基于OMI卫星数据与数值模拟的中国大气SO₂监测及排放估算研究.docxVIP

基于OMI卫星数据与数值模拟的中国大气SO?监测及排放估算研究

一、绪论

1.1研究背景

随着中国经济的快速发展，能源消费总量持续攀升，能源结构长期以煤炭等化石能源为主。这种能源消费结构在支撑经济增长的同时，也给大气环境带来了严峻挑战，其中二氧化硫（SO_2）污染问题尤为突出。SO_2是一种无色、具有强烈刺激性气味的气体，主要来源于含硫化石燃料的燃烧，如煤炭、石油的燃烧过程，以及有色金属冶炼、硫酸制造等工业生产活动。

在工业生产中，特别是火力发电、钢铁冶炼等行业，大量煤炭的燃烧使得SO_2排放量大增。以煤炭为例，我国煤炭储量丰富，长期以来煤炭在能源消费结构中占比居高不下。煤炭中的硫元素在燃烧时会与氧气发生反应，生成SO_2排放到大气中。据相关统计数据显示，我国每年因煤炭燃烧排放的SO_2占总排放量的相当大比例。

SO_2对环境和人体健康危害严重。在环境方面，SO_2是形成酸雨的主要前驱物之一。当SO_2排放到大气中后，在一定条件下会被氧化为三氧化硫（SO_3），SO_3与水蒸气结合形成硫酸，随着降水落到地面，就形成了酸雨。酸雨会导致土壤酸化，破坏土壤结构，影响土壤中微生物的活性，进而影响农作物的生长和产量；酸雨还会使水体酸化，危害水生生物的生存环境，导致鱼类等水生生物数量减少甚至灭绝；酸雨对建筑物和文物古迹也有严重的腐蚀作用，许多历史建筑和珍贵文物因长期遭受酸雨侵蚀而损坏。

在人体健康方面，SO_2对呼吸系统具有强烈的刺激作用。当人体吸入SO_2后，它会刺激呼吸道黏膜，引发咳嗽、气喘、呼吸困难等症状，长期暴露在高浓度SO_2环境中，还可能导致慢性支气管炎、肺气肿等呼吸系统疾病，甚至增加患肺癌的风险。此外，SO_2还会对心血管系统产生不良影响，加重心脏负担，增加心血管疾病的发病几率。

1.2研究目的与意义

本研究旨在利用OMI卫星数据和数值模拟方法，实现对中国大气SO_2浓度的精准监测，并准确估算其排放量。OMI卫星搭载了先进的紫外/可见光/红外傅里叶变换光谱仪，能够高精度地测量大气中SO_2等物质的含量，为大范围的大气监测提供了有力的数据支持。数值模拟方法则可以通过构建模型，考虑多种因素对SO_2的传输、扩散和转化过程进行模拟，从而估算其排放量。

通过本研究，能够获取中国大气SO_2浓度的时空分布特征，揭示其变化规律。这对于深入了解中国大气SO_2污染状况，评估污染治理措施的效果具有重要意义。准确的SO_2排放量估算结果可以为环境管理部门制定科学合理的减排政策提供关键依据，有助于明确减排目标和重点区域，优化资源配置，提高污染治理的针对性和有效性，推动中国大气环境质量的改善，促进经济社会的可持续发展。

1.3国内外研究现状

在国外，卫星数据监测大气污染物的研究起步较早且技术相对成熟。美国、欧洲等发达国家利用Terra、Aqua等卫星搭载的MODIS传感器，以及OMI等专门的大气成分探测卫星，对大气污染物浓度和分布进行监测研究。在数值模拟估算排放量方面，国外学者在大气化学传输模型的研发和应用上取得了显著成果，如MOZART-2等模型被广泛应用于模拟污染物在大气中的传输和扩散过程，结合卫星数据和地面观测数据，对大气污染物排放量进行估算。

国内在这方面的研究近年来也取得了长足进步。随着我国高分系列、风云系列等遥感卫星的成功发射，为大气污染监测提供了丰富的数据资源。国内学者在卫星遥感数据处理、大气污染监测指标体系构建、大气污染源解析等方面取得了一系列成果。例如，利用OMI卫星数据对我国部分地区的大气SO_2浓度进行监测分析，研究其时空分布特征；通过改进数值模拟模型，结合国内的地形、气候、污染源分布等实际情况，对SO_2排放量进行估算。

然而，当前研究仍存在一些不足。在卫星数据方面，不同卫星数据之间的融合精度有待提高，数据的时空分辨率还不能完全满足对一些局部地区精细监测的需求；在数值模拟方面，模型中的参数化方案和物理过程描述还存在一定的不确定性，对复杂地形和气象条件下SO_2的传输和转化模拟不够准确；在结合卫星数据和数值模拟方面，两者之间的协同性和互补性还没有得到充分发挥，导致监测和估算结果的准确性和可靠性受到一定影响。

1.4研究内容与方法

本研究主要内容包括：基于OMI卫星数据，对中国大气SO_2浓度进行监测，获取其长时间序列的浓度数据；对监测得到的SO_2浓度数据进行分析，研究其在空间上的分布特征，如不同区域、不同地形条件下的浓度差异，以及在时间上的变化规律，包括季节变化、年际变化等；利用数值模拟方法，结合中国的地形、气候、土地利用、污染源分布等信息，建立适用于中国的大气污染物传输扩散模型，对大气SO_2排放量进行估算；将卫星监测结果与数值模拟估算结果进行对比验证，评估模型