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大气臭氧和二氧化氮的变化及其影响因素

作　者: 周晨虹
导　师: 包云轩
学　校: 南京信息工程大学
专　业: 城市气象学
关键词: 臭氧季节分布气象因子二氧化氮城市化
分类号: X16
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

臭氧和二氧化氮都是大气中的痕量气体,在大气化学过程中扮演重要角色,同时也是城市地区主要大气污染物之一。本文利用臭氧探空资料,分析了西太平洋地区香港(Hong Kong)、那霸(Naha)和札幌(Sapporo)三个站2000-2010年期间大气边界层内臭氧的季节分布和年变化趋势。结果表明,三个站点臭氧的季节分布存在明显的差异。(1)其中,那霸和香港大气边界层内臭氧季节平均呈双峰值分布,其峰值分别出现在春季和秋季；而札幌站为单峰分布,峰值出现在春季。造成季节分布差异的主要原因包括人为污染源和自然因素如气象条件。(2)另外,三个站点大气边界层内臭氧均呈上升趋势。其中札幌、那霸上升最快,分别达0.80ppb/年和0.77ppb/年。香港的年际增长较不明显,但秋季增长却非常明显,高达1.21ppb/年。(3)结合GOME和SCIAMACHY卫星反演的二氧化氮数据发现,过去10年中国京津唐和东北地区的对流层内N02柱总量增加极为迅速。这些臭氧前体物通过远距离输送是导致札幌、那霸03浓度增加的主要原因之一。珠江三角洲人为污染源的增加及偏北气流的影响,是导致香港地区秋季03增加的主要原因。当今中国正处在一个飞速发展的时代。近几十年来,中国城市化进程大大加快。从1985年到2010年(2011年)典型城市北京,上海和广州的城市建筑面积(人口)分别增长了275%(110%),440%(93%)和707%(50%)。本文同时利用卫星资料反演的对流层二氧化氮柱总量数据定量分析了城市化对中国东部地区二氧化氮四季分布的影响。结果表明：城市化对对流层二氧化氮柱有着极大的影响。(1)在过去的1996年到2011年间,长三角地区二氧化氮四季增长率分别为春季18%、夏季17%、秋季18%和22%。相应的渤海经济区为20%、11%、19%和21%,珠三角为6%、9%、10%和7%。(2)值得注意的是,我们发现在2007-2008年,BER和YRD的二氧化氮含量都有了相应的减少分别下降了15%和12%。这与08年北京奥运有着密不可分的关系,但是同样我们也看到奥运结束后,增长速率还是很明显甚至有超越从前的趋势。(3)我们还讨论了城市化对对流层臭氧的影响。利用OMI卫星数据我们发现,对流层臭氧对城市化和二氧化氮的敏感性较小。本文利用多年(10年左右)的臭氧探空数据探讨流层中低层臭氧浓度的变化趋势及人类活动对这种变化的影响,类似的工作在过去研究中很少。同时,过去人们的研究主要局限在讨论生物体燃烧和平流层输送对东亚地区春季边界层内臭氧异常值的贡献,而对造成臭氧异常值的天气系统研究得还很缺乏。而对于对流层二氧化氮而言,至今为止,前人的研究都仅限于对二氧化氮年平均的研究,对季节变化的研究非常有限。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
第一章引言  9-15
  1.1 大气臭氧  9
  1.2 二氧化氮  9
  1.3 研究背景  9-10
  1.4 国内外研究现状  10-13
  1.5 研究目的和内容  13-15
第二章数据与方法  15-21
  2.1 技术路线图  15-16
  2.2 数据  16-19
    2.2.1 臭氧探空数据  16-17
    2.2.2 卫星数据  17-18
    2.2.3 再分析数据  18-19
    2.2.4 统计数据  19
    2.2.5 夜间灯光数据DMSP/OLS  19
  2.3 方法  19-20
    2.3.1 臭氧数据的处理  19-20
    2.3.2 DMSP/OLS数据的预处理  20
  2.4 本章小结  20-21
第三章边界层内臭氧的变化趋势及影响因子  21-29
  3.1 边界层臭氧的季节分布特征  22-23
  3.2 气象条件对大气边界层内臭氧浓度季节分布的影响  23-25
  3.3. 边界层内臭氧的变化趋势及影响因子  25-28
    3.3.1 边界层内臭氧的长时间变化趋势  25-26
    3.3.2 人为污染源对臭氧变化的影响  26-28
  3.4. 结论与讨论  28-29
    3.4.1 结论  28
    3.4.2 讨论  28-29
第四章城市化对对流层二氧化氮和臭氧季节变化的影响  29-43
  4.1 北京、上海、广州城市化进程  29-33
  4.2 对流层二氧化氮的季节形态和变化情况  33-38
    4.2.1 季节形态  33-35
    4.2.2 对流层二氧化氮的季节年变化  35-37
    4.2.3 城市化对NO_2变化的影响  37-38
  4.3 节能减排(NO_2)对2008年北京奥运会期间的影响  38-39
  4.4 对流层臭氧的季节变化与城市化的关系  39-41
  4.5 结论与讨论  41-43
    4.5.1 结论  41
    4.5.2 讨论  41-43
第五章结论与讨论  43-47
  5.1 主要工作与结论  43-44
  5.2 本文特色和创新  44
  5.3 展望  44-47
参考文献  47-53
作者简介  53-55
致谢  55-56

大气臭氧和二氧化氮的变化及其影响因素

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