Air pollution trends measured from Terra: CO and AOD over industrial, fire-prone, and background regions

从Terra测得的空气污染趋势：工业区、易燃区和本地值区域的CO和AOD

From：美国科罗拉多州博尔德，国家大气研究中心

摘要：在过去的研究中使用卫星观测来量化全球一氧化碳（CO）的年代际趋势之后，我们更新了估计并发现2002年至2018年之间每年CO趋势的柱量约为−0.50％，与进行的分析相比，这是一个减速度每年发现-1％的较短记录。火灾和人为源共同产生的气溶胶与一氧化碳共排放，但寿命比一氧化碳要短。结合空间趋势分析和从太空测量气溶胶光学深度（AOD）有助于诊断CO趋势中区域差异的驱动因素。我们使用对流层污染测量（MOPITT）中CO的长期记录以及中分辨率成像光谱仪（MODIS）中的AOD的长期记录。其他在热红外，AIRS，TES，IASI和CrIS中测量CO的卫星仪器显示出一致的半球CO变异性，并证实了MOPITT CO进行的趋势分析的结果。2002年至2018年，半球和区域对趋势进行了检查，不确定性量化。CO和AOD记录分为两个子时段（2002年至2010年和2010年至2018年），以评估16年中的趋势变化。我们关注四个主要的人口中心：中国东北，印度北部，欧洲和美国东部，以及两个半球的易火地区。总体而言，与下半年相比，记录的上半年CO下降速度更快，而AOD趋势显示各地区之间的差异更大。我们发现空气质量管理政策对大气的影响。在中国东北发现的一氧化碳的大幅下降最初与燃烧效率的提高有关，随后从2010年起空气质量进一步提高。随着全球CO趋势的减弱，采用最小排放控制措施的工业区（例如印度北部）变得更具全球意义。我们还检查了每月百分比值的二氧化碳趋势，以了解季节性影响，并发现生物质燃烧的局部变化足以抵消全球大气二氧化碳下降趋势，特别是在夏末。

亮点：

1. 全球CO下降趋势显示最近有所放缓。
2. 北半球寒带地区的火灾排放抵消了夏末CO减少的影响。
3. AOD有助于解释CO趋势和可变性。
4. 四个工业地区的趋势表明，不同的空气质量控制措施会产生影响。

数据：

1. MOPITT是一种低空观测仪器，于2000年开始测量二氧化碳，大约每三天提供一次全球覆盖。跨轨扫描角度为±26度，可产生约640 km的条带宽度。在最低点，像素分辨率为〜22 km×22 km。
2. 作为无源成像辐射计，MODIS可测量23个3030 km宽的观察带在36个波段中反射的太阳辐射和热辐射，每天实现近乎全球的覆盖。在天底视图下，空间分辨率为1 km或更精细，具体取决于波段。
3. 其他数据集（具体列于文献中）。

部分结果：

月平均值（a）MOPITT列CO和（b）MODIS AOD的区域平均图。（c）MOPITT CO和（d）MODIS AOD中的异常百分比。相对于每个2°纬向平均值框中的气候月份平均值计算出异常百分比。2001年和2009年，面板a和c中的白色条纹表示由于仪器诊断操作而缺少的MOPITT数据。 北半球和南半球高纬度的白色像素表示由于极夜，两种仪器都缺少数据。

2000年至2018年之间的全球平均值（a）列CO和（b）AOD。方框概述了用于区域趋势分析的子区域，编号1至19，在3.4节中进行了讨论，并在表2中列出。在2002年至2018年之间，来自MOPITT的（a）来自MODIS的AOD，网格为2°x4°。

计算得出MOPITT的CO色谱柱残留趋势相对于2002年至2018年全球平均趋势（每年−0.5％，+ /-60°）。

我们使用从1999年12月发射的Terra卫星获得的MOPITT CO和MODIS AOD的长期测量值来估算全球和区域大气污染的趋势。我们的研究的主要结果总结如下：

• 我们发现全球二氧化碳排放总量趋势呈下降趋势：从2002年到2018年，每年−0.50（±0.3）％。与以前的短期研究发现的趋势相比，该趋势代表全球二氧化碳排放量下降的趋势每年-1％。通过将2002–2010年的趋势与2010–2018年的趋势进行对应，我们将放缓的原因归功于近年来的负面趋势的减少。
• 来自MOPITT，AIRS，TES，IASI-A / B和CrIS的所有TIR CO卫星记录都观测到相同的半球季节性和年际变化。这为我们随后的详细趋势估计提供了对MOPITT记录的信心。AIRS CO NH和SH趋势与MOPITT一致，而其他卫星仪器记录的长度不足或处理一致性不足，无法对趋势进行可靠的计算。
• 由于气雾剂的寿命较短，因此AOD的全球趋势并不明显。但是，AOD的显着区域趋势有助于解释具有常见来源的区域的CO变异性，如易火地区或受到空气质量法规影响的地区。在北美，欧洲以及最近的中国，CO和AOD同时降低。印度的AOD趋势不断增加，而CO的趋势却微不足道，这表明区域CO排放量足以抵消全球CO下降的背景。
• 通过百分比和月份趋势分析表明，在NH的第75个百分点中，趋势最强（最负），在两个半球中，夏末的CO趋势（当CO寿命最短时）最低。

引用格式：

Buchholz RR, Worden HM, Park M, Francis G, Deeter MN, Edwards DP, et al. Air pollution trends measured from Terra: CO and AOD over industrial, fire-prone, and background regions. Remote Sensing of Environment 2021; 256.