基于卫星数据的中国近海氮沉降通量估算研究
随着大气污染以及农田与非农田生态系统“氮富集”的加剧,中国已成为全球最大的氮创造者和排放者。大气氮沉降量的不断增加,在近岸海区会加剧水体的富营养化,甚至诱发赤潮。因此,开展长时期、大范围大气氮沉降通量研究,已成为近岸水域环境保护的迫切需求。现有的监测台站和传统监测技术,难以实现对大气氮沉降的大面积连续监测。本研究以中国近海为研究对象,利用中分辨率成像光谱仪(MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS)气溶胶光学厚度(Aerosol optical depth, AOD)和全球降水气候计划(Global Precipitation Climatology Project, GPCP)降雨产品等卫星资料,估算了2001-2012年中国近海的大气氮沉降通量。主要结论如下: (1)将卫星AOD数据进行相对湿度订正、边界层高度订正后,建立了卫星AOD和地面PM10(Particulate Matter10,可吸入颗粒物)浓度之间的关系。直接将所有沿海城市AOD与PM10浓度进行线性拟合,相关系数较低,为0.148。进一步将沿海城市依照不同海域以及不同季节对 AOD与 PM10浓度进行线性拟合,拟合效果得到提高。结果显示,渤海、黄海沿海城市夏季以及东海春、夏季, PM10与AOD直接相关性最高。渤海春季、秋、冬三个季节经过湿度订正后,PM10与AOD间线性拟合效果最好。而其余区域和季节PM10与AOD线性拟合均需进行湿度和垂直高度的订正,订正后相关系数最高可达0.716。 (2)分别选取不同海区沿海城市不同季节PM10与AOD间相关性最好的模型作为最佳拟合模型,即渤海、黄海沿海城市夏季以及东海春、夏季选择直接线性模型;渤海春季、秋、冬季最佳拟合模型为仅经过湿度订正的模型;其他季节和海域选择经过湿度和垂直高度订正后的模型。在我国近海,地面PM10模拟值与实测值之间绝对误差为1.65-22.98μg/m3,相对误差为-3.87％-38.27%。 (3)中国近海年均地面 PM10浓度呈现出明显的纬度分布,PM10浓度从北到南依次减少,变化范围为50μg/m3-180μg/m3。中国近海PM10干沉降通量范围为3.33-7.58 mg·m-2·mon-1,从高到低依次为黄海、渤海、东海和南海。从时间上来看,黄海PM10浓度随时间呈增加趋势,在2011年达到最大值;南海 PM10浓度随时间有所降低,在2004年达到最高值,渤海、东海PM10浓度变化较为平稳。 (4)平均来看,中国近海硝氮(NO3--N)干沉降通量变化范围为39.05-89.49 mg·m-2·mon-1,氨氮(NH4+-N)干沉降通量范围为39.95-61.50 mg·m-2·mon-1, NO3--N和NH4+-N总干沉降通量范围为84.03-150.62 mg·m-2·mon-1。渤海、黄海、东海和南海年均降水量分别为:655.20 mm、1057.45 mm、1720.19 mm、1860.34 mm。中国近海 NO3--N湿沉降通量变化范围为37.71-52.34 mg·m-2·mon-1,NH4+-N湿沉降通量范围为52.65-68.15 mg·m-2·mon-1,总无机氮湿沉降通量变化范围为90.37-120.48 mg·m-2·mon-1。利用卫星数据估算的大气氮沉降通量在数量级上与其他研究结果具有可比性。 (5)若只考虑NO3--N和NH4+-N两种无机氮的沉降量,渤海以干沉降为主外,在黄海、东海以及南海氮沉降以湿沉降为主。渤海总氮沉降中以NO3--N沉降为主,其他三个海域以NH4+-N沉降为主。渤海、黄海、东海干沉降中以NO3--N沉降为主,南海以NH4+-N沉降为主,四个海域大气氮湿沉降中均以NH4+-N沉降为主。
卫星数据;氮沉降通量;近海海域;可吸入颗粒物
中国海洋大学
硕士
环境科学
高会旺
2014
中文
X51;P732
78
2015-04-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）