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基于遥感数据的浙江省甲醛时空分布及影响因子研究文献综述

 2020-04-14 21:40:30  

1.目的及意义

1.1目的及意义

挥发性有机物( VOCs)是大气中的重要痕量组分,具有较强的光化学反应活性。作为臭氧、二次有机气溶胶(SOA)及细颗粒污染的共同重要前体物,VOCs在城市光化学烟雾和灰霾等污染过程中起着重要作用[1]。当大气VOCs浓度过高时,会导致过敏性肺炎、神经机能失调以及痴呆,长时间在无保护措施的情况下暴露于高VOCs中,甚至会提高癌症和白血病的发病概率,对人体健康带来极大危害。传统的VOCs排放量估算是以大量的实地调研为基础进行的,在耗费大量财力物力的同时,也面临着时间跨度长,空间特征不明显等问题。遥感作为大面积区域监测的重要手段,可以高时空分辨率地获取植被覆盖和地物分布信息,弥补地面工作缺陷,为解决上述问题提供了一种全新的思路。基于成熟的估算模型,结合实时的卫星遥感观测数据和站点实测数据等多元数据,实时估算VOCs排放总量,讨论区域VOCs排放量时空分布,向决策者制定相应措施提供科学有效的依据,有重要的现实意义和较强的应用价值。

按照排放来源,VOCs的种类可以划分为人为源VOCs(AVOCs)和天然源VOCs(BVOCs)。大量研究表明,全球范围的天然源VOCs排放量是VOCs排放量的主体。但是随着人类经济社会的发展,人为源VOCs的排放日益显著,逐渐成为了发达区域差异的主要原因,也使得区域的总VOCs排放量估算愈加复杂。一般而言,不同的区域有着独特的VOCs排放特征和分布规律,受到不同因素的影响。探究区域VOCs的长时间序列变化趋势,厘清自然和人为等多方因素对VOCs时空分布的影响,有利于对 VOC 重点排放方式的识别和重点排放源的筛选,进而对 VOC 排放的控制以及大气污染防治工作提供技术支持。

1.2国外研究进展

自从1940年美国洛杉矶发生的人类历史上首次VOCs参与引发的光化学烟雾事件以来,以VOCs排放估算及防治为方向的研究内容成了大气环境的核心课题之一。随着有机化学前沿研究的蓬勃发展,基于各种类VOCs生化特性的实验室提取方法被不断完善,为区域VOCs监测与防控研究打下了坚实的基础。

VOCs种类繁多且各成份寿命长短不一,在两大类VOCs中,人为排放的VOCs组成最为复杂,来源于工业排放、交通排放、农业排放、生活排放和生物质燃烧等。而植物排放的VOCs较为单一,主要包括异戊二烯、萜类、烷烃类、烯烃类、醇类和酸类[2,3]。根据详细的可挥发性有机物种类,早期的国外学者从地面出发,发展了“自下而上”的估算方法。这种方法从地面的排放源出发,构建相应的排放模型,进而估算VOCs排放总量。Palmer、Abbot和Millet等人研究异戊二烯的化学反应机理,发现夏季北美洲的HCHO柱增强主要来自生物异戊二烯的氧化,可以定量地用于估算异戊二烯排放,具有40%的不确定性[4-6];Streets等人通过国家统计数据,结合实际调研的各类排放因子,构建了东亚和南亚地区的人为VOCs排放清单[7]。虽然这类方法有着明确清晰的运行机理,较为精确估算准确度,但同时也有着空间特征不明显的弊端,在效率方面也有待进一步提升。

随着航天技术和星载高光谱技术的成熟,部分国外学者另辟蹊径,从天空的角度,发展了“自上而下”的估算方法。这种方法从卫星遥感出发,利用VOCs与其他大气成分的相关性,构建合适模型,进而估算VOCs排放总量。Fu等人利用GOME-HCHO数据,结合GEOS-Chem大气传输模型,构建了甲醛与人为源VOCs排放量的经验模型,估算了亚洲地区的人为源排放VOC[8];Shim等人对GOME-HCHO数据进行了反向分析,估算了世界八个地区的生物异戊二烯排放,并得出的全球生物异戊二烯排放量为570 Tg C yr -1[9];zhu等人以OMI-HCHO数据为限制,估算了城市人为源排放VOC[10];Guenther等人结合卫星衍生的土地覆盖信息和区域排放数据,构建了生物机理模型,估算了中国东北部BVOCs排放总量[11,12]。在各国研究员的共同努力下,这类方法正慢慢走向成熟。

1.3国内研究进展

中国大区域VOCs排放估算与防治研究起步较晚,基本处于VOCs排放清单研究阶段。许多学者结合中国各地区实际情况,分别从VOCs排放源和VOCs排放机理出发,探究了不同城市的VOCs排放规律。

Bo Yu等人从中国年鉴和相关的研究中收集相关数据,先后建立了1978-2008 年期间和2008-2012 年的排放清单,发现了工业过程、运输过程和溶剂利用是 VOCs 排放的主要来源[13];夏思佳等人基于江苏省运输、工业等活动水平数据,引入生物质燃烧源,建立江苏省分市、分行业、分物种人为源 VOCs 排放清单[14]。韩丽等人采用排放因子法将 VOCs 人为源进行分类建立 2011年四川省 VOCs 排放清单[15];赵静白等人通过大量的调研实验,利用G93算法,测算了生物排放异戊二烯等VOC的生物排放因子,成为了国内多数自然VOC排放清单的基础标准参考[16]

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