冬季甲烷浓度最高,平均达到2177.6±121.5 ppb,而夏季浓度最低,为2079.1±77.6 ppb。这种季节性变化主要受到温度和光化学反应强度的影响。冬季,由于温度较低,大气中的OH自由基浓度下降,导致甲烷的化学消耗减少,从而使得甲烷浓度增加。此外,冬季人类活动如供暖等也会增加甲烷的排放。相反,在夏季,较高的温度和较强的光化学反应加速了甲烷的消耗,导致甲烷浓度相对较低。
在冬季,我们观察到甲烷浓度的显著增加,这可能与冬季采暖期的能源消耗增加有关。家庭和工业供暖的增加导致了化石燃料的燃烧,从而增加了甲烷的排放。此外,冬季较低的气温也减缓了大气中甲烷的光化学氧化过程,使得甲烷在大气中的停留时间变长,进一步推高了甲烷的浓度。
日变化
甲烷浓度在上午10:00至11:00达到峰值,这与交通高峰时段的人类活动密切相关。在这一时段,车辆排放和工业活动产生的甲烷迅速累积,加之较低的风速不利于污染物的扩散,共同导致了甲烷浓度的峰值。此外,中午时分,由于太阳辐射的增强,大气边界层的发展有利于污染物的垂直扩散,使得甲烷浓度有所下降。
在日变化的分析中,我们注意到在早晨和傍晚,甲烷浓度也出现了小幅度的增加。这可能与早晚高峰时段的交通流量增加有关,同时也可能受到烹饪活动的影响。在这些时段,家庭烹饪活动的增加导致了更多的甲烷排放,尤其是在使用天然气作为烹饪能源的地区。
垂直分布
在非供暖期,甲烷浓度在垂直方向上的变化相对较小,表明在这一时期,大气混合较为均匀。然而,在供暖期间,尤其是在雾霾事件期间,我们观察到甲烷浓度在垂直方向上出现了显著的变化。在200米以下,甲烷浓度显著增加,这可能与供暖期间增加的人类活动和不利的大气扩散条件有关。在500米至1000米的高度范围内,甲烷浓度下降最快,这可能是由于这一高度范围内大气混合较为剧烈,有利于甲烷的稀释和扩散。
在垂直分布的分析中,我们特别关注了供暖期和非供暖期的差异。在供暖期,由于燃煤供暖和家庭取暖的增加,我们观察到近地面层(特别是200米以下)甲烷浓度的显著增加。这一现象在供暖期的早晨和傍晚尤为明显,与供暖活动的高峰时段相吻合。此外,我们发现在雾霾事件期间,甲烷浓度的垂直分布受到显著影响,低层大气中的甲烷浓度增加,而高层大气中的甲烷浓度则有所下降。
影响因素
通过双变量极坐标图分析,我们发现风速和风向对甲烷浓度有显著影响。在风速较低时,甲烷浓度倾向于增加,这表明在静稳天气条件下,本地排放源对甲烷浓度的贡献更为显著。相反,在风速较高时,甲烷浓度下降,这可能是由于较强的风力促进了污染物的扩散。此外,风向也对甲烷浓度有重要影响,来自不同方向的气流携带着不同区域的污染物,影响了观测站点的甲烷浓度。
在风向分析中,我们注意到来自工业区和城市中心的风向与甲烷浓度的增加有关。这表明人类活动,尤其是工业和交通排放,是影响甲烷浓度的重要因素。同时,我们也观察到在某些风向下,甲烷浓度的增加可能与区域传输有关,这表明除了本地排放外,来自远处的污染物传输也对甲烷浓度有显著影响。
季节性风向和风速对大气甲烷浓度的影响