基于5_年OMI_卫星数据分析台风对珠三角臭氧廓线变化影响
Advances in Environmental Protection 环境保护前沿, 2023, 13(4), 1066-1079 Published Online August 2023 in Hans. /journal/aep  /10.12677/aep.2023.134128
基于5年OMI 卫星数据分析台风对珠三角臭氧廓线变化影响
韦玉婷1，王洪强1，陈明涛1，王潞椰1，黄  俊2*
1
桂林理工大学环境科学与工程学院，广西 桂林 2
中国科学院空天信息创新研究院，北京
收稿日期：2022年9月25日；录用日期：2022年10月31日；发布日期：2023年8月30日
摘  要
在各种观测方法中，卫星遥感具有覆盖范围广、时间序列长、重复频次高的优点，是目前最主要的观测大气臭氧的手段之一。珠三角是我国台风登陆频次最多的地区之一，也是我国受台风影响最大的地区之一，为更好地了解珠三角地区台风登陆前后臭氧廓线变化情况、对台风进行预报预警、防控臭氧污染，本文选用2016.3~2021.2共5年登陆珠三角地区19个单台风登陆前后OMI 卫星臭氧廓线，分析单台风登陆珠三角地区前后臭氧廓线的变化情况，结果发现：1) 单台风影响珠三角地区臭氧垂直分布，从而导致臭氧廓线台风前后不同；2) 珠三角单台风大多在夏秋两季登陆；3) 19个单台风案例中，台风后对流层和平流层臭氧柱浓度均降低的案例有12个，对流层和平流层臭氧柱浓度均升高的案例有2个，平流层和对流层臭氧柱浓度变化趋势相反的案例有5个。
关键词
珠三角，台风，臭氧廓线
Analysis of Typhoon Impact on Ozone  Profile Changes in the Pearl River
Delta Based on 5-Year OMI Satellite Data
Yuting Wei 1, Hongqiang Wang 1, Mingtao Chen 1, Luye Wang 1, Jun Huang 2*
1College of Environmental Science and Engineering, Guilin University of Technology, Guilin Guangxi 2
Aerospace Information Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Beijing
Received: Sep. 25th , 2022; accepted: Oct. 31st , 2022; published: Aug. 30th
, 2023
*
通讯作者。
韦玉婷 等
Abstract
Among various observation methods, satellite remote sensing has the advantages of wide cover-age, long time series, and high repetition frequency, making it one of the most important means of observing atmospheric ozone at present. The Pearl River Delta is one of the regions with the high-est frequency of typhoon landfall in China, and also one of the regions most affected by typhoons. In order to better understand the changes in ozone profiles before and after typhoon landfall in the Pearl River Delta region, predict and warn typhoons, and prevent and control ozone pollution, this article selects OMI satellite ozone profiles before and after 19 single typhoon cases landfall in the Pearl River Delta region from March 2016 to February 2021, and analyzes the changes in ozone profiles before and after single typhoon landfall in the Pearl River Delta region. The results showed that: 1) The single typhoon affects the vertical distribution of ozone in the Pearl River Delta region, resulting in different ozone profiles before and after typhoons; 2) Most single typhoons in the Pearl River Delta make landfall in summer and autumn; 3) Among the 19 single typhoon cases, there were 12 cases where the concentration of ozone column in the troposphere and stratos-phere decreased after the typhoon, 2 cases where the concentration of ozone column in the tro-posphere and stratosphere increased, and 5 cases where the trend of changes in ozone column concentration in the stratosphere and troposphere was opposite.
Keywords
Pearl River Delta, Typhoon, Ozone Profile
Copyright © 2023 by author(s) and Hans Publishers Inc.
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1. 引言
臭氧(O 3)是一种微量气体，也是重要的温室气体之一，主要存在于大气平流层中，可以吸收紫外线和大部分对地球生物有害的太阳短波辐射并保护地球生态系统，而近地面大气里的臭氧却是一种二次污染物[1] [2] [3] [4]。高浓度的臭氧不仅会影响人类和地表生物的生存，还会影响对流层与平流层之间的大气化学、辐射、动力、热力等过程[5] [6]。近年来，全球的臭氧浓度呈现逐年增加的趋势，臭氧污染已成为普遍且难以处理的大气污染之一[7]。很多国家也逐步认识到了高浓度臭氧带来的危害并逐渐重视臭氧污染控制，“十四五”以来，臭氧污染防治已成为我国大气污染防治的重点，但如何防控臭氧污染仍是个棘手的问题[8] [9]。
大气臭氧是大气环境科学和全球气候变化研究的重要领域，且臭氧总量及其垂直分布的变化对气候变化有重要影响[10]，而台风影响着大气臭氧的垂直分布。因此，研究台风前后珠三角地区臭氧廓线特征，
可为臭氧污染的防控提供参考。在各种观测方法中，卫星遥感具有覆盖范围广、时间序列长、重复频次高的优点，是目前最主要的观测大气臭氧的手段之一。因此，本文选取2016.3~2021.2连续五年内登陆珠三角前后三天以及登陆期间的OMI 臭氧廓线进行对比，分析珠三角地区台风前后臭氧廓线变化情况。
2. 数据和方法
2.1. 数据
臭氧廓线数据来自OMI 的Level 2臭氧产品OMO3PR ，该产品采用V.8版算法，误差在10%以下。
韦玉婷等
数据的存储和发布采用NASA发布EOS (Earth Observation System)数据产品的标准格式HDF-EOS 5 Swath，每个数据结构包含数据域、数据介绍域和地理坐标数据域。该产品对臭氧柱浓度进行观测和记录，包含从地面到大气层顶18层高度的臭氧廓线数据，包括17~0层，其中17~12层对应着对流层，12~0层对应着平流层。每一层臭氧柱浓度以DU(Dobson Unit)为单位。该数据格式详细信息可参考OMI大气产品文档(disc.sci.v/AIRS/ozone/documentation/docs/omi-spie-2003.doc)。
台风案例为2016.3~2021.2期间影响到珠三角地区的所有单台风，数据取自中央气象台台风网(/web.html)。
2.2. 方法
臭氧廓线数据处理方法为：先用NASA推荐的小程序1批量下载HDF格式的原始全球臭氧廓线数据，再通过NASA推荐的小程序2从OMO3PR原始数据中提取出珠三角地区(112˚~114˚E，21˚~23˚N)臭氧廓线并转化为csv格式，剔除无效数据后再利用EXCEL计算出臭氧廓线均值，最后用origin画出对应的臭氧廓线图。
本文台风时间范围为：台风逼近珠三角区域1000 m内开始，远离研究区域1000 m外结束，台风之前三天为台风开始往前推三天，台风之后三天为台风结束往后推三天。由于存在台风之间间隔很短或是同时登陆的现象，台风影响叠加，无法取到单个台风前后3天的臭氧廓线数据，因此，本文不讨论台风之间间隔小于3天的多台风案例。
3. 结果与讨论
3.1. 珠三角单台风前后臭氧廓线对比
2016~2021五年期间珠三角单台风出现日期如下表1。
Table 1. Date of occurrence of single typhoon in Pearl River Delta in five years
表1.五年珠三角单台风出现日期
台风编号与名称前三天期间后三天1601尼伯特NEPARTAK7.4~7.67.7~7.107.11~7.13 1608电母DIANMU8.12~8.148.15~8.208.21~8.23
1612南川Namtheun8.28~8.308.319.1~9.3
1617鲇鱼MEGI9.24~9.269.27~9.3010.1~10.3
1724海葵HAIKUI11.7~11.911.10~11.1311.14~11.16
1806格美GAEMI  6.10~6.12  6.13~6.15  6.16~6.18
1816贝碧嘉BEBINCA8.6~8.88.9~8.178.18~8.20 1826玉兔YUTU10.27~10.2910.30~11.311.4~11.6
1904木恩MUN  6.29~7.17.2~7.57.6~7.8
1907韦帕WIPHA7.27~7.297.30~8.48.5~8.7
1926海鸥KALMAEGI11.15~11.1711.18~11.2011.21~11.23
1928北冕KAMMURI12.1~12.312.4~12.512.6~12.8
台风鹦鹉多少级1929巴蓬PHANFONE12.24~12.2612.27~12.2912.30~1.1
韦玉婷 等
Continued
2001黄蜂Vongfong    5.13~5.15    5.16~5.18    5.19~5.21 2002鹦鹉Nuri    6.9~6.11    6.12~6.14    6.15~6.17 2003森拉克Sinlaku  7.28~7.30 7.31~8.2 8.3~8.5 2006米克拉Mekkhala  8.6~8.8 8.9~8.11 8.12~8.14 2011红霞Noul  9.14~9.16 9.17~9.18 9.19~9.21 2022环高Vamco
11.9~11.11
11.12~11.15
11.16~11.18
珠三角2016.3~2021.2五年期间单台风前后臭氧廓线对比如图1~19。
注：1) 1 DU 表示标态下单位面积上有0.01 mm 厚臭氧；2) 17层(距地面3 km)、16层(距地面5 km)、15层(距地面9 km)、14层(距地面12 km)、13层(距地面14 km)、12层(距地面16 km)、11层(距地面18 km)、10层(距地面20 km)、9层(距地面23 km)、8层(距地面26 km)、7层(距地面31 km)、6层(距地面33 km)、5层(距地面35 km)、4层(距地面39 km)、3层(距地面42 km)、2层(距地面47 km)、1层(距地面52 km)和0层(距地面56 km)。 Figure 1. Comparison of ozone profiles before and after typhoon NEPARTAK 图1. 台风“尼伯特”前后臭氧廓线对比
Figure 2. Comparison of ozone profiles before and after typhoon DIANMU 图2. 台风“电母”前后臭氧廓线对比
韦玉婷 等
Figure 3. Comparison of ozone profiles before and after typhoon Namtheun 图3. 台风“南川”前后臭氧廓线对比
Figure 4. Comparison of ozone profiles before and after typhoon MEGI 图4. 台风“鲇鱼”前后臭氧廓线对比
Figure 5. Comparison of ozone profiles before and after typhoon HAIKUI 图5. 台风“海葵”前后臭氧廓线对比

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