度及百分含量的时空变化特征,发现PM2.5中不同二次组分的浓度及含量均呈现不同的地区性差异,其中SO2-4污染在西北地区较严重,其次是在气候湿润的华南和西南地区;NO-3的污染在西北地区较严重,在西南地区污染较轻;NH+4污染在华东地区较严重,而在西南地区污染较轻.不同组分均呈现出不同的季节变化特征,SO2-4在夏季较高,春季较低;NO-3在夏季较低,秋冬季较高;NH+4在春季较低,冬季较高.此外,近年来我国PM2.5中NO-3呈明显的上升趋势,而SO2-4在不同地区呈现出不同的变化特征.硫酸盐和硝酸盐组分的这些时空变化特征均与污染前体物的排放情况以及适宜产生二次反应的环境状况有密切关系.其中SO2-4的生成与环境条件有较大关系,而NO-3的生成与前体物的排放关系较大.根据我国经济发展与主要排放源的变化趋势,预测未来我国PM2.5中SO2-4含量有下降的可能,而NO-3含量会不断升高.

山东省近10年对流层NO_2柱浓度时空变化及影响因素

利用OMI卫星对流层NO2柱浓度产品研究了近10年山东省NO2时空格局及影响因素,结果表明：对流层NO2柱浓度波动较大,10年柱浓度年均值增幅为28.5%,其中2011年浓度最高;对流层NO2柱浓度空间变化显著,2005～2009年四、五级高值仅出现在经济发达的内陆城市,2010～2012年四、五级高值范围显著扩大至中西部大范围地区,尤以2011年最为严重,2013～2014年,四、五级高值范围呈逐步缩小趋势;夏季丰富的降水对NO2具有显著湿沉降作用;山东省近10年地区生产总值不断攀升、机动车保有量大且增幅快、秸秆焚烧火点个数多,这些人为排放是对流层NO2柱浓度升高的主要影响因素。

低温处理对冬、春小麦细胞Ca^(2+)时空变化的影响

用Fluo 3/AM染色 ,通过激光扫描共聚焦显微镜 (LSCM)方法 ,对静息态及连续降温条件下不同抗寒性小麦(TriticumaestivumL .)叶肉细胞原生质体 [Ca2 + ]cyt (thefreeCa2 + concentrationinthecytoplasm)的时空变化进行了比较。结果表明 ,静息态下小麦原生质体整体荧光强度基本不变 ,暗示 [Ca2 + ]cyt能维持在一稳定水平 ;同时 ,不同品种小麦间也显示了 [Ca2 + ]cyt水平荧光强度的不同。温度由 15℃连续降至约 2℃时 ,抗寒冬小麦 [Ca2 + ]cyt出现升高后的回复 ,2℃之后逐渐升高 ;冷敏感春小麦则无此回复过程 ,而是一直升高到最大值。推测这一不同的动态变化最终决定了植物在低温下产生冷适应的不同能力。这进一步为“Ca2 + 是低温下生理信号的传导者”

西安大气SO_2/NO_x污染时空变化的分析

依据SO2和NOX监测数据,分析了近10年来西安大气污染时空变化,结果发现:①SO2、NOX的年内变化呈宽“U”字型,冬季1-2月和11-12月污染较为严重,夏半年4-9月浓度低,与月平均气温变化具有较好的反相关性;②12年来SO2、NO的年际变化呈明显的下降趋势,从1999年开始的“煤改气工程”收到了明显的环保效益,一、四季度SO2和NO的年际变化基本符合环境库茨聂兹曲线;③1996年以来,大气SO2和NO呈现明显的时空转化特征,工业区SO2、NO浓度大幅度下降,商业区和居住区的污染反而高于工业区,这反应了近年来产业结构调整、能源结构改变和区域发展速度的差异,应引起环保部门重视。

近10年长江三角洲对流层NO_2柱浓度时空变化及影响因素

利用臭氧监测仪(OMI)卫星遥感数据,分析了2005~2014 10年间长江三角洲对流层NO_2柱浓度时空变化格局,从地形、气象、经济、农业、生活、国家重大环保措施及规划等多个方面分析了NO_2变化的影响因素,结果表明:(1)长江三角洲对流层NO_2柱浓度十年年均增长率为1.04%.2011年最高,为1184.07×10^(13)mole/cm^2.2010年较2005年上升20.75%;2014年较2010年下降9.10%;(2)长江三角洲对流层NO_2柱浓度呈中间高、北部次之、南部低的趋势.长江三角洲中部的上海、苏州、无锡、常州、镇江和南京等城市为中心的条带状区域是四、五级高浓度中心,浙江大部份一直处于一、二级较低浓度水平;(3)长江三角洲夏季降水量大,与NO_2浓度负相关系数高达0.84,对NO_2具有湿沉降的作用.长江三角洲北风的主导风向及北平南高的地势特点决定了其中部高污染区对浙江中南部影响较小;(4)对流层NO_2浓度与第二产业产值相关系数高达0.83,与汽车保有量相关系数为0.74.对流层NO_2浓度与煤炭消费量及汽车保有量紧密相关,此外,农业秸秆焚烧也释放大量氮氧化物."十二五"期间实施的燃煤量控制和脱硝等一系列氮氧化物排放控制措施等使得2012~2014年NO_2浓度降低.

天水市大气SO_2浓度时空变化特征的卫星遥感监测与影响分析

大气卫星遥感监测作为一种新型监测手段,具有范围广、速度快、成本低等优势,对环境应急保护及其预警都具有非常重要的意义。选取天水市2006—2013年各年12月每日OMI level-2数据产品,利用Aura卫星技术和Arc GIS等技术平台,对天水市大气中SO_2的时空分布规律和污染原因进行了分析研究。结果表明:2006—2013年天水市SO_2柱浓度及其总量呈现出明显增加的趋势,但在2008年有小幅降低;在2008年以前,天水市SO_2浓度呈现出由东南向西北逐渐减少的趋势,但自2009年后污染重心发生迁移并且出现了数个集中化的SO_2高值区;研究区SO_2垂直柱浓度有自然因素、人类活动等多方面的复合影响,其中能源消耗及机动车尾气排放是主要影响因素。研究进一步讨论了遥感数据产品的应用前景。

基于OMI数据太原市NO_2时空变化及影响因素分析

利用OMI卫星遥感反演对流层NO_2垂直柱浓度分布,分析了太原市2005-2015年NO_2的时空分布变化及其影响因素。结果表明:近10年太原市NO_2柱浓度年均增幅为26.4%,且年度波动较大,2005-2008年NO_2呈逐渐升高趋势;2009-2010年是一个相对低值区段;2011-2013年是10年内NO_2高值区段,2014年以后呈逐降低趋势;其中2005年为10年内浓度最低。NO_2浓度整体呈沿汾河河谷南北向分布的趋势,远郊区的娄烦县和古交市浓度较低,形成为一个南北向的太原市区-清徐县NO_2高值区域。太原市的河谷地形不利于NO_2的扩散,夏季的丰富降水对NO_2具有显著的湿沉降作用;太原市近10年的地区工业产值变化、发电量增大、工业用电量增加、钢铁产量大和机动车保有量大且增幅快,这些人为因素是对流层NO_2柱浓度升高的主要影响因素。

广东省入库河口N_2O分布和通量的时空变化

本研究于2011年7月(丰水期)和12月(枯水期)分别对广东省13个水库的入库河口进行调查,使用吹扫捕集-气相色谱法测定了水中N2O的浓度并用Liss&Merlivat公式估算出入库河口向大气释放N2O的水-气交换通量。结果表明,河口丰水期N2O溶存浓度范围为15.37～175.22 nmol/L,平均值为(73.77±43.58)nmol/L;N2O水-气交换通量范围为0.26～5.40μmol/(m2.d),平均值是(2.53±1.94)μmol/(m2.d)。河口枯水期N2O溶存浓度范围为44.26～366.11 nmol/L,平均值是(126.61±102.74)nmol/L;N2O水-气交换通量范围是0.86～21.88μmol/(m2.d),平均值是(7.50±6.65)μmol/(m2.d)。河口丰水期N2O溶存浓度和水-气交换通量明显低于枯水期。与其他研究相比,本研究区N2O溶存浓度和水-气交换通量偏低。

基于OMI数据的中国中部平原地区NO_2对流层柱浓度2007～2014年时空变化特征分析

利用OMI（OzoneMonitoringInstrument）N022级数据产品通过采用面积权重得到OMIN02对流层柱浓度网格化分布，研究了中部地区3个代表性区域（工业集中区域，黄河流域，以及农业区域）2007-2014年N02柱浓度时空分布特征。结果表明，N02对流层柱浓度年均值在2009年最小，2013年最大，2014年相对2013年降低大于25％。同时分析了典型时间段（中国农历新年2月以及秸秆焚烧6月）内3个区域N02柱浓度变化特征，2月期间3个区域柱浓度都有不同程度的下降，6月农业区NO。柱浓度上升约80％。N02柱浓度相对变化率进一步反映了3个区域N02柱浓度近8年内的变化特征，2008年年中至2009年年中工业区域以及沿河流域N02柱浓度相对往年同期都有高于15％的下降而农业区没有体现，但2014年以后3个区域N02柱浓度都出现明显下降，下降比例都在20％以上。

桂林岩溶表层带土壤CO_2体积分数时空变化规律及其意义

通过2010—2011年的监测建立了桂林盘龙洞坡地和洼地不同深度土壤CO2体积分数的季节性变化。监测土壤CO2体积分数空间上变化为:坡地80 cm>50 cm>30 cm;洼地80 cm>100 cm>50 cm>30 cm。监测土壤CO2体积分数时间上变化为2010年7月和2011年6月未CO2体积分数达到最高值,2010到2011年冬季为土壤CO2达到最低值。由于受到大气降水量急剧减少的影响2011年土壤CO2体积分数整体比2010年低。显示大气降水量也是影响土壤CO2体积分数的重要环境因素。为我国固碳减排科学的选择时间和空间提供有力的依据。

2006～2014年南京都市圈对流层NO_2时空变化特征及污染源分析

基于OMI（Ozone Monitoring Instrument,OMI）卫星传感器监测得到的2006年1月~2014年12月南京都市圈对流层N02柱浓度数据和土地利用类型数据,利用余弦曲线函数和HYSPLIT后向轨迹模型,分析了研究区对流层N02时空分布特征以及污染物的来源.研究发现,2006~2014年南京都市圈对流层N02柱浓度呈现出逐年增长的趋势和冬高夏低的季节变化特征;研究区对流层NO_2污染物主要来自两个方面：大气气流的输送作用影响了研究区对流层N02季节性变化;不同的土地利用类型影响了南京都市圈的对流层N02柱浓度.

河南省1961年-2014年气温和降水量的时空变化特征

通过线性倾向率法、累积距平法、M-K检验法,对河南省近54年的气温和降水的年变化和季节变化进行分析,结果表明:河南省近54年气温上升趋势显著,平均幅度为0.18℃/(10a);春秋冬增温明显,夏季气温略有下降;气温在1993年-1994发生由低到高的突变;豫东和豫中平原区增温的速率大于豫西山地丘陵区。近54年降水量在波动中略微有减少的趋势,平均降幅为-7.62mm/(10a);春秋降水量呈减少的趋势,夏冬呈增加的趋势;降水量在2011年-2012年发生由少到多的突变;中东部平原地区降水增加的趋势明显;豫西北和豫南山区及南阳西部,降水呈明显的减少趋势。