2005-2015年珠三角對流層NO2柱濃度時空變化遙感監測

周春艷　付　卓　馬鵬飛　厲　青　王中挺　陳　輝　毛慧琴　姚延娟

(環境保護部衛星環境應用中心，北京　100094)

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2005-2015年珠三角對流層NO2柱濃度時空變化遙感監測

周春艷付卓馬鵬飛厲青王中挺陳輝毛慧琴姚延娟

(環境保護部衛星環境應用中心，北京100094)

本文基于OMI遙感數據，詳細分析了近十一年間珠三角對流層NO2柱濃度時空變化格局，結果表明：(1)珠三角對流層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)珠三角對流層NO2柱濃度分布呈中間高、周邊低的趨勢。中部的廣州、佛山、東莞、中山、深圳市等發達或重工業城市為中心的區域是高濃度中心；肇慶、惠州、江門和珠海處于一、二級較低濃度水平；(3)對流層 NO2柱濃度月均值呈顯著年度周期性變化，一年中NO2最低值一般出現在6-9月；最高值一般出現在1、2、11、12月。

對流層NO2；OMI；遙感監測；時空變化；珠三角

1　引　言

對流層是各層大氣中與人類活動聯系最為密切的一層。與平流層相比，對流層中物種豐富，天氣現象頻繁，大氣運動十分活躍，有利于各物種的混合、傳輸和轉化。對流層大氣最顯著的特點是化學性質活潑，而NOx-有機物體系是造成對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生反應形成二次顆粒物，與揮發性有機化合物發生光化學反應生成臭氧。顆粒物與臭氧可以引起或加重呼吸系統疾病，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險人群。此外，NOx會引起多種環境問題，如酸雨、灰霾、光化學污染和水體富營養化等。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NOx具有指示性，故各國環保部門普遍重視NO2的濃度水平。珠三角是我國經濟最具活力的地區，其環境問題得到國家及民眾的廣泛關注，大氣環境的監測及治理工作得到前所未有的重視。本文采用遙感技術監測對流層NO2柱濃度，分析珠三角城市群近11年的對流層NO2柱濃度的時空格局變化。

2　研究區與數據

2.1研究區介紹

珠三角城市群位于廣東中南部，面向中國南海，包括廣州、深圳2個副省級城市，珠海、佛山、中山、東莞、惠州、江門和肇慶7個地級市。區域面積約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年地區生產總值約57650億元，約占國民生產總值的8.4%，是僅次于長三角、京津冀的中國大陸第三大經濟總量的都市經濟圈。

2.2數據

本文所用對流層NO2柱濃度數據為2005-2015年DOMINO version 2.0 OMI對流層NO2垂直柱濃度產品，此產品由荷蘭皇家氣象研究所反演，由TEMIS[2]發布，空間分辨率為0.125°×0.125°。2004年7月15日美國國家航空航天局發射的Aura地球觀測系統衛星上搭載了臭氧監測儀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個通道，波長覆蓋范圍為270～500nm[3]。

珠三角城市群的人口、面積、地區生產總值等數據來源于廣東省統計年鑒及各市統計年鑒[4-5]。

3　結果與分析

為了分析珠三角城市群及其直轄市和地級市的NO2月、季、年時空分布及變化情況，本文對2005-2015年對流層NO2垂直柱濃度進行了如下分級：一級(<500)、二級(500～1000)、三級(1000～1500)、四級(1500～2000)和五級(>2000)，單位為1013mole/cm2。

3.1珠三角對流層 NO2柱濃度的年變化由2005-2015年珠三角對流層NO2柱濃度年均變化(如圖1)可知：對流層NO2年均柱濃度波動較大，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?！笆晃濉币巹濌P于氮氧化物沒有約束性規定，2010年較2005年下降12.11%；“十二五”規劃的約束性減排指標為下降10%，2015年較2010年下降26.28%。

由珠三角對流層NO2柱濃度十年時空變化(如圖2)可知：(1) 珠三角NO2分布呈中間高、周邊低的趨勢。珠三角中部的發達或重工業城市為中心的區域是高濃度中心；周邊的肇慶、惠州、江門和珠海等市處于一、二級較低濃度水平；(2)十年來NO2高濃度區范圍變化顯著。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年高濃度區范圍不斷縮小且數值逐漸降低，僅出現在佛山、廣州和東莞接壤的小范圍區域；2011年，三、四級高濃度范圍稍有擴大；2012-2013年，四級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水平，且范圍較前幾年顯著縮小。

圖2　2006-2015年珠三角對流層NO2柱濃度年均變化

3.2珠三角對流層 NO2柱濃度的月變化

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

圖3　2005-2015年珠三角NO2柱濃度月均值變化趨勢(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、五級高濃度水平；2月高濃度區域范圍大幅縮小，僅出現于佛山、中山市局地，其他地區濃度水平較低；3月數據不全，佛山及廣州局地出現四、五級高濃度；4月高濃度區域范圍很小，僅出現在廣州局地，其他大范圍區域濃度水平較低；5-8月整個珠三角均處于一、二級較低濃度水平；9月僅佛山小范圍區域出現三級水平，其他均處于一、二級低濃度水平；10-12月，高濃度范圍逐漸擴大，程度逐漸加強，12月高濃度區域大幅擴大，珠三角中部大范圍地區均處于四五級高濃度水平。

圖4　2015年珠三角對流層NO2月均柱濃度分布圖

3.3珠三角直轄市及地級市對流層NO2柱濃度的時間變化

統計2005-2015年珠三角直轄市和地級市的年均值(表1)發現：肇慶和惠州市對流層NO2柱濃度處于一級水平；佛山市、東莞市、中山市、深圳市等重工業或發達城市處于三級水平?！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年珠三角各市對流層NO2柱濃度變化(單位：1013mole/cm2)

4　結　論

(1)珠三角對流層NO2柱濃度年均變化特征為：對流層NO2柱濃度波動較大，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?！笆晃濉币巹潓Φ趸餂]有約束性規定，2010年較2005年下降12.11%；“十二五”規劃的約束性減排指標為下降10%，2015年較2010年下降26.28%。

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

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

[1]唐孝炎，張遠航，邵敏.大氣環境化學[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]廣東省統計局.廣東省統計年鑒各市地區生產總值[DB/OL].[2016-4-12]http：//www.gdstats.gov.cn/tjnj/2015/directory/content.html 02-15.

[5]廣東省統計局.廣東省統計年鑒各市年末常住人口數[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，主要從事大氣環境遙感研究

X87

A

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

項目資助：高分辨率對地觀測系統重大專項(編號：05-Y20A16-9001-15/17)；國家自然科學基金(編號：41271349)

通訊簡介：馬鵬飛，博士，主要從事大氣環境遙感研究

引用文獻格式：周春艷等.2005-2015年珠三角對流層NO2柱濃度時空變化遙感監測[J].環境與可持續發展，2016，41(5)：33-36.