周春艷　付　卓　馬鵬飛　厲　青　王中挺　陳　輝　毛慧琴　姚延娟

(環(huán)境保護(hù)部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心，北京　100094)

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2005-2015年珠三角對(duì)流層NO2柱濃度時(shí)空變化遙感監(jiān)測(cè)

周春艷付卓馬鵬飛厲青王中挺陳輝毛慧琴姚延娟

(環(huán)境保護(hù)部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心，北京100094)

本文基于OMI遙感數(shù)據(jù)，詳細(xì)分析了近十一年間珠三角對(duì)流層NO2柱濃度時(shí)空變化格局，結(jié)果表明：(1)珠三角對(duì)流層NO2柱濃度年均下降率為4.25%。2015年濃度最低，為508.83×1013mole/cm2；2007年最高，為819.37×1013mole/cm2。 2010年較2005年下降12.11%，2015年較2010年下降26.28%；(2)珠三角對(duì)流層NO2柱濃度分布呈中間高、周邊低的趨勢(shì)。中部的廣州、佛山、東莞、中山、深圳市等發(fā)達(dá)或重工業(yè)城市為中心的區(qū)域是高濃度中心；肇慶、惠州、江門和珠海處于一、二級(jí)較低濃度水平；(3)對(duì)流層 NO2柱濃度月均值呈顯著年度周期性變化，一年中NO2最低值一般出現(xiàn)在6-9月；最高值一般出現(xiàn)在1、2、11、12月。

對(duì)流層NO2；OMI；遙感監(jiān)測(cè)；時(shí)空變化；珠三角

1　引　言

對(duì)流層是各層大氣中與人類活動(dòng)聯(lián)系最為密切的一層。與平流層相比，對(duì)流層中物種豐富，天氣現(xiàn)象頻繁，大氣運(yùn)動(dòng)十分活躍，有利于各物種的混合、傳輸和轉(zhuǎn)化。對(duì)流層大氣最顯著的特點(diǎn)是化學(xué)性質(zhì)活潑，而NOx-有機(jī)物體系是造成對(duì)流層大氣這種活潑氧化性的主要原因[1]。NOx與氨、水分和其它化合物發(fā)生反應(yīng)形成二次顆粒物，與揮發(fā)性有機(jī)化合物發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成臭氧。顆粒物與臭氧可以引起或加重呼吸系統(tǒng)疾病，降低肺功能，兒童、老年人、患有哮喘等肺部疾病的人及在戶外工作或鍛煉的人是不利影響的高風(fēng)險(xiǎn)人群。此外，NOx會(huì)引起多種環(huán)境問題，如酸雨、灰霾、光化學(xué)污染和水體富營(yíng)養(yǎng)化等。一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)的總和通常被稱為氮氧化物(NOx)，其中NO2濃度對(duì)NOx具有指示性，故各國(guó)環(huán)保部門普遍重視NO2的濃度水平。珠三角是我國(guó)經(jīng)濟(jì)最具活力的地區(qū)，其環(huán)境問題得到國(guó)家及民眾的廣泛關(guān)注，大氣環(huán)境的監(jiān)測(cè)及治理工作得到前所未有的重視。本文采用遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)對(duì)流層NO2柱濃度，分析珠三角城市群近11年的對(duì)流層NO2柱濃度的時(shí)空格局變化。

2　研究區(qū)與數(shù)據(jù)

2.1研究區(qū)介紹

珠三角城市群位于廣東中南部，面向中國(guó)南海，包括廣州、深圳2個(gè)副省級(jí)城市，珠海、佛山、中山、東莞、惠州、江門和肇慶7個(gè)地級(jí)市。區(qū)域面積約5.5萬平方公里，約占廣東全省面積的30.4%；2014年末常住人口約5763萬人，約占全國(guó)常住人口的4.2%。珠三角最早由廣東省政府在1994年確立，2014年地區(qū)生產(chǎn)總值約57650億元，約占國(guó)民生產(chǎn)總值的8.4%，是僅次于長(zhǎng)三角、京津冀的中國(guó)大陸第三大經(jīng)濟(jì)總量的都市經(jīng)濟(jì)圈。

2.2數(shù)據(jù)

本文所用對(duì)流層NO2柱濃度數(shù)據(jù)為2005-2015年DOMINO version 2.0 OMI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[2]發(fā)布，空間分辨率為0.125°×0.125°。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，一天覆蓋全球一次，有3個(gè)通道，波長(zhǎng)覆蓋范圍為270～500nm[3]。

珠三角城市群的人口、面積、地區(qū)生產(chǎn)總值等數(shù)據(jù)來源于廣東省統(tǒng)計(jì)年鑒及各市統(tǒng)計(jì)年鑒[4-5]。

3　結(jié)果與分析

為了分析珠三角城市群及其直轄市和地級(jí)市的NO2月、季、年時(shí)空分布及變化情況，本文對(duì)2005-2015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。

3.1珠三角對(duì)流層 NO2柱濃度的年變化由2005-2015年珠三角對(duì)流層NO2柱濃度年均變化(如圖1)可知：對(duì)流層NO2年均柱濃度波動(dòng)較大，年均下降率為4.25%。2015年濃度最低，為508.83×1013mole/cm2；2007年最高，為819.37×1013mole/cm2?？v觀十一年來NO2的變化，總體呈下降趨勢(shì)?！笆晃濉币?guī)劃關(guān)于氮氧化物沒有約束性規(guī)定，2010年較2005年下降12.11%；“十二五”規(guī)劃的約束性減排指標(biāo)為下降10%，2015年較2010年下降26.28%。

由珠三角對(duì)流層NO2柱濃度十年時(shí)空變化(如圖2)可知：(1) 珠三角NO2分布呈中間高、周邊低的趨勢(shì)。珠三角中部的發(fā)達(dá)或重工業(yè)城市為中心的區(qū)域是高濃度中心；周邊的肇慶、惠州、江門和珠海等市處于一、二級(jí)較低濃度水平；(2)十年來NO2高濃度區(qū)范圍變化顯著。2006-2007年NO2高濃度分布范圍大，集中在珠三角中部的廣州、佛山、東莞、中山、深圳等市；2008-2010年高濃度區(qū)范圍不斷縮小且數(shù)值逐漸降低，僅出現(xiàn)在佛山、廣州和東莞接壤的小范圍區(qū)域；2011年，三、四級(jí)高濃度范圍稍有擴(kuò)大；2012-2013年，四級(jí)高濃度范圍逐漸縮小至廣州、佛山局地；2014-2015年珠三角中部濃度處于三級(jí)水平，且范圍較前幾年顯著縮小。

圖2　2006-2015年珠三角對(duì)流層NO2柱濃度年均變化

3.2珠三角對(duì)流層 NO2柱濃度的月變化

2005-2015年珠三角的對(duì)流層NO2柱濃度月均特征為(圖3)：對(duì)流層 NO2柱濃度月均值呈顯著周期性變化，以年為周期。一年中NO2最低值一般出現(xiàn)在6-9月，2015年5月達(dá)到最小值為274.45×1013mole/cm2；最高值一般出現(xiàn)在1、2、11、12月，2010年1月達(dá)到最大值為1622.96×1013mole/cm2。

圖3　2005-2015年珠三角NO2柱濃度月均值變化趨勢(shì)(單位：1013mole/cm2)

鑒于NO2柱濃度月均值具有顯著年度周期性變化，本文僅給出2015年的月分布圖以反應(yīng)月度空間變化(如圖4)。1月珠三角中部的佛山、江門、廣州、中山、東莞、深圳和珠海連接大范圍處于四、五級(jí)高濃度水平；2月高濃度區(qū)域范圍大幅縮小，僅出現(xiàn)于佛山、中山市局地，其他地區(qū)濃度水平較低；3月數(shù)據(jù)不全，佛山及廣州局地出現(xiàn)四、五級(jí)高濃度；4月高濃度區(qū)域范圍很小，僅出現(xiàn)在廣州局地，其他大范圍區(qū)域濃度水平較低；5-8月整個(gè)珠三角均處于一、二級(jí)較低濃度水平；9月僅佛山小范圍區(qū)域出現(xiàn)三級(jí)水平，其他均處于一、二級(jí)低濃度水平；10-12月，高濃度范圍逐漸擴(kuò)大，程度逐漸加強(qiáng)，12月高濃度區(qū)域大幅擴(kuò)大，珠三角中部大范圍地區(qū)均處于四五級(jí)高濃度水平。

圖4　2015年珠三角對(duì)流層NO2月均柱濃度分布圖

3.3珠三角直轄市及地級(jí)市對(duì)流層NO2柱濃度的時(shí)間變化

統(tǒng)計(jì)2005-2015年珠三角直轄市和地級(jí)市的年均值(表1)發(fā)現(xiàn)：肇慶和惠州市對(duì)流層NO2柱濃度處于一級(jí)水平；佛山市、東莞市、中山市、深圳市等重工業(yè)或發(fā)達(dá)城市處于三級(jí)水平?！笆濉陛^“十一五”均值，珠三角城市群中僅惠州有7.29%的上升，其他8市均有不同程度下降，其中中山、東莞、深圳、佛山和珠海5市減幅較大，超200×1013mole/cm2。

表1　2005-2015年珠三角各市對(duì)流層NO2柱濃度變化(單位：1013mole/cm2)

4　結(jié)　論

(1)珠三角對(duì)流層NO2柱濃度年均變化特征為：對(duì)流層NO2柱濃度波動(dòng)較大，年均下降率為4.25%。2015年濃度最低，為508.83×1013mole/cm2；2007年最高，為819.37×1013mole/cm2?？v觀十一年來NO2的變化，總體呈下降趨勢(shì)。“十一五”規(guī)劃對(duì)氮氧化物沒有約束性規(guī)定，2010年較2005年下降12.11%；“十二五”規(guī)劃的約束性減排指標(biāo)為下降10%，2015年較2010年下降26.28%。

(2)珠三角對(duì)流層NO2柱濃度時(shí)空變化特征為：珠三角NO2分布呈中間高、周邊低的趨勢(shì)。珠三角中部的發(fā)達(dá)或重工業(yè)城市為中心的區(qū)域是高濃度中心；肇慶、惠州、江門和珠海處于一、二級(jí)較低濃度水平；十年來NO2高濃度區(qū)范圍變化顯著，其中2014-2015年珠三角中部濃度最高處于三級(jí)水平，其中2015年三級(jí)面積顯著縮小。

(3)對(duì)流層NO2柱濃度月均值呈顯著年度周期性變化，一年中NO2最低值一般出現(xiàn)在6-9月，2015年5月達(dá)到最小值為274.45×1013mole/cm2；最高值一般出現(xiàn)在1、2、11、12月，2010年1月達(dá)到最大值為1622.96×1013mole/cm2。

[1]唐孝炎，張遠(yuǎn)航，邵敏.大氣環(huán)境化學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2006：214.

[2]http：//www.temis.nl/airpollution/NO2.html

[3]OMI Team.Ozone Monitoring Instrument (OMI) Data User’s Guide (OMI-DUG-5.0)[R].2012.

[4]廣東省統(tǒng)計(jì)局.廣東省統(tǒng)計(jì)年鑒各市地區(qū)生產(chǎn)總值[DB/OL].[2016-4-12]http：//www.gdstats.gov.cn/tjnj/2015/directory/content.html 02-15.

[5]廣東省統(tǒng)計(jì)局.廣東省統(tǒng)計(jì)年鑒各市年末常住人口數(shù)[DB/OL].[2016-4-12]http：//www.gdstats.gov.cn/tjnj/2015/directory/content.html 03-05.

Spatio-temporal Change of Tropospheric NO2Column Density over Pearl River Delta from 2005 to 2015

ZHOU ChunyanFU ZhuoMA PengfeiLI QingWANG ZhongtingCHEN HuiMAO HuiqinYAO Yanjuan

(Satellite Environmental Center，Ministry of Environmental Protection of the People's Republic of China，Beijing 100094)

Based on satellite derived NO2column data from OMI，we analysed the characteristics of spatial and temporal distribution of tropospheric NO2column density over Pearl River Delta from 2005 to 2015.Results demonstrate：(1) Tropospheric NO2column density decreased at the annual rate of 4.25%，with the lowest column density 508.83×1013mole/cm2in the year 2015，and with the highest column density 819.37×1013mole/cm2in the year 2007；it declined 12.11% compared with 2005 in 2010 and declined 26.28% compared with 2010 in 2015；(2) Tropospheric NO2column density is high in the middle and low in the surrounding of Pearl River Delta；(3)The monthly mean value of tropospheric NO2column density has significant cyclical change for years.The monthly mean value of June to September is usually low，and that of November to February is usually high.

Tropospheric NO2column density；OMI；satellite remote sensing monitoring；spatial-temporal change；Pearl River Delta

周春艷，博士，高工，主要從事大氣環(huán)境遙感研究

X87

A

1673-288X(2016)05-0033-04

項(xiàng)目資助：高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)重大專項(xiàng)(編號(hào)：05-Y20A16-9001-15/17)；國(guó)家自然科學(xué)基金(編號(hào)：41271349)

通訊簡(jiǎn)介：馬鵬飛，博士，主要從事大氣環(huán)境遙感研究

引用文獻(xiàn)格式：周春艷等.2005-2015年珠三角對(duì)流層NO2柱濃度時(shí)空變化遙感監(jiān)測(cè)[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2016，41(5)：33-36.