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基于KZ滤波法的南京市不同站点类型地面O_(3)变化特征与气象因子的关系
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作者 王爱平 高冬冬 《环境污染与防治》 北大核心 2025年第5期78-83,I0005,共7页
利用2020—2022年南京市13个国控站的地面O_(3)浓度数据,结合气象因子,用KZ滤波法进行分解,分析O_(3)浓度变化特征及其与气象因子的关系。结果表明:(1)2020—2022年南京市13个国控站的O_(3)浓度整体呈先下降后上升的趋势,年均值郊区站... 利用2020—2022年南京市13个国控站的地面O_(3)浓度数据,结合气象因子,用KZ滤波法进行分解,分析O_(3)浓度变化特征及其与气象因子的关系。结果表明:(1)2020—2022年南京市13个国控站的O_(3)浓度整体呈先下降后上升的趋势,年均值郊区站点高于城区站点,建筑站点高于植被站点;(2)从长期来看,2021年8月之前气象因子加重O_(3)污染,2021年8月之后气象因子改善O_(3)污染;(3)2020—2022年南京市O_(3)变化趋势受短期分量和季节分量的影响更大,主要的气象影响因子是太阳辐射量、温度、气压和纬向风速等。 展开更多
关键词 KZ滤波法 多元线性回归 O_(3) 气象因子
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基于Sentinel-5P卫星反演京津冀地区近地面NO_(2)浓度研究 被引量:4
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作者 周刚 徐彬仁 +3 位作者 徐炜达 程文晨 尹文君 王凌 《环境科学研究》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1223-1231,共9页
为充分利用卫星传感器在探索长时间、大范围区域内近地面二氧化氮(NO2)浓度时空变化规律方面的优势,进一步提高卫星近地面NO_(2)浓度预测的准确性,本研究以Sentinel-5P卫星TROPOMI传感器观测的对流层NO_(2)柱浓度为基础,提出一种融合多... 为充分利用卫星传感器在探索长时间、大范围区域内近地面二氧化氮(NO2)浓度时空变化规律方面的优势,进一步提高卫星近地面NO_(2)浓度预测的准确性,本研究以Sentinel-5P卫星TROPOMI传感器观测的对流层NO_(2)柱浓度为基础,提出一种融合多源地理要素的“自上而下”近地面NO_(2)浓度遥感估算方法,综合分析随机森林模型(RF)、极致梯度提升树模型(XGBoost)和轻型梯度提升树模型(LightGBM)的性能,基于3种树模型对2019−2020年京津冀地区近地面NO_(2)浓度进行反演,并采用十折交叉验证方法分别对3种模型在近地面NO_(2)浓度预测中的精度差异与稳定性进行了检验比较,利用拟合优度(R2)、均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)对模型进行精度评价,最终选取XGBoost以实现京津冀地区卫星近地面NO_(2)浓度的高效分析预测(R2=0.85,RMSE=6.61μg/m^(3),MAE=2.09μg/m^(3)),在此基础上,从季度、年份等时间尺度对近地面NO_(2)浓度进行空间分析。结果表明:①由于2020年新型冠状病毒感染疫情反弹带来的人类生产活动和出行活动的大量减少,2019年近地面NO_(2)浓度(13.96μg/m^(3))比2020年(13.04μg/m^(3))整体偏高。②近地面NO_(2)浓度具有明显的季节性变化特征,春、夏两季由于大气扩散条件较好,近地面NO_(2)浓度相对较低,在冬季达到全年峰值。③基于SHAP值(沙普利加性解释法)方法对模型特征进行空间分析,并定量研究每个特征对模型的正负贡献程度,其中,对流层NO_(2)柱浓度对预测近地面NO_(2)浓度起到主要促进作用,大气边界层高度对预测近地面NO_(2)浓度起到抑制作用,另外太阳直射辐射、人口密度、地表温度及降水量等指标均对预测近地面NO_(2)浓度有明显影响。研究显示,XGBoost能够更加稳定和准确地预测卫星近地面NO_(2)浓度,为准确识别近地面NO_(2)浓度时空分布特征提供新的手段,可在一定程度上突破现阶段NO_(2)地面监测稀疏的空间局限以及卫星对流层NO_(2)柱浓度代表性不足的缺陷。 展开更多
关键词 NO_(2) TROPOMI 机器学习 XGBoost SHAP值
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基于卫星数据的中国东部地区近地面PM_(2.5)浓度预估及时空分布研究
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作者 周刚 徐彬仁 +4 位作者 尹文君 陈玮 徐炜达 田启明 王凌 《中国环境监测》 CSCD 北大核心 2024年第S1期125-135,共11页
针对近地面PM_(2.5)浓度空间分布估算问题,融合卫星气溶胶遥感数据以及气象、地形、植被等方面的辅助数据,利用随机森林模型实现了对2018—2020年中国东部地区(33°N~43°N,110°E~120°E)近地面PM_(2.5)质量浓度空间... 针对近地面PM_(2.5)浓度空间分布估算问题,融合卫星气溶胶遥感数据以及气象、地形、植被等方面的辅助数据,利用随机森林模型实现了对2018—2020年中国东部地区(33°N~43°N,110°E~120°E)近地面PM_(2.5)质量浓度空间分布特征的分析。分析结果显示:(1)在10 km空间分辨率下,PM_(2.5)浓度的模型预估结果与地面站点实际观测结果吻合度高,其中决定系数(R^(2))为0.84,均方根误差(RMSE)为16.35μg/m^(3),平均绝对误差(MAE)为3.17μg/m^(3)。(2)模型月度预估数据的整体拟合度优于日度预估数据,其中R^(2)为0.87,RMSE为10.17μg/m^(3),MAE为2.54μg/m^(3)。(3)研究区PM_(2.5)浓度分布存在明显的季节性空间差异,不同季节预估结果的R^(2)排序为秋季(0.82)=冬季(0.82)>春季(0.80)>夏季(0.66),其中冬季空气质量最差(PM_(2.5)浓度预估均值为70.50μg/m^(3)),夏季空气质量最好(PM_(2.5)浓度预估均值为25.86μg/m^(3))。(4)2018—2020年,研究区PM_(2.5)浓度逐年下降,各年度预估均值分别为46.72、43.14、37.91μg/m^(3)。研究结果表明,基于随机森林的PM_(2.5)浓度估算及时空分布研究方法可以有效融合卫星气溶胶遥感数据以及辅助数据,实现对不同时间尺度近地面PM_(2.5)浓度的高效预估,为近地面PM_(2.5)浓度时空分布特征准确识别提供新的手段。 展开更多
关键词 气溶胶光学厚度(AOD) 细颗粒物 随机森林 卫星遥感 时空匹配
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基于卫星遥感等多源数据的发电厂CO_(2)排放分析 被引量:3
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作者 付金杯 李梦南 +5 位作者 徐炜达 王宇萌 李怀瑞 尹捷 杨昱锟 卓俊玲 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1805-1815,共11页
应用烟羽分割、背景插值和高斯烟羽模型,使用轨道碳监测传感器(OCO-3)SAM模式在1年内的4次有效观测数据,估算了托克托电厂CO_(2)排放量,并利用年度核算报告结果、月度发电量与连续排放监测系统(CEMS)监测数据对卫星遥感估算结果进行验证... 应用烟羽分割、背景插值和高斯烟羽模型,使用轨道碳监测传感器(OCO-3)SAM模式在1年内的4次有效观测数据,估算了托克托电厂CO_(2)排放量,并利用年度核算报告结果、月度发电量与连续排放监测系统(CEMS)监测数据对卫星遥感估算结果进行验证.结果表明,2021年4次卫星过境时CO_(2)排放速率分别为1900.82、3353.96、2941.07和3701.71tCO_(2)/h,其不确定性分别为25.10%、20.27%、19.59%和29.52%,不确定性主要来源于气象数据、背景和其它排放源影响.CO_(2)小时排放速率卫星遥感反演结果和核算分配结果验证具有较好的一致性,相关系数R为0.822.电厂月度发电量及小时级在线监测数据分析结果表明,电厂活动水平具有明显的季节性变化和小时变化特征,其中与CO_(2)排放密切相关的月度发电量相对标准偏差可达14.55%,NOx小时排放量相对标准偏差可达12.35%. 展开更多
关键词 大型燃煤电厂 卫星遥感 碳排放 SAM模式
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基于卫星数据识别臭氧生成高值区的方法及其应用 被引量:3
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作者 卓俊玲 朱珊娴 +3 位作者 隆重 徐炜达 王宇萌 李怀瑞 《环境工程技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期2039-2048,共10页
近年来,我国臭氧污染问题逐步显现。为持续推动京津冀及周边、汾渭平原等重点区域环境质量改善,生态环境部实施了“千里眼”计划,构建了大气污染网格化监管体系。2020年,针对夏季臭氧污染问题,开展了臭氧生成高值区识别研究,向重点区域... 近年来,我国臭氧污染问题逐步显现。为持续推动京津冀及周边、汾渭平原等重点区域环境质量改善,生态环境部实施了“千里眼”计划,构建了大气污染网格化监管体系。2020年,针对夏季臭氧污染问题,开展了臭氧生成高值区识别研究,向重点区域生态环境部门、监督帮扶现场工作组推送环境异常信息,为打赢蓝天保卫战提供了重要支撑。利用哨兵-5卫星数据,结合企业清单、用电数据、历史污染源检查问题等数据,通过RFM模型综合挖掘识别臭氧生成高值区。结果表明:京津冀和汾渭平原的大多数城市地区和工业集聚区属于VOCs控制区或VOCs-NO_(x)共同控制区;该方法推送的臭氧生成高值区问题率为65.3%,高出整体问题率21.5个百分点;高值区内企业发现问题率为27.1%,高出非高值区3.7个百分点,提升了2020年夏季臭氧污染防治监督帮扶的工作成效。高值区问题率、高值区内企业问题率和推送次数有关,实践结果表明,经过重复推送,高值区内企业问题率呈先升后降的规律,企业问题率拐点时间与企业整改完成周期有关。该方法对于以包装印刷、工业涂装为主导的产业集群,应用效果较好。 展开更多
关键词 臭氧防治 精准管控 卫星数据 HCHO/NO2 臭氧生成高值区
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随机物理过程扰动方案在克拉玛依区域集合预报中的应用研究 被引量:3
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作者 史永强 张涵斌 +1 位作者 刘郁珏 张歆然 《大气科学学报》 CSCD 北大核心 2022年第6期926-937,共12页
克拉玛依气象局研发了区域集合预报系统并已实现业务运行,该系统仅采用了集合变换卡尔曼滤波(ETKF)初值扰动,导致离散度发展受到限制,为改善区域集合预报的离散度,本文尝试在初值扰动基础上引入随机物理过程倾向(SPPT)模式扰动方案。通... 克拉玛依气象局研发了区域集合预报系统并已实现业务运行,该系统仅采用了集合变换卡尔曼滤波(ETKF)初值扰动,导致离散度发展受到限制,为改善区域集合预报的离散度,本文尝试在初值扰动基础上引入随机物理过程倾向(SPPT)模式扰动方案。通过开展SPPT方案关键参数的敏感性试验,确定了适用于本系统的参数设置,构建了初值-物理过程扰动方案(ETKF-SPPT),并与仅采用初值扰动的集合方案(ETKF)进行了对比。结果表明:ETKF初值扰动方法能够产生具有动力学结构的初值扰动,但是随着预报时效的延长,集合离散度增长很快达到饱和,并在侧边界约束下逐渐减小;ETKF初值扰动结合SPPT模式扰动可使集合离散度在各个预报时效均保持增长状态;集合预报检验结果表明,仅采用ETKF初值扰动的集合预报概率分布可靠性较低,概率预报准确性也较差;ETKF-SPPT方法可获得更好的概率预报结果,可靠性更好,均方根误差更低。对克拉玛依城区一次大风预报个例表明,ETKF方案对大风起风时间和量级把握较差,而ETKF-SPPT可以增加集合离散度,起风时间和风速预报更准确。综合而言,增加SPPT扰动可以有效改善克拉玛依区域集合预报系统的预报技巧。 展开更多
关键词 集合预报 初值扰动 模式扰动 随机物理过程倾向
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