[发明专利]一种基于卫星遥感确定环境大气污染点源一氧化碳排放通量的方法

说明书

本发明公开了一种基于卫星遥感确定环境大气污染点源一氧化碳排放通量的方法，基于卫星遥感观测的一氧化碳大气时空分布，采用截面积分通量算法并结合风场信息识别和量化点源排放烟羽。这一方法应用了截面积分通量算法计算工业源一氧化碳排放通量及其不确定度和长时间变化规律。结合大气环流、气象要素、地形地貌及源区污染特征，可获得工业源一氧化碳排放的传输规模、空间分布规律和时空演变特征。与传统的排放通量量化方法相比，基于卫星遥感的截面积分通量算法可实现任意区域点源排放通量的高精度计算，在大气污染精准防治领域具有重要意义。

技术领域

本发明属于环境影响评价技术领域，涉及一种基于卫星遥感确定环境大气污染点源一氧化碳排放通量的方法，尤其是能识别和量化任意区域点源排放通量。

背景技术

一氧化碳是我国《环境空气质量标准》中六项基本控制污染物之一。目前大气污染物一氧化碳观测存在缺乏高密度的立体观测数据、缺乏高精度的工业点源排放监测手段及缺乏高效能的评估优化方法等瓶颈问题。使得污染气体一氧化碳传输和排放通量计算变得困难。如何构建高精度工业点源排放通量计算方法是一个关键挑战。

发明内容

为了克服现有的缺乏高密度的立体观测数据和缺乏高精度的工业点源排放监测手段的不足,本发明提供一种基于卫星遥感确定环境大气污染点源一氧化碳排放通量的方法。所述方法是基于卫星遥感量化工业点源一氧化碳排放通量的方法，获取主要工业点源一氧化碳排放通量长时间序列数据集，明晰工业排放的规模和规律，揭示局地精细化时空特征和污染机理。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种基于卫星遥感确定环境大气污染点源一氧化碳排放通量的方法，其特征在于，基于卫星遥感观测的一氧化碳大气时空分布，采用截面积分通量算法并结合风场信息识别和量化点源排放烟羽。

优选地，所述的截面积分通量算法是根据质量守恒定律，沿风场垂直方向积分烟羽相对于背景值的增量。

优选地，所述的截面积分通量算法是采用大气化学传输模型来模拟风场信息，由于沿风场垂直方向的一氧化碳柱质量增量积分与风场方向上点源的扩散距离无关，因此通过截面积分通量法对不同的值进行计算，获得距离排放源不同位置的通量分布，最终获取的点源排放通量是不同位置通量结果的数值平均。

优选地，所述的风场信息为精细的风场信息。

优选地，根据质量守恒定律，点源一氧化碳排放通量P由式(1)计算得出：

其中v(x，y)表示风场向量，y代表垂直于风场方向上烟羽的扩散宽度；对于实际卫星观测的烟羽，式(1)的积分为风场和质量增量在能够观测到的烟羽宽度的离散之和；式中ΔΩ(x.y)表示卫星遥测的大气一氧化碳柱质量增量，由下式计算得出：

卫星观测的一氧化碳柱浓度为干空气摩尔混合比浓度，用X_CO(ppb)表示；ΔX_CO表示扣除背景浓度的一氧化碳浓度增量；通过式(2)将卫星观测到的浓度增量转换为质量增量，单位是kg/m²；式中M_CO和M_a分别表示一氧化碳的摩尔质量和干空气的摩尔质量(kg/mol)，Ω_a为干空气柱质量(kg/m²)。

本发明首先基于高分辨率卫星遥感的红外光谱开展高气溶胶背景下大气一氧化碳垂直柱浓度高精度反演研究，获取高精度工业点源一氧化碳污染物排放的时空分布信息。其次结合大气化学传输模型WRF-Chem模拟的高精度风场，通过截面积分通量算法计算典型工业源一氧化碳排放通量。最后结合大气环流、气象要素、地形地貌及源区污染特征，研究工业源一氧化碳排放的传输规模、空间分布规律和时空演变特征，并与地面清单资料进一步对比验证，实现大气一氧化碳排放精准监测。