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《清华大学》 2015年
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基于卫星遥感的中国典型人为源氮氧化物排放研究

刘菲  
【摘要】:氮氧化物(NOx)排放对我国大气复合污染具有重要贡献,其来源包括电厂、工业和机动车等。在空间分布方面,典型的NOx排放源或以电厂等大点源形式存在,或聚集于城市形成高排放区域。基于排放清单等传统方法的城市和电厂NOx排放的不确定性较大。卫星遥感技术的发展为定量排放提供了新方法。在NO2卫星图像下,电厂和城市所在的高排放区和周边区域之间存在明显的浓度梯度,均呈现近似大点源排放的特点。本研究从这一特点出发,基于卫星遥感数据定量了中国城市和电厂的NOx排放量和变化趋势,在此基础上校验了城市和电厂清单的准确性,并分析了排放变化的影响因素。首先,在收集整理约8000个机组信息的基础上,通过多源数据融合方法,建立了中国燃煤电厂高时空分辨率排放数据库,计算了1990–2012年逐个机组的NOx排放。与之前研究相比,本研究建立的电厂排放清单在排放量和时空分布方面均具有更高精度。基于中国多尺度排放清单MEIC模型,利用分省排放总量和空间代用参数分配方法获取了城市尺度NOx排放清单。受空间分配方法限制,基于MEIC模型构建的城市NOx清单不确定性较大,年际排放变化特征与所属省份的变化特征一致,难以反映城市真实排放变化。其次,基于上述开发的排放清单,从NO2卫星图像中筛选出城市和电厂两类近似点源的高值区信号。针对这些区域,耦合卫星数据和气象资料,开发出适用于污染背景下点源NOx排放量反演的一维模型和排放变化反演的二维模型。分别利用两类模型定量了中国城市和电厂的NOx排放量和变化趋势,并与排放清单进行了比较验证。结果表明,电厂清单的排放量和变化趋势与卫星反演结果均很好吻合,说明上述建立的电厂清单准确性较高。而城市清单中的排放趋势与卫星遥感反演结果吻合度较差,映证了基于MEIC模型方法构建的城市清单在排放趋势表征方面误差较大的结论。最后,综合卫星反演、排放清单和社会经济数据,定量分析了2005年以来中国城市和电厂NOx排放变化的驱动力。研究发现城市和电厂的NOx排放均于2012年出现下降拐点,其排放下降的主控因素分别为城市机动车排放标准的加严、产业结构的调整升级以及电厂烟气脱硝设备的大规模应用。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:X51;X87

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