2005-2015年珠三角对流层NO2柱浓度时空变化遥感监测

周春艳　付　卓　马鹏飞　厉　青　王中挺　陈　辉　毛慧琴　姚延娟

(环境保护部卫星环境应用中心，北京　100094)



2005-2015年珠三角对流层NO2柱浓度时空变化遥感监测

周春艳付卓马鹏飞厉青王中挺陈辉毛慧琴姚延娟

(环境保护部卫星环境应用中心，北京100094)

本文基于OMI遥感数据，详细分析了近十一年间珠三角对流层NO2柱浓度时空变化格局，结果表明：(1)珠三角对流层NO2柱浓度年均下降率为4.25%。2015年浓度最低，为508.83×1013mole/cm2；2007年最高，为819.37×1013mole/cm2。 2010年较2005年下降12.11%，2015年较2010年下降26.28%；(2)珠三角对流层NO2柱浓度分布呈中间高、周边低的趋势。中部的广州、佛山、东莞、中山、深圳市等发达或重工业城市为中心的区域是高浓度中心；肇庆、惠州、江门和珠海处于一、二级较低浓度水平；(3)对流层 NO2柱浓度月均值呈显著年度周期性变化，一年中NO2最低值一般出现在6-9月；最高值一般出现在1、2、11、12月。

对流层NO2；OMI；遥感监测；时空变化；珠三角

1　引　言

对流层是各层大气中与人类活动联系最为密切的一层。与平流层相比，对流层中物种丰富，天气现象频繁，大气运动十分活跃，有利于各物种的混合、传输和转化。对流层大气最显著的特点是化学性质活泼，而NOx-有机物体系是造成对流层大气这种活泼氧化性的主要原因[1]。NOx与氨、水分和其它化合物发生反应形成二次颗粒物，与挥发性有机化合物发生光化学反应生成臭氧。颗粒物与臭氧可以引起或加重呼吸系统疾病，降低肺功能，儿童、老年人、患有哮喘等肺部疾病的人及在户外工作或锻炼的人是不利影响的高风险人群。此外，NOx会引起多种环境问题，如酸雨、灰霾、光化学污染和水体富营养化等。一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)的总和通常被称为氮氧化物(NOx)，其中NO2浓度对NOx具有指示性，故各国环保部门普遍重视NO2的浓度水平。珠三角是我国经济最具活力的地区，其环境问题得到国家及民众的广泛关注，大气环境的监测及治理工作得到前所未有的重视。本文采用遥感技术监测对流层NO2柱浓度，分析珠三角城市群近11年的对流层NO2柱浓度的时空格局变化。

2　研究区与数据

2.1研究区介绍

珠三角城市群位于广东中南部，面向中国南海，包括广州、深圳2个副省级城市，珠海、佛山、中山、东莞、惠州、江门和肇庆7个地级市。区域面积约5.5万平方公里，约占广东全省面积的30.4%；2014年末常住人口约5763万人，约占全国常住人口的4.2%。珠三角最早由广东省政府在1994年确立，2014年地区生产总值约57650亿元，约占国民生产总值的8.4%，是仅次于长三角、京津冀的中国大陆第三大经济总量的都市经济圈。

2.2数据

本文所用对流层NO2柱浓度数据为2005-2015年DOMINO version 2.0 OMI对流层NO2垂直柱浓度产品，此产品由荷兰皇家气象研究所反演，由TEMIS[2]发布，空间分辨率为0.125°×0.125°。2004年7月15日美国国家航空航天局发射的Aura地球观测系统卫星上搭载了臭氧监测仪OMI。此传感器由荷兰、芬兰与NASA合作制造，是继GOME和SCIAMACHY后的新一代大气成分探测传感器，轨道扫描刈幅为2600km，天底空间分辨率是13km×24km，一天覆盖全球一次，有3个通道，波长覆盖范围为270～500nm[3]。

珠三角城市群的人口、面积、地区生产总值等数据来源于广东省统计年鉴及各市统计年鉴[4-5]。

3　结果与分析

为了分析珠三角城市群及其直辖市和地级市的NO2月、季、年时空分布及变化情况，本文对2005-2015年对流层NO2垂直柱浓度进行了如下分级：一级(<500)、二级(500～1000)、三级(1000～1500)、四级(1500～2000)和五级(>2000)，单位为1013mole/cm2。

3.1珠三角对流层 NO2柱浓度的年变化由2005-2015年珠三角对流层NO2柱浓度年均变化(如图1)可知：对流层NO2年均柱浓度波动较大，年均下降率为4.25%。2015年浓度最低，为508.83×1013mole/cm2；2007年最高，为819.37×1013mole/cm2。纵观十一年来NO2的变化，总体呈下降趋势。“十一五”规划关于氮氧化物没有约束性规定，2010年较2005年下降12.11%；“十二五”规划的约束性减排指标为下降10%，2015年较2010年下降26.28%。

由珠三角对流层NO2柱浓度十年时空变化(如图2)可知：(1) 珠三角NO2分布呈中间高、周边低的趋势。珠三角中部的发达或重工业城市为中心的区域是高浓度中心；周边的肇庆、惠州、江门和珠海等市处于一、二级较低浓度水平；(2)十年来NO2高浓度区范围变化显著。2006-2007年NO2高浓度分布范围大，集中在珠三角中部的广州、佛山、东莞、中山、深圳等市；2008-2010年高浓度区范围不断缩小且数值逐渐降低，仅出现在佛山、广州和东莞接壤的小范围区域；2011年，三、四级高浓度范围稍有扩大；2012-2013年，四级高浓度范围逐渐缩小至广州、佛山局地；2014-2015年珠三角中部浓度处于三级水平，且范围较前几年显著缩小。

图2　2006-2015年珠三角对流层NO2柱浓度年均变化

3.2珠三角对流层 NO2柱浓度的月变化

2005-2015年珠三角的对流层NO2柱浓度月均特征为(图3)：对流层 NO2柱浓度月均值呈显著周期性变化，以年为周期。一年中NO2最低值一般出现在6-9月，2015年5月达到最小值为274.45×1013mole/cm2；最高值一般出现在1、2、11、12月，2010年1月达到最大值为1622.96×1013mole/cm2。

图3　2005-2015年珠三角NO2柱浓度月均值变化趋势(单位：1013mole/cm2)

鉴于NO2柱浓度月均值具有显著年度周期性变化，本文仅给出2015年的月分布图以反应月度空间变化(如图4)。1月珠三角中部的佛山、江门、广州、中山、东莞、深圳和珠海连接大范围处于四、五级高浓度水平；2月高浓度区域范围大幅缩小，仅出现于佛山、中山市局地，其他地区浓度水平较低；3月数据不全，佛山及广州局地出现四、五级高浓度；4月高浓度区域范围很小，仅出现在广州局地，其他大范围区域浓度水平较低；5-8月整个珠三角均处于一、二级较低浓度水平；9月仅佛山小范围区域出现三级水平，其他均处于一、二级低浓度水平；10-12月，高浓度范围逐渐扩大，程度逐渐加强，12月高浓度区域大幅扩大，珠三角中部大范围地区均处于四五级高浓度水平。

图4　2015年珠三角对流层NO2月均柱浓度分布图

3.3珠三角直辖市及地级市对流层NO2柱浓度的时间变化

统计2005-2015年珠三角直辖市和地级市的年均值(表1)发现：肇庆和惠州市对流层NO2柱浓度处于一级水平；佛山市、东莞市、中山市、深圳市等重工业或发达城市处于三级水平。“十二五”较“十一五”均值，珠三角城市群中仅惠州有7.29%的上升，其他8市均有不同程度下降，其中中山、东莞、深圳、佛山和珠海5市减幅较大，超200×1013mole/cm2。

表1　2005-2015年珠三角各市对流层NO2柱浓度变化(单位：1013mole/cm2)

4　结　论

(1)珠三角对流层NO2柱浓度年均变化特征为：对流层NO2柱浓度波动较大，年均下降率为4.25%。2015年浓度最低，为508.83×1013mole/cm2；2007年最高，为819.37×1013mole/cm2。纵观十一年来NO2的变化，总体呈下降趋势。“十一五”规划对氮氧化物没有约束性规定，2010年较2005年下降12.11%；“十二五”规划的约束性减排指标为下降10%，2015年较2010年下降26.28%。

(2)珠三角对流层NO2柱浓度时空变化特征为：珠三角NO2分布呈中间高、周边低的趋势。珠三角中部的发达或重工业城市为中心的区域是高浓度中心；肇庆、惠州、江门和珠海处于一、二级较低浓度水平；十年来NO2高浓度区范围变化显著，其中2014-2015年珠三角中部浓度最高处于三级水平，其中2015年三级面积显著缩小。

(3)对流层NO2柱浓度月均值呈显著年度周期性变化，一年中NO2最低值一般出现在6-9月，2015年5月达到最小值为274.45×1013mole/cm2；最高值一般出现在1、2、11、12月，2010年1月达到最大值为1622.96×1013mole/cm2。

[1]唐孝炎，张远航，邵敏.大气环境化学[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]广东省统计局.广东省统计年鉴各市地区生产总值[DB/OL].[2016-4-12]http：//www.gdstats.gov.cn/tjnj/2015/directory/content.html 02-15.

[5]广东省统计局.广东省统计年鉴各市年末常住人口数[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

周春艳，博士，高工，主要从事大气环境遥感研究

X87

A

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

项目资助：高分辨率对地观测系统重大专项(编号：05-Y20A16-9001-15/17)；国家自然科学基金(编号：41271349)

通讯简介：马鹏飞，博士，主要从事大气环境遥感研究

引用文献格式：周春艳等.2005-2015年珠三角对流层NO2柱浓度时空变化遥感监测[J].环境与可持续发展，2016，41(5)：33-36.