文摘
我们调查的时间特点主要大气污染物来自44站在城市空气质量的首尔,韩国,也就是说,二氧化氮,一氧化碳,特定的物质在10微米,二氧化硫(22000年和2009年之间)。相应的卫星数据集,即气溶胶光学深度(大气气溶胶坐)、埃指数和优良模式的一部分,收集到的中分辨率成像光谱仪(MODIS)以及Aeronet地面气溶胶光学深度(大气气溶胶aeronet),分析了。污染物的季节性效应已经推断出降水和温度。研究显示不同时间下的四种污染物特征与不同的年平均浓度模式。提到的月度均值都显示相似的低浓度污染物在夏季和冬季高浓度的季节。我们发现污染的温度和降水变化有紧密的联系,特别是在秋季。卫星数据分析提供信息自然或人为的污染物来源是否类型。我们的研究结果表明,人为气溶胶主要在夏季即使浓度低于其他季节。大气气溶胶aeronet和埃指数表示高正负相关系数与点10、0.60−0.45,分别。无论大小,大小的气溶胶存在于2007年;然而粗气溶胶的规模是2002年的主要组件。
1。介绍
在过去的几十年里,我们目睹了大量增加的数量和类型的污染物排放到大气中自工业革命。他们的直接和间接影响的关注由于其显著的危害人体健康的,农作物,植物在地区和地方(microzone)尺度1- - - - - -4]。尽管气溶胶通过不同的物理过程影响全球气候,然而对区域尺度的影响尤其预期走强(5]。然而,物理特性、空间分布和气溶胶动力学不完全理解6- - - - - -9]。地面数据使气溶胶的气候学属性被观察到10,11),可以验证卫星数据的应用程序(12,13]。气溶胶的来源的影响以及与气象因素的关系研究的基本要素中尺度建模,以及区域的影响(14]。他们可以等自然起源的沙尘暴,森林火灾,和火山或人为一个如发电、交通、木火加热,和工业生产过程(15- - - - - -24]。
东亚经历了频繁的极高浓度的硫酸盐,黑碳,硝酸盐、和有机物由于增加化石燃料的燃烧,报道从ACE-Asia运动25]。以前的工作表明,在东亚人为气溶胶的浓度远高于那些在欧洲和美国东部26,27]。金等。28]研究昼夜行为和超过数模式的空气质量标准,臭氧(O3)、二氧化氮(没有2)在首尔和显示,他们的行为与地理和气象因素密切相关。观察到的有害污染物是区域和时间尺度可吸入颗粒物(PM10)浓度超过七个城市在韩国在2002年的尘埃事件比2001年(18]。
特别关注的是城市气溶胶污染,一直是许多研究的主题。工业化和城市化的典型结果表示城市气溶胶(带来的许多问题17,29日- - - - - -33]。
大量研究气溶胶进行了几个特定的空气污染物的来源和与气象参数或季节性使用地面或卫星观测(16,34- - - - - -38]。利用卫星观测数据是一种有效的方法来确定和区分气溶胶的光学特性提供了更完整的覆盖更长时间尺度(32,39- - - - - -42]。地面和卫星遥感的空气污染物可能显示不同,但互补的特点;然而,在不同的情况下都是重要的,以及交叉验证的污染来源8]。
Chang和李34]研究了空气质量在台北市的时空变化,发现主要污染物如一氧化碳(CO),没有x和二氧化硫2显示低浓度从本地源活动当风速增加和温度下降。然而,尘土飞扬的日子在科威特导致一个明显降低温度43]。崔et al。44)发现了一个可能的云的形成和点之间的关系10在每周的时间尺度研究之间的交互点10和边界层气象参数。李等人。45)发现,年平均2浓度高于在首尔在汉密尔顿,加拿大,和低于在芝加哥最高的值在冬季在首尔,这是符合高冬季燃料使用。
目前的工作的主要目的是研究气溶胶的来源和起源装载时,被自然或人为,在首尔,利用地面和卫星观测数据在2000和2009之间。我们也研究污染物之间的关系,即没有2公司,所以2下午,10和气象参数如温度、降水、风速确定气象条件对污染物浓度的影响。
2。材料
2.1。研究区域
研究区是首尔,韩国的首都,和它的盆地地区,位于126°62′E, 37°99′N和包围山脉北部和东部(图1)。首尔的特征是明显区别与温暖的天气四季春天,夏天炎热和潮湿,秋天天气凉爽,冬天寒冷和干燥(46]。
首尔已经从当地经历严重的污染问题和外部来源和轮流系统性污染周围的城市。此外,它是世界上人口最稠密的城市之一,约49%的韩国的整个人口和车辆持有的46%;然而,它只占据了12%的韩国的土地面积(605.25公里2)。大多数没有x和公司车辆发出,所以x和点10是制造发出相关的燃烧(47,48]。此外,来自中国的沙尘暴(49也经常引起增加点10浓度和以呼吸道和心血管疾病威胁人们的健康50]。
2.2。数据集
这项工作涵盖了从2000年到2009年十年期间使用地面和卫星观测分析现有模式和污染物在首尔的起源与流行的气象(34]。地面观测数据,包括2,没有2下午,10和公司以44-air污染监测站,由国家环境研究所(图1)。26站是位于首尔市区内,而其他十八站周围首尔被用于纠正边缘在首尔空气污染物的影响。在这些站,四个空气污染物的数据不断测量在研究期间(表1)。
温度和降水提供了从46自动天气系统(AWS)位于相同的边界区域空气污染物,由韩国气象局(KMA),在2000年和2007年之间。风速数据已经从美国NOAA提供只有三个地方的西部,南部,和在同一时间框架中心温度和降水。湿度数据只能在两个地点,南从AWS NOAA和中心。
在这项研究中,所使用的卫星数据在首尔与坐标后占地面积:37.701364,37.428478,126.7642,127.1835。获得在550 nm的中分辨率成像光谱仪(MODIS) / Terra和大气气溶胶aeronet在440海里,从气溶胶机器人网络(AERONET)(表1)。获得高的相关系数为0.84从MODIS数据检索/ Terra卫星和大气气溶胶aeronet首尔国立大学的AERONET网站收集。埃指数和细模式分数(FMF)是用来区分气溶胶的来源自然如尘埃事件或人为(40]。FMF是分数的导致通过精美的气溶胶和区分气溶胶是派生的,也就是说,从尘埃或人为的起源,通过确定气溶胶的大小(51,52]。
3所示。结果
3.1。空气污染物和气象参数
气象参数如温度、降水和风速发挥关键作用,空气污染物动态和分布在很多不同的方式53,54]。在这里,我们开展了表中提到的四种污染物之间的相关性分析1和相应的气象参数,即温度和降水,8年时间内,从2000年到2007年,考虑到季节性。
所有污染物与温度和降水表现出显著的负相关之前消除季节性比之后删除它,然而与污染物(表之间的正相关性2),结果部分发现公园等。55]。进一步研究污染物依赖季节性组件,我们进行另一个之间的互相关分析上述参数在春天,夏天,秋天,冬天的季节(表3)。污染物和降水之间的负相关系数在所有季节表明,删除过程发生和影响沉积在很大程度上。然而,秋季显示最少的污染物和气象参数之间的依赖关系,这意味着当地气象不影响污染浓度在秋季。这是欠的事实在秋季和冬季大气不稳定比夏天导致更多的污染物扩散56]。另一方面,夏季显示相关性不高2和点10相比其他污染物在其它季节,这是欠高流量经历过夏天。
前面的分析是由平均所有气象参数和污染物的数据在首尔,但是我们想进一步研究不同地区在首尔的依赖。,我们选择了五个网站的四个方位:东(37.5 127.1 e, n)、西(37.5 126.8 e, n)南(37.5 126.9 e, n)和北(37.6 127.04 e, n),和在中心(37.6 126.9 e, n)。每个网站都有不同的地质特征和过程,例如,东、北、南地区四周都是山和西部靠近大海。此外,汽车和人类活动变化;白天中心拥挤许多公司和主要的办公室位于,然而,其他网站混合工业和居民区。
有趣的是,公司的年度平均值等2在中央位置逐渐减少到最低在2003年和2002年,分别在进一步的调查是必要的。
每个污染物显示不同的丰度在10年平均浓度在每个站点上。污染物CO浓度表现出显著的差异。CO浓度最高的是在中心(0.89 ppm)然后南,西,东、北(0.65,0.62,0.62,0.56 ppm,职责)。可能是由于住宅供暖和车辆,CO排放的主要来源。一般中心和南部经历拥挤的交通比其他网站和更少的住宅和办公室存在于北方。PM10表明浓度最高的中心有限公司;然而韩国网站最低的。意外的最高浓度2所以2发生在韩国网站;它可能是由于车辆和工业活动。
我们添加了风速中心,西、南东和北(没有数据)的网站。根据其他研究浓度四种污染物,污染物敏感与风速(反应57- - - - - -59]。此外,风空气污染扩散的扮演着重要的角色60]。然而,结果显示低相关系数:只有西方网站没有显示显著的负相关2(−0.45)。西方网站的唯一一个地方不是群山环绕,而其他网站与摩天大楼拥挤。这表明地质和特定的大城市的特点确定污染物浓度的重要元素之一。
3.2。年平均四个空气污染物浓度的分析
各种污染物排放从许多不同的来源在大城市包括首尔,高温燃烧过程,从发电厂和汽车等的主要排放源2已经略有下降在过去的十年里由于各种控制措施的联合效应。然而,增加的趋势还观察到在某些地方与高浓度的公司(61年),来自汽车和森林火灾2从燃烧化石燃料和排放一些工业活动48]。另一方面,点10发射强烈连接不同类型的自然(沙尘暴)和人为来源48]。因此,点10研究与特定的尘埃相关联事件(37,62年- - - - - -64年):高出现在春季(大约87%的年度频率在韩国)(图2)。
无22008年的年平均显示的最高峰(0.0363 ppm),在2002年和2005年显示最低的。汽车的增加人口和年平均的变化的原因,因为车辆导致超过70%的不2(48]。图3支持的年平均变化最多的车辆和人口是经验丰富的在2008年,低人口和稳定的车辆数量在2003 - 2005年期间,并在2002年人口但增加车辆最低。
年度平均值显示,CO浓度下降更比其他污染物在10年期间。最大值(1.0 ppm)显示的是2000年和月观察到3月和4月的最高浓度与异常(3月和4月最高价值是在2001年)。最低年平均观察到在2005年为0.63 ppm。期间公司月度意味着显示高浓度和低浓度在冬夏,类似于没有2。这两种污染物显示类似的倾向集中在每月的意思是,这与之前的研究一致(61年]。
所以2显示两个峰值在2000年(0.007 ppm)和2007年(0.0065 ppm)而最小值是2002年观察到(0.005 ppm)。一年一度的浓度下降迅速从2000年到2002年,这将表明,自1995年以来,排放控制策略建立了。然而,2004年之后再次增加。
2002年,最高的点10年值(70.41μg / m3)被记录,从而可以归因于尘埃事件。灰尘是运输从中国到韩国3月21日,1153的浓度μg / m3(图4)以及从西方盛行风的方向与速度5.6米/秒。金(37)报道,尘埃事件显著增加3年期间从2000年到2002年不断增加自1980年。第二个高峰是在2007年为62.74μg / m3,价值远低于第一高峰即使尘埃事件在2002年比2007年更频繁。
3.3。每月平均四个空气污染物浓度的分析
每月没有2趋势显示,与先前的研究相同的模式,也就是说,在夏季低浓度和高浓度在冬天39,54]。图6(一)表明,没有2在第一(2000)和第六(2005)低峰值显示最低的月度平均值在夏天。另一方面,没有2在第九峰(2007)显示,最高月平均值。在夏天的时候,快速减少的浓度2是由于大气状况等大量的湿度和降水65年,66年):根据哈贝雷尔et al . 200665年)的研究中,没有的最低浓度27月,没有调查2与湿度显示正相关。然而,韩国经历季风每年夏天(本赛季需要最多的年降水量);因此高湿度和大量的降水存在。
公司月度平均浓度显示第一个峰值在2000年冬天,远高于在其它年份(图6 (b))。这可能是由于集中供热和车辆排放的主要来源。据中国环境报道,从车辆排放需要拳头排名位置和燃料的消费是整个公司排放的第二个原因48]。注册的汽车的数量自2000年以来一直在增加;然而,石油消费的趋势已经减少,完全相同的模式作为公司年度的意思是,除了2000年(图5)。它表明CO浓度显著依赖于人类活动。
(一)
(b)
(c)
(d)
每月的模式2浓度主要显示相同的行为,也没有2浓度最高的,在冬季和夏季最低(图6 (c))。根据球员et al。67年),在希腊,一个低浓度在夏末和初秋因为下雨加上深混合层。我们上面提到的,夏季季风影响韩国;因此降水可以解释观察低浓度在夏季,可能与大量的雨水和其他污染物与沉淀反应不同。
数据4和6 (d)记录显示,2002年沙尘暴是作为一个强烈的事件明显强于其他灰尘事件在其他年68年,69年]。每月平均点10在春天的季节总是高值在一年;在冬季的值高于夏秋季节。然而,最低浓度总是发生在夏季由于夏季降雨量的冲洗效果:值记录在2008年8月,最低为31.96μg / m3。沙尘暴是绝对高点的主要来源之一10浓度(70年,71年在春天的季节。其实,哈桑72年]发现风速的增加与粉尘的浓度的增加在春季在太阳能村(利雅得,沙特阿拉伯)。一般来说,在春季风一吹在韩国强烈自西向东。
3.4。分析污染物来源
在部分3所示。2和3所示。3,我们显示时间的特征污染物和一些可能原因10年期间在首尔市区。然而,它的局限性认识他们的起源;因此,我们利用卫星数据(、埃指数和FMF)来区分它们的起源。
结果表明,卫星从三月到五月,预计由于沙尘暴在春季。所有年在此期间显示大气气溶胶增加高低埃指数和FMF代表一个可能的混合情况。在2002年3月,一个强大的沙尘暴发生(图4),埃指数,和FMF值分别为0.9、0.45和0.1,分别(图7)。这些值表明这个尘土飞扬的事件包含气溶胶不仅从自然资源,而且来自人为的。
不太可能,所有埃指数与减少值高于1值,而FMF显示最高的值(图7在夏天)。为更好地理解分布和起源空气污染,我们使用条件分类的大气和埃指数的值一样与AOD≤0.06“干净”,“尘”与AOD > 0.06埃指数< 0.25,“污染”埃指数> 1.0,和其他情况下被归类为“混合”[21]。结果表明,大气的条件在首尔只有“混合”和“污染的情况下。“此外,大多数污染发生从5月到10月,混合条件存在从11月到4月。
3.5。体积大小分布变化
这里我们研究体积大小分布的变化(VSD)作为粒子几何平均半径的函数Anmyeon距首尔180公里2000年至2007年期间,除了2003 west-ward方向以及在首尔4年从2000年到2003年(图8)。VSD从AERONT反向观察Anmyeon和首尔,它有助于了解当地气溶胶特性和变化73年,74年]。图8 (b)显示VSD的变化()高的粗级模式在2005年达到顶峰,2006年和2007年相比前一年。2002年的粗颗粒浓度最高Anmyeon由于沙尘暴3月21日,2002年。这山峰~ 3μm几何平均半径与微粒的分数部分的贡献。
(一)
(b)
(c)
(d)
我们有一个良好的相关性()之间的月度值AODaeronet收集首尔国立大学AERONET网站和相应的PM10值在2002年,当主要沙尘事件发生时,观察到接近首尔国立大学(经度,纬度:37.45:126.9),和埃指数之间的相关系数0.45−和PM10。其实et al . 201275年发现了一个很好的负相关(埃指数和之间的)使用Terra / MODIS卫星集合。他们解释,粉尘浓度高的证据。它支持,2002年沙尘暴粉尘浓度高。2004年在Anmyeon展品微粒的浓度最高,VSD峰值为0.1μm。图8 (d)说明了体积大小的变化分布在首尔沙尘暴发生3月21日,2002年。我们看到一个大幅增加粗颗粒的浓度为2.9μm主导气溶胶载荷3月21日从主要沙尘事件明显在首尔(图4)。
4所示。讨论和结论
在这项研究中,在首尔主要的空气污染物,包括没有2公司,所以2下午,10检查,揭示特定的倾向和特征,这可以归因于自然和人为来源,以及气象因素的变化。空气污染和温度之间的重要关系/降水存在由于季节性特别;最强的影响被观察到在秋季。
年平均结果显示在不同峰值年有关不同的人为来源。这是明显的增加每月累计注册汽车,人口快速增长,煤炭消耗量高、和煤球的收益率。沙尘暴,在春季和冬季,表明混合或污染环境。这意味着即使沙尘暴不仅自然气溶胶还包含气溶胶人为来源(15,20.,76年,77年]。因此,山峰和最小值的原因是由于自然和人为来源起到了一定的作用。夏季大气条件显然是认定为污染,尽管所有四个污染物浓度最低。另一方面,在秋季(高度受到季节性的影响),它显示了混合状态。
卫星数据分析杰出污染物起源房间隔缺损。它表明2007年包含小尺寸粒子比其它年份:这意味着人为气溶胶是主要的。此外,人为气溶胶的增加在2004年Anmyeon而不是2000年,尽管许多政策建立了空气污染:人为气溶胶的半径被发现在0.1和0.25之间μ米(78年,79年]。大城市的空气污染的有效控制,如首尔,必须考虑自然和人为来源制定法律来限制污染物的排放。因此,决策需要更多的阐述了导致更好的空气质量在首尔。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
El-Askary博士想承认的部分支持这项工作由NSF资助0922772美国合作者。此外,作者也承认使用萨姆厄实验室的施密德科技学院的计算机科学,查普曼大学,为图像处理和数据分析。作者也承认Hyun-Ah崔女士和先生Taehyub Kwon帮助在地面数据准备过程。