基于GTWR模型的中国城市臭氧污染评估及时空分布研究

作     者：杨镇川 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：申立银

授予年度：2022年

学科分类：07[理学] 070602[理学-大气物理学与大气环境] 0706[理学-大气科学] 

主      题：城市臭氧污染 GTWR-Kriging模型 城市可持续发展 时空演变规律 

摘      要：改革开放以来,随着我国城市化进程、工业生产活动、交通机动化水平以及化石燃料消耗水平的不断提升,人口不断聚集的城市中各类社会经济活动产生了大量的人为氮氧化物(NOx)和挥发性有机物(VOCs)排放,并引发越来越严重的城市臭氧污染。同时,城市臭氧污染也给人类带来沉重的经济负担,危害粮食安全和人体健康,加剧全球气候变暖和大气复合型污染,阻遏城市可持续发展。为了解决城市臭氧污染问题,一个重要的前提是对中国城市臭氧污染展开准确的评估,并以此为基础分析其时空分布演变规律,为城市臭氧污染治理提供科学有效的数据参考。然而通过文献综述发现,当前城市臭氧污染评估仍然存在两大研究空白:(1)缺乏城市可持续发展视角下城市臭氧污染内涵的认知;(2)缺乏“高准确度+高分辨率的城市臭氧污染评估方法。本研究旨在解决这两个研究空白实现准确的中国城市臭氧污染评估及时空分布研究。具体而言,本研究包含四大方面的工作:(1)基于相关理论基础界定城市可持续发展视角下城市臭氧污染的内涵;(2)基于该新内涵确立城市臭氧污染的影响因子体系;(3)构建时空地理加权回归克里金(GTWR-Kriging)模型评估中国城市臭氧污染;(4)基于评估结果开展城市臭氧污染的时空分布演变规律分析。根据以上研究内容,本研究得到以下主要结论:(1)城市可持续发展视角下的城市臭氧污染内涵是城市臭氧荷载与城市臭氧载体之间的相互作用关系,并受到社会、经济和资源环境系统中各要素的时空扰动。(2)确立了该内涵下的城市臭氧污染影响因子体系,包含资源环境因素和社会经济因素2个准则层,气候因素、气象因素、地理因素和城市建设因素等9个准则层,以及203个影响因子。(3)成功构建GTWR-Kriging模型,并将其与最小二乘回归、地理加权回归、时间加权回归和时空地理加权回归模型进行比较,发现GTWR-Kriging模型评估准确度最高,决定系数(R)达到0.673。通过十折交叉检验法验证了该模型的有效性和稳定性。(4)中国城市臭氧污染空间演变规律显示城市臭氧污染具有高度的空间集聚性,并据此划分了四大重点防治区,分别为北部集聚区I、西南集聚区II、中部集聚区III和珠三角集聚区IV。时间演变规律显示我国城市臭氧污染整体呈现先上升后下降的“倒U型趋势,全国以及四大重点防治区内大部分城市臭氧污染处于“波动状态,暗示我国城市臭氧污染治理效果可能不佳。