周春艷,厲　青,何穎霞,王中挺,陳　輝,張麗娟,毛慧琴,余　超（.環(huán)境保護(hù)部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心,北京 00094；2.臨沂市環(huán)境監(jiān)測(cè)站,山東 臨沂 276000；.中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所遙感科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 000）

山東省近10年對(duì)流層NO2柱濃度時(shí)空變化及影響因素

周春艷1,厲青1,何穎霞2*,王中挺1,陳輝1,張麗娟1,毛慧琴1,余超3（1.環(huán)境保護(hù)部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中
心,北京 100094；2.臨沂市環(huán)境監(jiān)測(cè)站,山東 臨沂 276000；3.中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所遙感科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100101）

利用OMI衛(wèi)星對(duì)流層NO2柱濃度產(chǎn)品研究了近10年山東省NO2時(shí)空格局及影響因素,結(jié)果表明： 對(duì)流層NO2柱濃度波動(dòng)較大,10年柱濃度年均值增幅為28.5%,其中2011年濃度最高；對(duì)流層NO2柱濃度空間變化顯著,2005～2009年四、五級(jí)高值僅出現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的內(nèi)陸城市, 2010～2012年四、五級(jí)高值范圍顯著擴(kuò)大至中西部大范圍地區(qū),尤以2011年最為嚴(yán)重, 2013～2014年,四、五級(jí)高值范圍呈逐步縮小趨勢(shì)； 夏季豐富的降水對(duì)NO2具有顯著濕沉降作用；山東省近10年地區(qū)生產(chǎn)總值不斷攀升、機(jī)動(dòng)車(chē)保有量大且增幅快、秸稈焚燒火點(diǎn)個(gè)數(shù)多,這些人為排放是對(duì)流層NO2柱濃度升高的主要影響因素.

對(duì)流層NO2柱濃度；OMI；衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)；時(shí)空變化；影響因素

NO2是大氣中一種重要的痕量氣體,在對(duì)流層和平流層大氣化學(xué)中發(fā)揮重要的作用.NO2與大氣中臭氧的生成和消亡密切相關(guān),并且作為二次顆粒物生成的前體物,影響近地面細(xì)顆粒物的濃度.近年來(lái)我國(guó)工業(yè)化和城市化進(jìn)程加快,化石能源大量消耗及機(jī)動(dòng)車(chē)使用量劇增,導(dǎo)致對(duì)流層NO2濃度迅速上升,使得對(duì)流層NO2濃度變化研究成為大氣環(huán)境領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)研究方向.

衛(wèi)星觀測(cè)對(duì)流層NO2柱濃度始于20世紀(jì)90年代.此后,歐洲與美國(guó)相繼發(fā)射了一系列衛(wèi)星,搭載了痕量氣體傳感器,主要有 GOME （1996～2003）?SCIAMACHY （2002～2012）?OMI （2004～現(xiàn)在）?GOME-2 （METOP-A） （2007～現(xiàn)在）?GOME-2 （METOP-B） （2013～現(xiàn)在）, 其中 OMI空間分辨率最高,為 13km×24km,能夠?qū)崿F(xiàn)每日全球覆蓋.目前,我國(guó)還沒(méi)有痕量氣體傳感器,已有的工作大多是基于國(guó)外衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品對(duì)我國(guó)NO2現(xiàn)狀進(jìn)行分析研究.張強(qiáng)等［1］利用GOME和SCIAMACHY 對(duì)流層NO2柱濃度數(shù)據(jù)對(duì)1996～2010年間中國(guó)氮氧化物排放的時(shí)空格局變化進(jìn)行了分析.王躍啟等［2］、陳姍姍等［3］和姚凌等［4］從不同自然地理分區(qū)、典型重點(diǎn)城市及地級(jí)市等多個(gè)角度對(duì)我國(guó) NO2柱濃度的時(shí)空分布和變化趨勢(shì)進(jìn)行分析,并簡(jiǎn)要分析了NO2污染的影響因素.肖鐘湧等［5］利用OMI的NO2產(chǎn)品,分析了2004～2011年中國(guó)地區(qū)對(duì)流層 NO2柱濃度和總 NO2柱濃度的時(shí)空特征.利用對(duì)流層和總NO2柱濃度的月變化和它們之間的比率形狀,判斷不同地區(qū)的人為與自然影響模式.尉鵬等［6-7］利用 OMI衛(wèi)星資料及多種地面環(huán)境及氣象監(jiān)測(cè)資料分析了中國(guó)NO2濃度的月、季分布特征,并從降水量、邊界層氣壓場(chǎng)、污染源排放等幾個(gè)方面分析了NO2的時(shí)空分布影響因素.張興贏等［8］、李龍等［9］利用不同數(shù)據(jù)分別分析了1997-2006年、2005～2010年中國(guó)地區(qū)的時(shí)空分布特征,對(duì)比分析了中國(guó)東部?西部時(shí)空變化差異,分析了人類足跡、地區(qū)生產(chǎn)總值和全國(guó)汽車(chē)保有量與對(duì)流層 NO2間的相關(guān)性.我國(guó)科研人員利用國(guó)外多種衛(wèi)星數(shù)據(jù)分析區(qū)域 NO2的時(shí)空格局已有豐富的工作和結(jié)論,但是卻沒(méi)有針對(duì)山東省的相關(guān)研究工作.本文采用對(duì)流層NO2柱濃度遙感數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)（風(fēng)向、降水量）、秸稈焚燒火點(diǎn)個(gè)數(shù)及多種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（人口、地區(qū)生產(chǎn)總值、氮氧化物排放量）,分析全省近10年的對(duì)流層NO2柱濃度的時(shí)空格局變化,并探討環(huán)境變化背后的自然及人為影響因素.

1　研究方法

1.1研究區(qū)概述

山東省人口密度大,全省總面積為 15.7萬(wàn)km2,約占全國(guó)總面積的 1.6%,而常住人口達(dá)9579.3萬(wàn)人,占全國(guó)常住人口總數(shù)的 7.2%［10-12］.山東省是經(jīng)濟(jì)農(nóng)業(yè)大省,地區(qū)生產(chǎn)總值占國(guó)民生產(chǎn)總值的 8.7%［13］,在我國(guó)具有重要的地位.隨著經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)的發(fā)展,工業(yè)排放、機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣、農(nóng)業(yè)秸稈焚燒及生活排放等人為污染來(lái)源,已經(jīng)給山東省的大氣環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)峻考驗(yàn).

1.2數(shù)據(jù)及方法

2004年7月15日美國(guó)國(guó)家航空航天局發(fā)射的Aura地球觀測(cè)系統(tǒng)衛(wèi)星上搭載了臭氧監(jiān)測(cè)儀OMI.此傳感器由荷蘭、芬蘭與NASA合作制造,是繼GOME和SCIAMACHY后的新一代大氣成分探測(cè)傳感器,軌道掃描刈幅為 2600km,天底空間分辨率是13km×24km,1天覆蓋全球1次,有3個(gè)通道,波長(zhǎng)覆蓋范圍為270～500nm［14］.

本文所用數(shù)據(jù)為 2005～2014年 DOMINO version 2.0OMI對(duì)流層NO2垂直柱濃度產(chǎn)品,此產(chǎn)品由荷蘭皇家氣象研究所反演,由TEMIS［15］發(fā)布,空間分辨率為 0.125°×0.125°. OMI對(duì)流層NO2垂直柱濃度產(chǎn)品已經(jīng)開(kāi)展了很多驗(yàn)證評(píng)價(jià)工作［16-17］,與地基Brewer MK3分光計(jì)數(shù)據(jù)相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.9,這保證了產(chǎn)品的精度與可靠性.

目前衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)對(duì)流層 NO2柱濃度的主流方法是差分吸收光譜算法（DOAS）［18-19］.該算法利用 425～450nm窗口通道的探測(cè)信號(hào),首先,去除地表反射及氣溶膠的散射影響、大氣分子拉曼散射所引起Ring效應(yīng)的填補(bǔ)作用、窗口內(nèi)其他所有氣體的吸收影響,獲得地面到傳感器的整個(gè)光路的NO2整層斜柱濃度；然后,基于輻射傳輸模型計(jì)算得到大氣質(zhì)量因子,將NO2斜柱濃度轉(zhuǎn)化為垂直柱濃度；最后,利用大氣模式或其他方式獲得平流層 NO2柱濃度,從整層柱濃度中去除,便獲得對(duì)流層NO2柱濃度［20］.

2　結(jié)果與討論

本研究分析了山東省及其17個(gè)地級(jí)市的NO2月、季、年時(shí)空分布及變化情況,對(duì)2005～ 2014年對(duì)流層 NO2垂直柱濃度進(jìn)行了如下分級(jí)：一級(jí)（＜500）、二級(jí)（500～1000）、三級(jí)（1000～1500）、四級(jí)（1500～2000）和五級(jí)（＞2000）,單位為1013mole/cm2.

2.1山東省對(duì)流層NO2柱濃度的月變化

由圖 1可知,山東省對(duì)流層 2005～2014年NO2柱濃度月均值呈顯著周期性變化,以年為周期,每個(gè)周期出現(xiàn) 1個(gè)波峰和 1個(gè)波谷.一年中NO2最低值出現(xiàn)在夏季的7、8月,2007年8月達(dá)到最小值為 497.35×1013mole/cm2；最高值出現(xiàn)在冬季的 1、12月,2011年 12月達(dá)到極大值為3659.22×1013mole/cm2.2008年12月的濃度是10年來(lái)同期最低值,與前后年份相比變化顯著,這種突變與山東省為迎接北京奧運(yùn)會(huì)實(shí)施的治理及減排措施有關(guān).2009～2011年12月的濃度持續(xù)升高,2011年達(dá)到最大值.2014年顯著下降,這與2013年9月國(guó)務(wù)院發(fā)布“大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃”十條措施力促空氣質(zhì)量改善相吻合［21］.

圖1　2005～2014年山東省NO2柱濃度月均值變化趨勢(shì)Fig.1　Monthly average NO2column density change of Shandong during 2005～2014

圖2　2014年山東省對(duì)流層NO2月均柱濃度分布（1013mole/cm2）Fig.2　Monthly average NO2column density distributions of Shandong in 2014 （1013mole/cm2）

鑒于 NO2柱濃度月變化具有顯著年度周期性變化,本文僅給出2014年的月分布以反應(yīng)月度空間變化（圖2）.1、12月NO2高濃度區(qū)分布廣泛,四、五級(jí)高值幾乎覆蓋了整個(gè)山東半島,這與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)；2、3月高濃度范圍大幅縮小,煙臺(tái)、威海等沿海城市出現(xiàn)一、二級(jí)低值,山東西北及西南仍處于高濃度水平；4月高濃度范圍進(jìn)一步縮??；5～9月山東出現(xiàn)大范圍一、二級(jí)低濃度區(qū),四、五級(jí)高濃度主要集中在淄博、濟(jì)南為中心的小范圍區(qū)域；10月四、五級(jí)高濃度范圍擴(kuò)大,一、二級(jí)低值范圍縮小,西部大范圍區(qū)域處于三級(jí)水平；11月四、五級(jí)高值區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大,覆蓋了山東中西部廣大區(qū)域.

2.2山東省對(duì)流層 NO2柱濃度的季節(jié)變化

圖3　2005～2014年山東省對(duì)流層 NO2季節(jié)變化特征Fig.3　Seasonal average NO2column density change ofShandong during 2005～2014

圖3給出了山東省4個(gè)季節(jié)（冬季： 12、1、 2月；春季： 3、4、5月；夏季： 6、7、8月；秋季： 9、10、11月）的10年變化趨勢(shì).四季對(duì)流層NO2濃度水平為：冬季＞秋季＞春季＞夏季.冬季NO2濃度波動(dòng)異常劇烈,增幅顯著,為453.04×1013mole/cm2；2009～2011年呈線性顯著增長(zhǎng),并達(dá)到峰值；2012、2014兩年都有大幅下降趨勢(shì).秋季變化較為平穩(wěn),增幅最小,為 128.26×1013mole/cm2；在2008、2014年有拐點(diǎn)變化,這與國(guó)家的治理及限排政策有關(guān).春、夏波動(dòng)較小,增幅分別為316.12× 1013mole/cm2和250.17×1013mole/cm2.

鑒于 NO2柱濃度季變化具有顯著年度周期性變化,僅給出2014年的季分布以反應(yīng)季度空間變化（圖 4）.春季沿海城市處于二級(jí)水平,中西部處于三級(jí)水平,以淄博為中心的周邊地區(qū)濃度最高；夏季大部分地區(qū)處于一、二級(jí)水平,以淄博、濟(jì)南、聊城為中心的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)濃度較高；秋季高濃度分布范圍擴(kuò)大,位于中西部大范圍地區(qū)；冬季大部分地區(qū) NO2濃度處于四、五級(jí)的高濃度水平,從西到東,濃度呈遞增趨勢(shì).

圖4　2014年山東省對(duì)流層NO2季均柱濃度分布（1013mole/cm2）Fig.4　Seasonal average NO2column density distributions of Shandong in 2014 （1013mole/cm2）

2.3山東省對(duì)流層NO2柱濃度的年變化

圖5　2005～2014年山東省NO2柱濃度年均值變化趨勢(shì)Fig.5　Annual average NO2column density change of Shandong during 2005～2014

表1　2009～2013年山東省氮氧化物排放量統(tǒng)計(jì)［22-26］（萬(wàn)t）Table 1　NOxemissions statistics of Shandong during 2009～2013［20-26］（million tons）

由山東省對(duì)流層NO2柱濃度10年年均變化（圖5）可知：對(duì)流層NO2柱濃度波動(dòng)較大,10年柱濃度年均值增幅為 28.5%.2005年濃度最低,為1006.07×1013mole/cm2；2011年最高,為 1733.62× 1013mole/cm2. 2005～2009年濃度波動(dòng)較小,緩慢升高.2010、2011年升幅較大,2012年有較大幅度下降,2013年與 2012年持平,2014年大幅下降,達(dá)到2009年的濃度水平.本文統(tǒng)計(jì)所得的年均值, 與 2009～2013年山東省環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)所提供的廢氣中氮氧化物排放量具有很好的一致性（表1）.

由山東省對(duì)流層NO2柱濃度10年時(shí)空變化（圖6）可知：1）2005～2009年,山東東部處于二級(jí)較低濃度水平,中西部大范圍區(qū)域三級(jí)占主導(dǎo),四、五級(jí)僅出現(xiàn)在淄博、濟(jì)南、濟(jì)寧等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的內(nèi)陸城市；2010～2012年,四、五級(jí)高值范圍顯著擴(kuò)大,中西部大范圍地區(qū)處于高濃度水平,尤以2011年最為嚴(yán)重；2013～2014年,四、五級(jí)高值范圍呈逐步縮小趨勢(shì),2014年廣大中西部地區(qū)三級(jí)已經(jīng)占主導(dǎo).2）煙臺(tái)、威海、青島、日照等沿海城市濃度低,淄博、濟(jì)南、濟(jì)寧等內(nèi)陸經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市濃度高,整體呈東低西高的趨勢(shì).

圖6　2005～2014年山東省對(duì)流層NO2柱濃度年均變化（1013mole/cm2）Fig.6　Annual average NO2column density distributions of Shandong during 2005～2014 （1013mole/cm2）

2.4山東省各地市對(duì)流層 NO2柱濃度的時(shí)空變化

山東省17個(gè)地級(jí)市中,對(duì)流層NO2柱濃度較低的是沿海城市,威海、煙臺(tái)、青島、日照,其中威海每年都處于全省最低水平；濃度較高的為淄博、萊蕪、濟(jì)南、濟(jì)寧等內(nèi)陸城市,工業(yè)化程度較高、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)且污染物擴(kuò)散條件不利,其中淄博是山東省濃度最高的城市,其濃度水平約是沿海城市的2倍.淄博是山東省的一個(gè)重工業(yè)城市,有很多煉鋼、制藥、化工、建陶等高能耗高排放的產(chǎn)業(yè).

10年來(lái)山東各地級(jí)市NO2柱濃度的變化趨勢(shì)相似,2010年有一定程度的升高,2011年達(dá)到一個(gè)峰值,2012年稍有降低,2014年減幅較大.

表2　2005～2014年山東省各市對(duì)流層NO2柱濃度變化（1013mole/cm2）Table 2　The changes of annual average column density for each city of Shandong during 2005～2014 （1013mole/cm2）

2.5山東省對(duì)流層NO2垂直柱濃度的影響因素

大氣污染物濃度分布特征除了與污染源分布及源強(qiáng)有直接關(guān)系外, 還與氣象條件密切相關(guān)［27］.本文針對(duì)山東省經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)大省的特點(diǎn),從氣象條件、經(jīng)濟(jì)發(fā)展及產(chǎn)業(yè)布局、機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放和農(nóng)業(yè)秸稈焚燒等四個(gè)方面,分析山東省對(duì)流層NO2的來(lái)源.

2.5.1氣象條件以往有較多工作討論了大氣污染物濃度與氣象條件的關(guān)系［28-32］,發(fā)現(xiàn)風(fēng)向、風(fēng)速、降水等氣象要素對(duì)大氣污染物有一定制約關(guān)系, 但并非簡(jiǎn)單的線性關(guān)系.本文主要從風(fēng)向和降水兩個(gè)方面進(jìn)行探討.

風(fēng)向： 影響對(duì)流層大氣 NO2擴(kuò)散的氣象因子,主導(dǎo)著大氣NO2擴(kuò)散的方向.根據(jù)中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)［33］所提供的 1971～2000年山東省29個(gè)站點(diǎn)月風(fēng)向頻次數(shù)據(jù)（圖7）可知,山東省春、夏季主導(dǎo)南風(fēng)、東南、西南風(fēng),秋季南風(fēng)、北風(fēng)均較多,冬季主導(dǎo)北風(fēng)、西北風(fēng).因此,春、夏季山東主要受位于南部污染源排放的影響；冬季山東西部主要受來(lái)自河北方向的污染影響,河北南部石家莊-邢臺(tái)-邯鄲屬重工業(yè)區(qū),對(duì)冬季山東西部的輸入有較大貢獻(xiàn).

圖7　1979～2000年山東省四季風(fēng)向頻率Fig.7　Frequency diagram of wind direction for seasons of Shandong during 1979～2000

降水：對(duì)空氣質(zhì)量的影響,主要體現(xiàn)在對(duì)污染物的清除和沖刷作用［34］.根據(jù)中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)所提供的山東省 35個(gè)站點(diǎn) 2005～2013年累年月降水量［35］（圖8）資料可知：山東省四季降水量分布極為不均衡,冬季降水量極少,約占全年降水量的4%；夏季很多,約占全年的63%.統(tǒng)計(jì)分析了 2005～2013年山東省月降水量與對(duì)流層NO2柱濃度月均值的相關(guān)性,發(fā)現(xiàn)兩者之間具有較高的負(fù)相關(guān)關(guān)系,最高為 2005年達(dá)到-72.4%,最低為2013年,也有-49.3%.由此可以看出降水量對(duì)NO2濃度具有一定的負(fù)影響,所以山東省在多雨的夏季對(duì)流層 NO2垂直柱濃度顯著下降.

圖8　2005～2013年山東省累年月降水量統(tǒng)計(jì)Fig.8　Monthly precipitation statistics of Shandong during 2005～2013

2.5.2經(jīng)濟(jì)發(fā)展及產(chǎn)業(yè)布局生產(chǎn)總值是衡量一個(gè)地區(qū)的整體經(jīng)濟(jì)水平最重要的指標(biāo),本文分析國(guó)家統(tǒng)計(jì)局所提供的山東省生產(chǎn)總值數(shù)據(jù)［13］（圖9）發(fā)現(xiàn)：2005～2013年間山東省生產(chǎn)總值逐年增加,對(duì)NO2濃度貢獻(xiàn)最大的第二產(chǎn)業(yè)也是逐年增加.將 2005～2013年山東省第二產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值與對(duì)流層NO2柱濃度年均值進(jìn)行相關(guān)性分析,相關(guān)系數(shù)高達(dá)91.9%.證明了山東對(duì)流層NO2柱濃度中工業(yè)排放比重較大.

山東省經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)期依賴高能耗、髙污染、高排放行業(yè)的發(fā)展,能源供應(yīng)以大量消耗煤炭的火力發(fā)電為主,重化工業(yè)在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位,均導(dǎo)致山東省氮排放量居高不下.2009～2013年山東省環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明工業(yè)排放氮氧化物有較大的增幅（表1）,其中電力、熱力的生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)排放量最大,約占工業(yè)排放總量的60%左右［22-26］.針對(duì)上述統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),山東省2013～2020年大氣污染防治規(guī)劃中制訂了相應(yīng)氮氧化物治理及減排方案,同時(shí)也積極調(diào)整優(yōu)化能源及產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)［36］.

圖9　2005～2013年山東省生產(chǎn)總值及各產(chǎn)業(yè)總值統(tǒng)計(jì)Fig.9　GDP and various industries statistics of Shandong during 2005～2013

2.5.3機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放是NO2的主要人為來(lái)源之一,機(jī)動(dòng)車(chē)的擁有量是影響其尾氣排放量的重要因素.目前,汽車(chē)的擁有量持續(xù)增多,大量的汽車(chē)尾氣排放到空氣中,大大增加了對(duì)流層NO2的濃度［37］.山東省機(jī)動(dòng)車(chē)保有量大且增速快.2012年,全省機(jī)動(dòng)車(chē)保有量2323萬(wàn)輛,機(jī)動(dòng)車(chē)氮氧化物排放量46.87萬(wàn)t,占全省氮氧化物排放量的 27%（表 1）.其中,黃標(biāo)車(chē)污染嚴(yán)重.2012年,全省黃標(biāo)車(chē)80多萬(wàn)輛,僅占汽車(chē)保有量的 7%,但氮氧化物排放量卻占機(jī)動(dòng)車(chē)排放量的 70%多.淘汰高污染黃標(biāo)車(chē)是機(jī)動(dòng)車(chē)污染防治的重點(diǎn)［36］.

2.5.4農(nóng)業(yè)秸稈焚燒山東是中國(guó)的農(nóng)業(yè)大省,農(nóng)業(yè)增加值長(zhǎng)期穩(wěn)居中國(guó)第一位.夏、秋兩季農(nóng)作物收割時(shí),秸稈焚燒向空氣中釋放大量氣態(tài)污染物,給環(huán)境空氣造成很大污染［38］.環(huán)境保護(hù)部據(jù)衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和各地報(bào)告的現(xiàn)場(chǎng)巡查檢查結(jié)果顯示：2013、2014年山東的秸稈焚燒火點(diǎn)個(gè)數(shù)及強(qiáng)度僅次于河南、安徽兩省,且2014年較2013年同比減少358個(gè),減幅為60.88%［39］.故認(rèn)為秸稈焚燒是山東省對(duì)流層 NO2濃度較高的一個(gè)重要人為源,秸稈禁燒工作力度加大是2014年NO2柱濃度降低的一個(gè)因素.

3　結(jié)論

3.1近 10年山東省對(duì)流層NO2柱濃度波動(dòng)較大,10年柱濃度年均值增幅為28.5%；2005年濃度最低,2005～2009年濃度波動(dòng)較??；2010、2011年升幅較大,2011年達(dá)到最大值；2012年有較大幅度下降,2013年與2012年持平,2014年大幅下降,達(dá)到2009年的濃度水平.

3.2近10年山東省對(duì)流層 NO2柱濃度空間變化特征為：2005～2009年,四、五級(jí)高值僅出現(xiàn)在淄博、濟(jì)南、濟(jì)寧等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的內(nèi)陸城市；2010～2012年,四、五級(jí)高值范圍顯著擴(kuò)大至中西部大范圍地區(qū),尤以2011年最為嚴(yán)重；2013～2014 年,四、五級(jí)高值范圍呈逐步縮小趨勢(shì),2014年廣大中西部地區(qū)已經(jīng)處于三級(jí)水平.煙臺(tái)、威海、青島、日照等沿海城市濃度低,淄博、濟(jì)南、濟(jì)寧等內(nèi)陸經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市濃度高,整體呈東低西高的趨勢(shì).

3.3山東省對(duì)流層NO2柱濃度有顯著的月、季變化特征：一年中NO2最低值出現(xiàn)在夏季的7、8 月,最高值出現(xiàn)在冬季的 1、12月. 四季對(duì)流層NO2濃度水平為：冬季＞秋季＞春季＞夏季.

3.4山東夏季降水量大,其濕沉降對(duì) NO2的濃度降低具有很大作用,與NO2濃度有很好的負(fù)相關(guān)關(guān)系.近10年山東省地區(qū)生產(chǎn)總值不斷攀升、機(jī)動(dòng)車(chē)保有量大且增幅快、秸稈焚燒火點(diǎn)個(gè)數(shù)多,通過(guò)相關(guān)分析、排放統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)作證等方法,證明這些人為來(lái)源是山東省近10年來(lái)對(duì)流層NO2變化的根本影響因素.

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致謝：本文研究所用OMI數(shù)據(jù)NO2對(duì)流層柱濃度產(chǎn)品是由TEMIS提供,風(fēng)速、風(fēng)向、降水量等氣象數(shù)據(jù)由中國(guó)氣象局國(guó)家氣象信息中心提供,山東省的人口、生產(chǎn)總值、機(jī)動(dòng)車(chē)保有量等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)由國(guó)家統(tǒng)計(jì)局和山東省統(tǒng)計(jì)局提供,環(huán)境排放數(shù)據(jù)由山東省環(huán)境保護(hù)廳提供,在此一并表示感謝.

Spatial-temporal change of tropospheric NO2column density and its impact factors over Shandong province during 2005～2014.

ZHOU Chun-yan1, LI Qing1, HE Ying-xia2*, WANG Zhong-ting1, CHEN Hui1, ZHANG Li-juan1, MAO Hui-qin1, YU Chao3（1.Satellite Environmental Center, Ministry of Environmental Protection of the People's Republic of China, Beijing 100094, China；2.Linyi Environmental Monitoring Station, Linyi 276000, China；3.State Key Laboratory of Remote Sensing Science, Institute of Remote Sensing and Digital Earth, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China）.

China Environmental Science, 2015,35（8）：2281～2290

Based on satellite derived NO2column data from OMI, we analysed the characteristics of spatial and temporal distribution of tropospheric NO2column density and its impact factors over Shandong province for 2005～2014. Results demonstrate： Tropospheric NO2column density had a large fluctuation on the temporal scale, increased at the rate of 28.5%, with the highest column density in the year 2011； The spatial distribution of tropospheric NO2column density also had significant changes, with variation of the highest value areas, regions with the fourth and fifth level values had extended to a wide range of the central and western part of Shandong province during 2010～2012, which only appeared in developed inland cities during 2005～2009, but narrowed again during 2013～2014； Precipitation had a highly negative correlation with NO2concentrations, for the reason of atmospheric wet deposition. Through analyzing the significant increasement of regional gross domestic product （GDP）, the large and rapid increasement of vehicle ownership and the significant straw burning in Shandong province during 2005～2014, the change of NO2columns can be attributed to these anthropogenic sources.

tropospheric NO2column density；OMI；satellite remote sensing monitoring；spatial-temporal change；impact factors

X87

A

1000-6923（2015）08-2281-10

2015-01-20

環(huán)保公益性行業(yè)科研專項(xiàng)項(xiàng)目（201309011）

* 責(zé)任作者, 高級(jí)工程師, hyx3598@yeah.net

周春艷（1981-）,女,山東臨沂人,博士,高工,主要從事大氣環(huán)境遙感研究.發(fā)表論文10余篇.