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多源卫星遥感研究亚马逊地区甲醛释放控制因子

7、地理与地理信息科学 > 专题7：陆地生态系统遥感监测新技术与新方法

挥发性有机物（VOCs）是大气化学中的重要物质，与产生臭氧（O3）和有机二次气溶胶（SOAs）密不可分，但大尺度观测手段如卫星观测仍无法实现。甲醛（HCHO）是VOCs氧化中主要中间产物，存在时间较短，通常只有几个小时，故可用来估计大气中VOCs含量。VOCs的来源有三类：人类活动相关的人为源排放，动植物相关的自然生物源排放，以及和野外火灾及燃烧有关的火源排放。亚马逊地区（Amazon）作为全球最大的植被覆盖地区，其HCHO浓度主要受到巨大的植被释放和不断的火灾释放影响。其中植被释放受到环境温度、湿度、光照、CO2浓度等多种作用影响。但是这些气象、植被因子是否在大尺度上显示出控制HCHO浓度的作用，仍然缺少足够的研究。本文选择了温度、辐射、植被三个生物源因子进行研究，使用了2005年至2010年Aura-OMI HCHO数据，Aqua MODIS 火灾数据，CERES辐射通量数据，以及NCEP温度的再分析资料进行研究，并引用了一种使用微波遥感办法反演的微波植被指数（EDVI），它具有高时间分辨率，受云层影响较小，近全天候反演的优点。我们发现，多年平均的HCHO空间分布，与火点空间分布较一致（R=0.39），尤其是HCHO高值区与火点密集区对应，显示了火灾释放在空间上对HCHO的控制作用。而去除火灾影响之后，HCHO空间分布与EDVI相关性很高（R=0.47），显示了在空间上植被释放作用对HCHO浓度的重要影响。从月时间尺度上看，在火灾影响较大区域，火灾释放作用可以极大提高HCHO浓度，达到无火时的几倍，而温度和辐射都对HCHO浓度有一定调控作用。在火灾影响不大的区域内，温度和辐射影响则更加显著。但使用月尺度数据的情况下，HCHO平均浓度受到火灾影响，植被的作用则无法显示（R<0.2）。使用更细时间分辨率（日数据）时，火灾对HCHO浓度显示出显著影响（R>0.8）。而在去除火灾影响的日数据样本后，我们发现，在茂盛植被的森林地区，植被较为稳定，HCHO浓度几乎不受植被指数控制，而主要受到辐射的控制（R=0.4）；在季节性稀疏植被地区，如东部热带大草原区域，HCHO浓度则同时受到辐射变化的控制（R=0.3）和植被变化的显著控制作用（R=0.6）。同时我们发现，温度在研究范围区域内都有重要的调节作用（R=0.2-0.8）。我们选择EDVI和辐射通量的线性关系来计算生物源HCHO浓度，结果与卫星观测匹配较好，总相对误差在20%左右，即在Amazon地区，可以使用植被和辐射两个参量来估计生物源的释放。本研究使用卫星遥感办法，验证了在亚马逊大尺度地区，温度、辐射和植被指数对植被VOCs释放的控制作用，显示了使用多源卫星遥感的办法，对地面植被释放情况进行定量描述的可行性，也说明了光学遥感和微波遥感地面的互补性。