張　杰,李　昂*,謝品華,2,徐　晉,王　楊,吳豐成,牟福生（.中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所環(huán)境光學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽 合肥 200；2.中國科技大學(xué)環(huán)境與光電技術(shù)學(xué)院,安徽 合肥 200；.Max-Plank Institute for Chemistry, Germany Mainz D-5528）

基于衛(wèi)星數(shù)據(jù)研究蘭州市 NO2時空分布特征以及冬季NOx排放通量

張杰1,李昂1*,謝品華1,2,徐晉1,王楊3,吳豐成1,牟福生1（1.中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所環(huán)境光學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽 合肥 230031；2.中國科技大學(xué)環(huán)境與光電技術(shù)學(xué)院,安徽 合肥 230031；3.Max-Plank Institute for Chemistry, Germany Mainz D-55128）

搭載在EOS AURA衛(wèi)星上的OMI探測器由于其較高時空分辨率在大氣痕量氣體（O3,NO2,SO2）探測中得到廣泛應(yīng)用.利用2010～2012 年OMI NO2柱濃度數(shù)據(jù)產(chǎn)品重構(gòu)了蘭州市以及周邊地區(qū)NO2柱濃度分布,分析了其時空變化特征,并利用西南風(fēng)場下NO2空間分布特征采用擬合方法研究了 NOx冬季排放通量以及壽命.研究表明,NO2柱濃度空間分布呈現(xiàn)以蘭州市為中心,濃度向四周擴(kuò)散的特征；蘭州市 NO2柱濃度的年變化特征為12月達(dá)到最大濃度,8月達(dá)到最小濃度；2010～2012年NO2壽命分別為10.6,9.9,9.1h,NOx冬季排放通量分別為175.3, 183.7,179.9mol/s.其排放通量與蘭州環(huán)境公報提供的氮氧化物排放通量數(shù)量級之間具有較好的一致性,說明利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)估算蘭州的 NOx通量方法的有效性.

衛(wèi)星；NO2分布；NO2壽命；NOx排放通量

大氣中的 NOx（NOx=NO+NO2）是對流層臭氧、硝酸鹽氣溶膠等污染物的前體物,同時影響對流層的氧化能力［1-2］.近年來隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,NO2排放強(qiáng)度與空氣中的NO2濃度均顯著增加,中國已經(jīng)成為全球NO2污染最為嚴(yán)重的區(qū)域之一［3-4］.如何準(zhǔn)確獲得污染氣體的排放通量是區(qū)域大氣污染研究的基礎(chǔ)之一.近幾年光學(xué)遙感方法的發(fā)展為NO2排放通量的測量提供了新的手段. Johansson等［5］利用天頂方向的 mini-DOAS （mini-Differential Optical Absorption Spectroscopy）技術(shù)計(jì)算了北京五環(huán)NO2排放通量；李昂等［6］利用車載DOAS技術(shù)研究了電廠的NO2通量測量方法.車載觀測具有高的時間分辨率但是覆蓋范圍較小,而衛(wèi)星遙感能快速獲取大范圍污染分布特征,其作為探測NO2通量新興手段得到快速發(fā)展.Leue等［7］利用衛(wèi)星觀測NO2空間分布,結(jié)合指數(shù)衰減函數(shù)擬合方式估算了 NOx通量［7］.Beirle等［8-9］改進(jìn)了“指數(shù)衰減函數(shù)”形式,將其與高斯函數(shù)卷積后再用于擬合,得到更好的擬合效果,并將新擬合函數(shù)應(yīng)用于對船體 NOx排放通量以及孤立城市源利雅得NOx排放通量的研究.

中國區(qū)域 NOx排放通量的衛(wèi)星測量和研究同樣受到充分關(guān)注.Zhao等［10］結(jié)合區(qū)域化學(xué)傳輸模型與OMI NO2數(shù)據(jù)獲得了中國區(qū)域化石燃料NOx的排放通量；王斯文等［11］利用全球化學(xué)傳輸模型（GEOS-Chem）結(jié)合OMI衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲得中國北部火電廠NOx排放通量.然而中國現(xiàn)階段利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取中國 NOx排放通量多集中于模型與衛(wèi)星數(shù)據(jù)的結(jié)合,對于利用衛(wèi)星快速獲得單個城市NOx排放通量的研究相對較少.

蘭州市是中國報道最早發(fā)生光化學(xué)煙霧城市之一,而其中 NOx在光化學(xué)煙霧的產(chǎn)生中起到重要作用,快速獲得蘭州 NOx排放通量對于研究蘭州區(qū)域污染具有重要意義,并且蘭州位置相對獨(dú)立,受外界影響較小.因此本文選擇蘭州作為研究對象,利用OMI NO2柱濃度結(jié)合風(fēng)場數(shù)據(jù)獲得蘭州NO2柱濃度沿風(fēng)場方向空間分布特征,并結(jié)合函數(shù)擬合方式估算蘭州 NOx排放通量.

1　研究方法

1.1衛(wèi)星數(shù)據(jù)

OMI是搭載在EOS AURA衛(wèi)星上的臭氧探測器,其采用紫外-可見光譜儀在波段 270～500nm探測太陽直射光以及后向散射光,從而得到臭氧、NO2、SO2、BrO、OClO以及氣溶膠的相關(guān)特性.Aura衛(wèi)星于2004年7月發(fā)射升空,過境時間大約為當(dāng)?shù)貢r間 13：45.OMI覆蓋全球周期為 1d,空間分辨率最高可達(dá) 24km×13km.與其他探測器相比,OMI具有較高的空間分辨率和更低的監(jiān)測噪聲［12-13］.同時由于OMI坐標(biāo)數(shù)據(jù)產(chǎn)品提供重疊像元坐標(biāo)［14］,可以根據(jù)重疊像元坐標(biāo)獲得更高空間分辨率 NO2分布,本文中采用 0.1°× 0.1°分辨率.

本研究中,使用的OMI L2 數(shù)據(jù)產(chǎn)品為美國NASA提供的OMI標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品,其算法包括3個步驟：（1）利用DOAS（差分光譜吸收技術(shù)）在405～465nm得到 NO2斜柱濃度（S）；（2）估算平流層NO2濃度；（3）計(jì)算出對流層AMF.最后得到對流層垂直柱濃度,其計(jì)算公式見公式（1）［14-16］：

式中：S為NO2的斜柱濃度；AMF為大氣質(zhì)量因子；Vtrop為對流層NO2垂直柱濃度；Vstrat為平流層NO2垂直柱濃度.

利用OMI L2重疊像元坐標(biāo)數(shù)據(jù),將NO2柱濃度重新構(gòu)建,分配至 0.1°×0.1°網(wǎng)格,從而獲得NO2柱濃度的區(qū)域分布,之后對于特定時間段平均,獲得NO2柱濃度時間平均（月、年）區(qū)域分布.由于云的存在對于衛(wèi)星數(shù)據(jù)存在較大干擾,造成數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確,所以在網(wǎng)格化的過程中只保留云比例系數(shù)（Cloud Fraction）小于0.3的情況.同時由于CCD像元行異?！癛ow anomaly”的存在會對數(shù)據(jù)質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響,研究過程中只保留像元數(shù)據(jù)質(zhì)量因子（X track quality Flags）等于0的衛(wèi)星數(shù)值,而排除“Row anomaly”的影響.

1.2通量估算原理

NOx排放通量E（區(qū)域內(nèi)單位時間NOx排放量）可根據(jù)質(zhì)量守恒由區(qū)域內(nèi)NO2總量,NO2平均有效壽命（NO2平均消除速率）以及大氣中NO2與NO的混合比例系數(shù)計(jì)算［7］.假設(shè)選定區(qū)域內(nèi)NO2排放通量以及NO2平均壽命在選定時間段內(nèi)（T）為恒定的,則選定區(qū)域內(nèi)NO2總量瞬時值m（mol）的變化為：

則選定時間段（T）內(nèi)m的平均值M為：

結(jié)合（1）式和（2）式,得到：

在此研究中時間段T為數(shù)月,其遠(yuǎn)大于壽命τ數(shù)值（一般為數(shù)小時）,從而公式（4）可近似為：

此外計(jì)算選定區(qū)域內(nèi)NOx排放通量,還需考慮大氣中NO2與NO混合比例NOx/NO2,從而得到區(qū)域內(nèi)NOx排放通量為：

式中：E為平均排放通量（mol/s）；M是選定區(qū)域內(nèi)總的NO2總量（mol）；τ為NO2壽命；NOx/NO2表征NO2與NO的混合系數(shù),一般取值1.32［9,17］.

由公式（6）可知,NOx排放通量計(jì)算中NO2壽命為關(guān)鍵因子.獲得NO2壽命的基本觀測方法為跟蹤污染氣團(tuán)的傳輸,得到其濃度沿路徑變化函數(shù),假設(shè)NO2濃度在大氣中衰減遵循準(zhǔn)一級反應(yīng),則濃度沿路徑變化函數(shù)可以用 e-指數(shù)函數(shù)進(jìn)行擬合.Leue等［7］利用GOME衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)證明了此方法同樣可應(yīng)用于衛(wèi)星數(shù)據(jù)觀測結(jié)果中,用于估算NO2壽命.其具體細(xì)節(jié)為,衛(wèi)星在某一點(diǎn)觀測到的 NO2對流層柱濃度數(shù)值可以表達(dá)為該點(diǎn)相對于NOx排放源距離的指數(shù)函數(shù),表達(dá)式：

式中：V某點(diǎn)為衛(wèi)星觀測點(diǎn) NO2柱濃度數(shù)值；V排放源為NOx在排放源處的柱濃度數(shù)值；X為衛(wèi)星觀測點(diǎn)相對于排放源的距離；X0為函數(shù)值減小到排放源處數(shù)值 1/e時的距離.在假設(shè)傳輸期間風(fēng)速不變的情況下,X=v×t；X0=v×τ；其中v為風(fēng)速,t為污染氣團(tuán)從排放源傳輸?shù)叫l(wèi)星觀測點(diǎn)所需要的時間,而τ為NO2壽命.

因此公式（7）可等效為：

采用公式（8）擬合風(fēng)場下NO2對流層柱濃度隨距離變化趨勢,并可得到NO2壽命.Beirle等［18］指出僅采用上式擬合將會產(chǎn)生較大誤差,考慮在無風(fēng)情況下排放源周邊柱濃度呈現(xiàn)高斯分布狀態(tài),采用公式（8）卷積高斯函數(shù)的形式擬合特定風(fēng)場下 NO2對流層柱濃度隨距離變化曲線得到更好結(jié)果,其中高斯函數(shù)表達(dá)式為：

為減小誤差同時考慮大氣中分子擴(kuò)散的影響,需要將風(fēng)場方向兩側(cè)一定范圍內(nèi)的NO2對流層柱濃度在垂直風(fēng)場方向積分,從而得到沿風(fēng)場方向的NO2線濃度隨距離變化曲線,并代替風(fēng)場方向上NO2柱濃度隨距離變化曲線.同時結(jié)合特定風(fēng)場下柱濃度最大值由于風(fēng)的影響相對排放源有一定偏移,以及對應(yīng)區(qū)域內(nèi)存在本底濃度,得到最終擬合函數(shù)表達(dá)式為

式中：F（x）表示在位置 x處的 NO2線濃度,X是NO2對流層柱濃度最高值點(diǎn)相對于城市中心的距離,x0是下風(fēng)向NO2濃度衰減到NO2對流層柱濃度最高值 1/e的距離；G（x）即為相應(yīng)的高斯函數(shù)表達(dá)式；ENO2為選定區(qū)域內(nèi)的NO2排放通量,v平均風(fēng)速,B為本底濃度；τ為NO2壽命,可由x0求出,,v為平均風(fēng)速.公式（10）簡單推導(dǎo)如下所示：

1.假設(shè)沿風(fēng)場方向,只有一個點(diǎn)源固定連續(xù)排放,點(diǎn)源NO2排放通量為E（mol/s）,則單位時間NO2排放量M=E×Δt.

2.根據(jù)高斯擴(kuò)散理論,無風(fēng)自由大氣中點(diǎn)源周邊氣體按高斯形式分布,因此在不考慮風(fēng)場下,每個氣團(tuán)中NO2濃度分布符合高斯分布,表達(dá)式為：

式中：xj代表沿風(fēng)場方向任一網(wǎng)格中心點(diǎn)的位置；x-xj則代表沿風(fēng)場方向任一位置相對于j網(wǎng)格的距離.

3.由于 NO2壽命的存在,氣團(tuán)濃度在移動的過程逐漸衰減,其衰減函數(shù)為：F（x）=M×exp（-x/x0）,式中x代表氣團(tuán)距離排放源的距離；x0代表NO2濃度降低為最高值 1/e的距離,等效為壽命與風(fēng)速的乘積；M為點(diǎn)源處的濃度值.因此結(jié)合高斯分布以及氣團(tuán)的衰減,在網(wǎng)格i上空氣團(tuán)內(nèi)NO2柱濃度應(yīng)該為：

又由于M=E×Δt,故公式（12）變化為：

假設(shè)風(fēng)速v不變,則xj=v×t,Δt=Δxj÷v,公式（13）轉(zhuǎn)變?yōu)椋?/p>

式中：Δxj代表網(wǎng)格寬度, Δxj當(dāng)接近無窮小的時候,j同時接近于無限大,因此公式（14）離散式變?yōu)檫B續(xù)積分形式：

在考慮點(diǎn)源位置的偏移后,此恰為公式（10）展開的近似形式.

由此可知公式（10）中包含了 NO2壽命以及NOx排放通量的相關(guān)信息,故NO2壽命以及NOx通量計(jì)算過程總結(jié)如下：1）選定積分范圍,對垂直特定風(fēng)向上NO2柱濃度積分,從而得到沿風(fēng)場方向NO2線濃度分布；2）采用高斯函數(shù)卷積指數(shù)函數(shù)形式擬合NO2線濃度分布；3）結(jié)合風(fēng)速,通過擬合參數(shù)得到NO2壽命,以及NOx排放通量.

1.3研究區(qū)域

蘭州市地處中國西部地區(qū),常駐人口約為400萬,其工業(yè)發(fā)達(dá),人口密集,市中心以及周邊區(qū)域NO2柱濃度較高；同時蘭州位于中國西部,遠(yuǎn)離東部NO2高值區(qū),受東部地區(qū)NO2輸送影響較小,為較理想孤立點(diǎn)源城市.

2　結(jié)果與討論

2.1蘭州NO2柱濃度空間分布特征

利用每日OMI NO2柱濃度數(shù)據(jù),2010～2012 年3年平均后得到蘭州地區(qū)OMI NO2柱濃度空間分布特征（圖1）：蘭州區(qū)域NO2柱濃度呈現(xiàn)明顯中心濃度高,向四周遞減分布,同時最高值區(qū)域靠近工業(yè)區(qū)域-西固區(qū),表明工業(yè)排放對蘭州 NO2具有明顯影響；蘭州西北部以及東北部存在 NO2帶狀分布,西北方向帶狀分布延伸至青海省西寧市,結(jié)合蘭州周邊地形,西北以及東北方向均為河谷地帶,利于NO2的輸送以及積累；蘭州正南方向存在NO2濃度躍變,表明NO2擴(kuò)散阻斷,蘭州南部為皋蘭山麓,相對蘭州市中心高度約 700m,估算蘭州市NO2輸送高度低于700m.

圖1　2010～2012年蘭州地區(qū)NO2柱濃度空間分布Fig.1　The mean distribution of NO2column concentrations over Lanzhou from 2010 to 2012

2.2蘭州市NO2柱濃度月均值變化特征

選擇蘭州市中心范圍（103.3°E～104.2°E、35.9°N～36.5°N）作為蘭州市研究區(qū)域,得到蘭州市年內(nèi)1～12月NO2柱濃度月均值變化特征（圖2）.由圖2可知,蘭州市NO2柱濃度月均值呈現(xiàn)“U”型分布,在12月達(dá)到最高值,8月最低.以2012年為例,12月 NO2柱濃度為 1.05×1016molecules/ cm2,8月最低值為2.85×1015molecules/cm2,最大值約為最小值3.7倍.此濃度的趨勢變化的原因一方面與氣象條件有關(guān),冬季溫度低,NO2壽命較長,不利于NO2的轉(zhuǎn)化,而形成積累；另一方面與蘭州冬季取暖有關(guān),蘭州為中國北方城市,取暖使燃煤量增加,而增大NO2濃度.

圖2　2010～2012年蘭州市NO2柱濃度月均值變化序列Fig.2　The time series of month-average NO2column concentrations in Lanzhou from 2010 to 2012

2.3蘭州地區(qū)冬季NOx排放通量以及壽命估算

圖3　2012年蘭州西南風(fēng)向下NO2柱濃度平均分布Fig.3　The mean distribution of NO2over Lanzhou under south-western wind in 2012

由圖1可知,蘭州西北以及東北部存在NO2柱濃度帶狀分布,由于西北部連接西寧,會產(chǎn)生相互影響,故此處僅利用東北分布進(jìn)行研究.東北方向除出現(xiàn)帶狀分布以外,還呈現(xiàn)NO2柱濃度的衰減特征.選擇冬季蘭州西南風(fēng)向的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,結(jié)合當(dāng)?shù)貦C(jī)場氣象數(shù)據(jù)（http：//www.underground. com/weather-forecast）,選擇2012年1～3月,11～12 月,AURA衛(wèi)星過境時刻前后（11：00～3：00）為西南（南）風(fēng)的日期,對日期內(nèi)NO2柱濃度進(jìn)行平均,得到西南（南）風(fēng)場下 NO2柱濃度平均分布,如圖 3所示,從圖3中可明顯看出,西南（南）風(fēng)場下在東北方向存在明顯NO2柱濃度遞減的趨勢.

對垂直于風(fēng)向（西北—東南方向）NO2柱濃度積分（積分長度 130km）,從而得到沿著西南風(fēng)向NO2線濃度變化趨勢（圖4）.圖4顯示,NO2柱濃度最高點(diǎn)相對于中心點(diǎn)（蘭州市中心）在下風(fēng)向存在偏移,偏移距離受到風(fēng)場以及NO2大氣中轉(zhuǎn)化速率影響［9］,同時下風(fēng)向 NO2衰減的速率比上風(fēng)向慢（與 Beirle［9］中觀測結(jié)果一致）.而后采用公式（10）描述的函數(shù)對 NO2線濃度利用最小二乘法進(jìn)行擬合［8-9,18］.

圖4　2012年西南風(fēng)向上NO2線濃度分布Fig.4　The “NO2line densities” under south-western direction as a function of the distance to Lanzhou center

圖4中公式（10）F（x）對蘭州市以及周邊區(qū)域2012年 NO2線濃度變化曲線實(shí)現(xiàn)較好的擬合,擬合系數(shù)為 0.97.通過擬合參數(shù),得到2010～2012年各年x0（NO2線濃度數(shù)值減小為最大值1/e的距離）分別為 118.95,115.28,99.56km.根據(jù)統(tǒng)計(jì)得到2010～2012年西南（南）風(fēng)平均風(fēng)速分別為3.12, 3.22, 3.05m/s,利用公式,得到蘭州市NO2冬季壽命分別約為：10.6,9.9,9.1h,平均約為9.9h,比Beirle等［9］針對利雅得求得的NO2壽命2.3～6h,以及Mijling等［19］利用DECSO算法計(jì)算的北京夏季壽命3.3h長,但與Beirle等［8］針對印度洋船舶求出的NO2冬季壽命（8.5h）具有很好的一致性,且符合Martin等［20］利用 CTM 計(jì)算的結(jié)果：30°N為5～8h；40°N為 3～15h,說明利用此方法計(jì)算蘭州NO2冬季壽命的有效性.相對利雅得以及DECSO算法計(jì)算的壽命長原因可能為：此處統(tǒng)計(jì)西南（南）日期多為冬季,而冬季NO2壽命相對較長.

根據(jù)擬合參數(shù)同時得到蘭州市 2010～2012 年E/v值分別為42.56, 43.21, 44.68mol/m,結(jié)合各年西南（南）風(fēng)場風(fēng)速得到2010～2012年ENOx分別為175.3, 183.7, 179.9mol/s.

2.4誤差分析

在衛(wèi)星估算排放通量過程中存在多方面的誤差來源,其中包括 VCD反演帶來的誤差、NOx/NO2比值產(chǎn)生的誤差、擬合以及擬合參數(shù)選擇產(chǎn)生的誤差：NO2線濃度積分長度產(chǎn)生的誤差、擬合產(chǎn)生的誤差、風(fēng)速等參數(shù)造成的誤差.

（1）衛(wèi)星反演VCD帶來的誤差：由于衛(wèi)星反演過程中使用的NO2廓線,地表反射率,云壓、云覆蓋等參數(shù)的不確定性而造成 VCD誤差約為30%［21］.

（2）NOx/NO2比值產(chǎn)生的誤差：由于在大氣中NO2與NO能很快達(dá)到穩(wěn)定混合狀態(tài),故衛(wèi)星觀測NO2柱濃度需要轉(zhuǎn)為NOx柱濃度,其比例系數(shù)為1.32（誤差為10%）［9,17］.

（3）擬合以及擬合過程中參數(shù)的選擇產(chǎn)生的誤差：1.積分長度產(chǎn)生的誤差,從圖3中可以看出,在蘭州的西北角處存在一個NO2聚集區(qū),所以積分長度的選擇對結(jié)果會產(chǎn)生較大的影響,如果長度太短,無法考慮蘭州產(chǎn)生的所有NO2；如果長度過大,則會過多包含西北處 NO2濃度.針對 2012 年,分別計(jì)算不同積分長度（90.74～181.48km）下NOx排放通量,結(jié)果如圖5所示.圖5顯示,NOx排放通量先隨著積分長度呈線性增加,120km后,通量基本維持恒定,但是在163km,出現(xiàn)一定程度增加,此對應(yīng)積分長度已包含西北NO2柱濃度高值分布區(qū),本文中所用的130km,處于通量變化穩(wěn)定區(qū)間,具有可信度.將 120～160km作為通量變化穩(wěn)定區(qū)間,故選擇130km造成的誤差為5%；2.擬合產(chǎn)生的誤差,由 95%置信區(qū)間（CI）得到為12%；3.風(fēng)速的選擇,由于風(fēng)速來源為當(dāng)?shù)貦C(jī)場氣象臺數(shù)據(jù),其對于準(zhǔn)確反映空中風(fēng)速存在一定的偏差,結(jié)合以往針對風(fēng)廓線研究［22-23］,其誤差約為20%～30%.根據(jù)誤差傳遞關(guān)系,得到特定風(fēng)向NO2線濃度分布擬合計(jì)算通量誤差為24%～33%.

圖5　排放通量隨積分距離變化Fig.5　The variation of emissions as a function of the integral length

綜上所述：衛(wèi)星反演 VCD帶來的誤差約為30%； NOx/NO2比值產(chǎn)生的誤差約10%；特定風(fēng)向“NO2線濃度分布”擬合帶來的誤差為24%～33%；從而造成總排放通量的誤差約為40%～45%.

根據(jù)蘭州市 2010～2012年環(huán)境質(zhì)量公報（http：//hbj.lanzhou.gov.cn）,得到估算數(shù)據(jù)與環(huán)境質(zhì)量公報數(shù)據(jù)之間的關(guān)系如圖6所示：

圖6　估算數(shù)據(jù)與環(huán)境公報數(shù)據(jù)關(guān)系Fig.6　The relationship between the estimated emissions and the data from “Lanzhou Environment Bulletin”

圖6顯示,衛(wèi)星估算值與統(tǒng)計(jì)值數(shù)量級較為一致,但衛(wèi)星估算NOx排放通量約是環(huán)境質(zhì)量公報數(shù)據(jù) 2.4倍.其兩者存在差距原因可能為環(huán)境質(zhì)量公報針對全年,包括夏季時間段,此時間段NOx排放較冬季排放小,而衛(wèi)星估算蘭州NOx排放通量主要研究階段為冬季.

3　結(jié)論

3.1蘭州市NO2柱濃度空間分布呈現(xiàn)中心濃度高,并向四周擴(kuò)散特性；蘭州西北以及東北方向存在NO2柱濃度帶狀分布,且東北方向存在NO2柱濃度衰減趨勢；根據(jù)蘭州市南部NO2擴(kuò)散阻斷特征,估算蘭州NO2輸送通道位于大約700m以下.

3.2蘭州市 NO2柱濃度月均值成“U”型變化特征,在每年 12月達(dá)到最高值,1月份次之,而 8月份NO2柱濃度最低,最高值約為最低值3.7倍,季節(jié)變化特征明顯.

3.3利用西南（南）風(fēng)場下的NO2柱濃度空間分布,估算得到蘭州2010～2012年NO2冬季壽命分別為 10.6,9.9,9.1h,平均為 9.9h；NOx冬季排放通量分別為175.3, 183.7, 179.9mol/s,與蘭州質(zhì)量公報數(shù)據(jù)數(shù)量級一致；對衛(wèi)星估算NOx排放通量進(jìn)行誤差分析,其約為40%～45%.

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致謝：感謝德國馬普化學(xué)所衛(wèi)星組 Thomas Wagner教授, Steffen Beirle博士在論文完成以及數(shù)據(jù)分析上給予的指導(dǎo)與幫助.

Research on the spatial/temporal patterns of NO2concentration and NOxemissions of Lanzhou by applying satellite data.

ZHANG Jie1, LI Ang1*, XIE Pin-Hua1,2, XU Jin1, WANG Yang3, WU Feng-Cheng1, MOU Fu-Sheng1（1.Key Laboratory of Environmental Optical and Technology, Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031, China；2.School of Environmental and Photoelectric Technology, University of Science and Technology of China, Hefei 230031, China；3.Max-Plank Institute for Chemistry, Mainz Germany D-55128）.

China Environmental Science, 2015,35（8）：2291～2297

OMI （Ozone Monitoring Instrument） on abroad the EOS AURA satellite is widely used to observe the trace gases （O3, NO2, SO2） for its high spatial and temporal resolution. The distribution of NO2column concentration over Lanzhou was reconstructed using data from OMI database （2010～2012）, following the analysis of variation of spatial and temporal patterns, and the estimation of NOxemissions when considering the distribution of NO2concentration under south-western wind. The results shown that： in the spatial pattern, the NO2column concentration at the center of Lanzhou City was the highest, and the concentration of NO2decreased with the distance from the center. In the time pattern, the NO2column concentration of Lanzhou City reached the highest value in December, and the lowest value in August. The lifetime of NO2in Lanzhou during wintertime from 2010 to 2012 was about 10.6, 9.9, 9.1h respectively, and the NOxemission rate was about 175.3, 183.7, 179.9mol/s respectively. The emission rate calculated matched the data provided by the “Lanzhou Environment Bulletin”, which indicated that analyzing the distribution of NO2under special wind direction provides a feasible way to estimate the emissions of NOx.

satellite；NO2distributions；NO2lifetime；NOxemissions

X511

A

1000-6923（2015）08-2291-07

2015-01-06

國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（2014AA06A508, 2014AA06A511）；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41405033）；安徽省科技攻關(guān)項(xiàng)目（1301022083）；國家環(huán)保部公益項(xiàng)目（201409006）

* 責(zé)任作者, 副研究員, angli@aiofm.ac.cn

張杰（1989-）,男,山東濰坊人,中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院碩士研究生,研究方向?yàn)榄h(huán)境光學(xué)以及衛(wèi)星遙感.