基于卫星和地面观测的中国典型城市群对流层内臭氧时空变化特征

为了探明近年来中国典型城市群(京津冀城市群、长三角城市群和珠三角城市群)臭氧(O₃)污染的发生规律,利用2005—2020年OMI-MLS (臭氧监测仪-微波临边探测器)对流层O₃柱总量探测数据以及2015—2020年地面O₃浓度监测数据分析我国三大城市群O₃的时空分布特征及其演变趋势,结果表明:①对流层O₃柱总量月峰值和年均值均呈京津冀城市群>长三角城市群>珠三角城市群的特征,京津冀和长三角城市群对流层O₃柱总量均在夏季〔分别为50.0和44.4 DU (dobson unit)〕最高,而珠三角城市群在春季(42.2 DU)最高. ②三大城市群对流层O₃柱总量在空间分布上具有不同的特征,京津冀城市群对流层O₃柱总量呈东南高于西北的特征,长三角城市群对流层O₃柱总量随纬度升高而增大,珠三角城市群对流层O₃柱总量南北局地差异较小;海拔对对流层O₃柱总量的空间分布有一定影响,海拔越高,对流层O₃柱总量越低. ③京津冀、长三角和珠三角城市群对流层O₃柱总量均呈逐年显著升高的趋势,年均增长量分别为0.25、0.28和0.27 DU,其中,京津冀城市群在对流层O₃柱总量较低的秋冬季年均增长(0.29 DU)最快,而长三角和珠三角城市群分别在对流层O₃柱总量最高的夏季和春季增长最快,均为0.39 DU. ④卫星探测的对流层O₃柱总量与地面监测的O₃日最大8 h滑动平均浓度(简称“O₃-8 h浓度”)在京津冀和长三角城市群相关性明显,而在珠三角城市群相关性较差. ⑤O₃-8 h浓度呈京津冀城市群>长三角城市群>珠三角城市群的特征,其中,京津冀城市群O₃-8 h浓度在2018年(110.9 μg/m3)最高,空间上由2016年之前的北高南低转变为南高北低,多数城市O₃污染较重且达标率较低;长三角城市群2017年O₃-8 h浓度(106.7 μg/m3)最高,2016年起O₃-8 h高浓度中心由东北逐渐向西部内陆迁移,沿海城市达标率增加;珠三角城市群O₃污染程度最轻,达标城市较多,但O₃-8 h浓度呈逐年上升趋势,并在2019年达最高值(100.4 μg/m3),且中心城市上升速率远大于外围城市. 研究显示,中国三大城市群对流层O₃柱总量和O₃-8 h浓度的时空分布特征存在显著差异,造成差异的因素也不同.      

近10年长江三角洲对流层NO_2柱浓度时空变化及影响因素

利用臭氧监测仪(OMI)卫星遥感数据,分析了2005~2014 10年间长江三角洲对流层NO_2柱浓度时空变化格局,从地形、气象、经济、农业、生活、国家重大环保措施及规划等多个方面分析了NO_2变化的影响因素,结果表明:(1)长江三角洲对流层NO_2柱浓度十年年均增长率为1.04%.2011年最高,为1184.07×10~(13)mole/cm~2.2010年较2005年上升20.75%;2014年较2010年下降9.10%;(2)长江三角洲对流层NO_2柱浓度呈中间高、北部次之、南部低的趋势.长江三角洲中部的上海、苏州、无锡、常州、镇江和南京等城市为中心的条带状区域是四、五级高浓度中心,浙江大部份一直处于一、二级较低浓度水平;(3)长江三角洲夏季降水量大,与NO_2浓度负相关系数高达0.84,对NO_2具有湿沉降的作用.长江三角洲北风的主导风向及北平南高的地势特点决定了其中部高污染区对浙江中南部影响较小;(4)对流层NO_2浓度与第二产业产值相关系数高达0.83,与汽车保有量相关系数为0.74.对流层NO_2浓度与煤炭消费量及汽车保有量紧密相关,此外,农业秸秆焚烧也释放大量氮氧化物."十二五"期间实施的燃煤量控制和脱硝等一系列氮氧化物排放控制措施等使得2012~2014年NO_2浓度降低.     

华东地区不同土地覆被上空NO2柱浓度变化特征

为探究1997-2017年华东地区不同土地覆盖上空对流层NO_2柱浓度的变化特征,并评价中国环保"十二五"规划NOx减排政策在华东地区的实施效果,文章利用GOME、SCIAMACHY和GOME2A卫星遥感监测融合数据和土地覆盖数据,分析了华东地区和不同土地覆盖类型上空NO_2柱浓度的时空变化特征。结果表明:华东地区北部和南部对流层NO_2柱浓度差异显著,北部高南部低,NO_2柱浓度的高值主要分布在山东和长三角等区域。对流层NO_2柱浓度存在显著的周期性变化和季节性差异,冬季>秋季>春季>夏季。1997-2011年NO_2柱浓度呈增高趋势,年均增长率为0.768×10~(15)molec/(cm~2·a),2012-2017年呈下降趋势,年均降低率为1.08×10~(15)molec/(cm~2·a)。不同土地覆盖类型上空对流层NO_2柱浓度分布差异显著,其中建设用地、耕地和水域NO_2柱浓度较高,建设用地显著高于其他土地覆盖类型,林地上空NO_2柱浓度最低。1997-2011年各种土地覆盖类型上空NO_2柱浓度均呈现增长趋势,其中建设用地增速最快,为1.24×10~(15)molec/(cm~2·a),林地增速最慢,为0.31×10~(15)molec/(cm~2·a)。中国NOx减排政策在华东地区的实施效果良好,在环保政策的影响下能够实现低NO_x排放下区域经济的持续增长。     

基于OMI卫星数据的长三角对流层NO_2特征研究

利用OMI卫星遥感数据,分析2006-2011年长三角地区对流层NO_2的变化趋势和时空分布特征以及对其来源的讨论。结果表明长三角近6年来对流层NO_2垂直柱浓度年均值具有明显稳定的增长趋势,增长率到达49.63%。且具有浓度高值区域面积不断扩大,高值中心数量增多的特征。与其它地区相比长三角地区对流层NO_2浓度季节变化具有独特的特征,NO_2垂直柱浓度在冬季浓度达到极大值(14.29×10~(15)~20.84×10~(15)molec/cm~2),而大多地区如四川则在夏季达到极大值。此外,分析得出长三角地区对流层NO_2垂直柱密度变化与人类活动的密切关系。     

基于卫星观测的2005—2015年京津冀地区NO2柱浓度分布及变化趋势

为更好地了解京津冀地区NO₂浓度的长期时空分布变化特征,对2005—2015年京津冀地区对流层NO₂柱浓度数据进行了统计分析.结果表明,京津冀地区对流层NO₂柱浓度在2005—2010年增加明显,年均复合增长率为6.8%,并在2010年达到峰值,为1 329.07×1013 mol/cm2;2010—2013年保持相对稳定;2013—2015年显著下降,降幅达26.2%.2015年NO₂柱浓度为964.43×1013 mol/cm2,基本与2005年的浓度水平持平.北京地区NO₂柱浓度最先开始下降并保持降低趋势,其中北京市城区降幅远大于郊区,并在2015年达到最低值,为1 647.38×1013 mol/cm2;天津市城、郊区NO₂柱浓度变化相近,总体上均呈先增后减的趋势,并且均在2010年达到峰值,分别为2 686.96×1013、2 019.36×1013 mol/cm2;而河北省西南部(石家庄、邢台、邯郸市)在近两年降幅最为明显,均在35.0%以上.京津冀对流层NO₂柱浓度呈由南向北递减的空间分布趋势,高值区主要分布于京津唐一带以及河北省南部沿太行山一带.研究显示,虽然近年来京津冀地区NO₂柱浓度降幅明显,但相比于周边地区仍面临较大的减排压力.      

中国城市二氧化氮浓度的时空分布特征

文章利用2015-2018年中国367个城市NO_2浓度的实时数据,分析了中国城市NO_2浓度的时空分布特征。分析结果显示:城市NO_2小时均浓度日分布呈现双峰特征,早晚潮汐现象显著;城市NO_2月均浓度呈"U"型分布,即12月污染物浓度最高,8月浓度最低;NO_2污染表现出季节性分布特征,污染物浓度为冬季秋季春季夏季,即冬季高发,夏季低发趋势;2015-2018这4年中,污染物年均浓度呈现先上升后下降趋势,其中2017年NO_2污染程度尤为严重;全国不同地区污染情况差异显著,NO_2污染最严重的省份为河北省,其中保定、唐山、石家庄、邢台不达标天数分列前4位;华北、华东地区NO_2污染最为严重,西南、西北、华南地区污染状况程度较轻;三大城市群NO_2污染情况表现为京津冀长三角珠三角。     

基于OMI数据的中国中东部臭氧及前体物的时空分布

基于OMI卫星资料,分析了2005—2014年中国中东部地区对流层低层ρ(O₃)、对流层NO₂柱浓度及甲醛总柱浓度的时空演变趋势及相互关系. 结果表明:近10年来,中国中东部地区对流层低层ρ(O₃)呈上升趋势,2005年及2014年分别为60.64、69.43 μg/m3,年均增长率为1.6%;对流层低层ρ(O₃)增长的区域面积不断扩大,部分地区增长超23 μg/m3;呈春夏季高,冬季最低的分布趋势. 2005—2012年,对流层NO₂柱浓度呈上升趋势,2005年及2012年分别为4.41×1015、5.90×1015 mol/cm2,年均增长率为4.8%;2012年后呈下降趋势,下降的区域面积逐步扩大,部分地区降低约 15×1014 mol/cm2;呈冬季最高、夏季最低的分布特征;2005—2010年甲醛总柱浓度呈上升趋势,2005年及2010年分别为9.74×1015、1.59×1016 mol/cm2,年均增长率为12.6%,2010年后呈下降趋势;呈夏季最高、冬季最低的分布特征;甲醛总柱浓度增长的区域面积逐渐扩大. 利用甲醛与NO₂柱浓度比值探讨臭氧控制区的空间分布特征,表明鲁豫晋、京津冀、长三角及珠三角地区中心城市属于VOCs控制区,周围城市属于VOCs-NO_x协同控制区,其他地区属于NO_x控制区.      

近12年华北五省区域对流层甲醛柱浓度时空变化及影响因素

利用臭氧监测仪(OMI)卫星反演的甲醛柱浓度产品,探讨了2005—2016年间华北五省区域对流层甲醛柱浓度的时空分布变化特征及相关的影响因子,结果表明:近12年对流层甲醛柱浓度整体呈现上升趋势,2005—2011年甲醛柱浓度呈逐渐升高趋势,最高增长达32.24×1013mole·cm~(-2),且高值区逐渐扩大.空间分布上高值区整体分布在北京、天津及周围区域,低值区分布在河北的北部、河南的南部和山东的东部区域;2012—2016年甲醛柱浓度波动较小,呈下降趋势.12年中,每年的2—4月份甲醛柱浓度出现最小值,6—8月份甲醛柱浓度出现最大值,而2005年2月份甲醛柱浓度值最小,2011年7月份甲醛柱浓度值最大.四季对流层甲醛浓度水平:夏季秋季春季冬季.风向会影响甲醛浓度的扩散方向,气温的增加导致甲醛柱浓度的升高.但12年间区域生产总值的提高、汽车保有量增加和农业秸秆焚烧是影响甲醛柱浓度增加的主导因素.     

2005—2015年中国及境内典型城市群甲醛柱浓度时空变化及影响因子分析

基于2005—2015年OMI反演的甲醛柱浓度月均数据,对中国及境内典型城市群甲醛柱浓度时空变化及影响因子进行了分析.结果发现,甲醛柱浓度高值区集中在京津冀中南部、山东西部、河南北部、江浙沪、珠三角、湖北东部、湖南东部、广西、四川与重庆交界.2005—2015年中国甲醛柱浓度总体呈上升趋势,其中,京津冀地区增长趋势最明显,江浙沪地区呈略微下降趋势.中国、京津冀及江浙沪地区夏季甲醛柱浓度明显高于其余3个季节,呈明显的周期性变化;2005—2015年中国4个季节甲醛柱浓度均呈增加趋势,京津冀地区除夏季外其余3个季节也呈增加趋势,江浙沪和珠三角地区各季节甲醛柱浓度变化趋势不一致.近11年,中国、京津冀和江浙沪地区7月甲醛柱浓度最高,珠三角地区9月甲醛柱浓度最高.京津冀和江浙沪地区甲醛柱浓度月最高值和月最低值之间的差异大于珠三角地区.中国、京津冀、江浙沪和珠三角地区近11年秸秆焚烧与相应甲醛柱浓度呈明显正相关,相关系数为0.84~1.00,表明秸秆焚烧是影响近11年甲醛柱浓度变化的重要因子.尽管有些区域季节温度与相应甲醛柱浓度呈负相关,但温度总体也是影响中国及这3个典型城市群甲醛柱浓度变化的另一个重要因子,京津冀地区尤其明显.月平均温度与相应甲醛柱浓度的相关系数为0.52~0.85.人口、民用汽车保有量和国内生产总值与中国、京津冀、江浙沪和珠三角地区相应甲醛柱浓度相关系数均低于0.60.影响因子分析结果暗示控制秸秆焚烧和减少温室效应是降低我国甲醛柱浓度的重要途径.     

新疆博乐市大气对流层NO_2垂直柱浓度特征

基于地基多轴差分吸收光谱技术(multi-axis different optical absorption spectroscopy,MAX-DOAS),分析位于中国西部边陲的典型干旱区城市——博乐市大气对流层NO_2垂直柱浓度(vertical column densities,VCD)分布、变化,了解其变化规律和分布特点。结果表明:(1)博乐市不同观测点对流层NO_2VCD高低表现为农田区市区,农田区NO_2浓度最大达到5.69×10~(15)molec/cm2,市区NO_2浓度最大达到3.79×10~(15)molec/cm~2;(2)市区观测点对流层NO_2浓度变化趋势基本一致,相同的是北京时间10:00,出现峰值;农田区观测点对流层NO_2VCD一天内呈现缓慢上升趋势;(3)同一区域,不同天气条件下,对流层NO_2VCD高低不同。多云条件下对流层NO_2VCD浓度最高,其次是多云转阵雨、多云转小雨,晴天条件下对流层NO_2浓度较低;(4)不同区域,相同天气条件下对流层NO_2VCD分布不同。社会活动较多的市区对流层NO_2VCD较高。     

中国三大城市群PM2.5浓度非线性变化分析

以三大城市群为研究区,基于PM_2.5浓度数据,利用ITA和Beast方法定量分析PM_2.5时间序列的非线性变化过程.结果表明：①三大城市群PM_2.5污染程度下降明显,高浓度区域明显缩小;PM_2.5浓度空间极化程度降低,空间差异缩小.大多数地区的PM_2.5浓度都具有下降的趋势,但变化程度并不相同.京津冀PM_2.5浓度相较于长三角和珠三角,仍处于较高水平.②三大城市群PM_2.5浓度具有冬春季高、夏秋季低的季节变化特征.冬季与夏季PM_2.5浓度差异明显, PM_2.5浓度在夏季的收敛性大于冬季.PM_2.5浓度高的区域下降趋势明显,但珠三角的PM_2.5浓度下降趋势相较于长三角和京津冀不明显.③三大城市群PM_2.5浓度时间序列均具有显著下降趋势,且京津冀>长三角>珠三角;PM_2.5浓度在冬季下降趋势最大.PM_2.5污染等级越高,下降趋势越明显.④京津冀PM_2.5浓度时间序列趋势分量具有两个突变点,季节分量中具有一个突变点;长三角PM_2.5浓度时间序列的趋势分量和季节分量均无突变点;珠三角PM_2.5浓度时间序列的季节分量无突变点,趋势分量具有一个突变点.结果可为区域空气污染治理相关工作的开展提供科学的参考.     

卫星遥感在NOx总量控制中的应用

基于美国Aura卫星臭氧观测仪(OMI)提供的对流层NO_2垂直柱浓度数据,分析2015年北京世界反法西斯战争胜利70周年纪念活动期间和2016年杭州G20峰会期间NO_2柱浓度变化趋势,发现NO_2柱浓度能灵敏地捕捉到地面NO_x排放量的变化状况.因此,本文利用OMI NO_2柱浓度评估"十二五"期间及"十三五"初期我国NO_x排放量的变化状况,结果表明,"十二五"期间我国NO_2柱浓度降幅为24.98%,NO_x减排取得显著成效."十三五"初期,2016年全国NO_2柱浓度相比2015年下降3.18%,NO_x排放量继续下降.     

基于OMI数据天津市NO_2浓度分布特征及其适用性

利用Aura卫星上OMI传感器反演获取的2013-2014年对流层NO2垂直柱浓度,探究了天津市对流层NO2垂直柱浓度的时空分布特征及其与NO2质量浓度的关系。结果表明,天津市对流层NO2柱浓度年均值为18.67×1015molec/cm2,在津冀地区处于中等浓度水平。NO2垂直柱浓度空间分布极不平衡,表现出中部地区浓度偏高、南北两部浓度偏低的空间分布格局;NO2垂直柱浓度在各月份呈现"V"分布,表现出冬季浓度最高,春季次之,夏季最低的特点。OMI卫星反演的NO2月均柱浓度分布趋势及其值域比率与自动站监测数据质量浓度基本一致,柱浓度与质量浓度相关系数为0.694 8,满足0.01显著性水平检验,可根据对流层NO2柱浓度来反演地面NO2质量浓度。     

天山南北绿洲城市夏季对流层NO_2浓度特征分析

为探讨天山南北绿洲城市夏季对流层NO_2浓度分布特征,基于MAX-DOAS于2015-2017(6-8月)连续固定监测和车载移动监测,并结合社会经济因素和气象因子,研究乌鲁木齐、博乐、库尔勒及和田的NO_2时空分布规律。结果表明:(1)天山北坡城市对流层NO_2浓度整体高于天山南坡城市,北坡乌鲁木齐(6.90×10~(15)molec/cm~2)南坡库尔勒(3.34×10~(15)molec/cm~2)北坡博乐(2.68×10~(15)molec/cm~2)南坡和田(2.60×10~(15)molec/cm~2);(2)乌鲁木齐市区日变化呈现"多峰值"波浪型分布,郊区没有明显峰谷值,博乐市区呈现"两峰一谷"日变化,郊区属于"单峰"特征;库尔勒、和田日变化特征相似,市区与郊区均为"双峰型",且夏季市区对流层平均浓度(4.42×10~(15)molec/cm~2)郊区(3.33×10~(15)molec/cm~2);(3)车载DOAS研究发现,城市对流层NO_2在风向稳定具有较高风速的监测日下风向浓度通常高于上风向,车流量高的立交桥与道路交汇处容易出现高值;(4)因天山南北绿洲城市的城市规模和产业结构不同,气象因子的差别,是导致NO_2浓度差异的重要原因。     

基于OMI数据的中国中东部城市近地面臭氧时空分布特征研究

利用OMI卫星反演数据分析了2005—2014年中国中东部地区对流层臭氧变化趋势.结果表明,近10年来对流层臭氧总柱浓度混合比例较稳定,但近地面浓度明显增加,特别是在冬季臭氧上升速度达40%.同时分析了京津冀、长三角、珠三角地区10个重点城市的臭氧数据,发现京津冀地区的臭氧涨幅超过其他两个地区,其中,长三角地区臭氧混合比例最高,而珠三角地区相对较稳定.利用臭氧激光雷达和地面臭氧监测数据对卫星反演结果进行比较显示了较好的一致性,证明使用卫星反演的数据来研究长时间范围内近地层的臭氧变化是一种可行的方法.     

基于OMI数据太原市NO_2时空变化及影响因素分析

利用OMI卫星遥感反演对流层NO_2垂直柱浓度分布,分析了太原市2005-2015年NO_2的时空分布变化及其影响因素。结果表明:近10年太原市NO_2柱浓度年均增幅为26.4%,且年度波动较大,2005-2008年NO_2呈逐渐升高趋势;2009-2010年是一个相对低值区段;2011-2013年是10年内NO_2高值区段,2014年以后呈逐降低趋势;其中2005年为10年内浓度最低。NO_2浓度整体呈沿汾河河谷南北向分布的趋势,远郊区的娄烦县和古交市浓度较低,形成为一个南北向的太原市区-清徐县NO_2高值区域。太原市的河谷地形不利于NO_2的扩散,夏季的丰富降水对NO_2具有显著的湿沉降作用;太原市近10年的地区工业产值变化、发电量增大、工业用电量增加、钢铁产量大和机动车保有量大且增幅快,这些人为因素是对流层NO_2柱浓度升高的主要影响因素。     

碳排放的空间关联网络结构特征与影响因素研究：以中国三大城市群为例

城市群建设是推动区域经济发展的重要形式,依靠城市群内的网络关系实现城市群的协同减排是建立城市群绿色发展的重要路径。该文基于社会网络分析方法对中国三大城市群的碳排放空间关联网络的结构特征及其影响因素进行分析。结果表明:京津冀城市群的网络密度较小、网络等级度较大,长三角城市群的网络密度最大,网络等级度较小,珠三角城市群网络密度和网络等级度均较大,三大城市群的网络效率均较高,维持在0.7左右的水平;京津冀城市群的空间关联关系主要受到地理位置和技术创新的影响,长三角城市群碳排放的空间关联主要受到地理位置、产业结构、人口密度和城镇化水平影响,珠三角城市群的地理位置、产业结构和城镇化水平对其碳排放的空间关联具有显著影响。     

利用OMI数据对我国西部城市NO_2柱浓度的时空分布特征研究——以天水市为例

城市大气污染的有效控制得益于对气候条件、污染物来源和汇的不同时空分布特征的掌握。利用卫星OMI传感器,反演了2007—2015年9年来对流层NO_2的数据产品,研究了天水市对流层NO_2柱浓度的时空分布特征及其管控策略。结果表明:(1)天水市对流层NO_2柱浓度在空间上呈现明显的东高西低空间分布格局,具有从东部向西部扩展并逐渐降低的空间动态变化特征;(2)天水市对流层NO_2柱浓度在时间分布上,9年时间里呈现小幅上升趋势,且春夏高秋冬低,与我国东部地区季节规律相反,月均值变化呈倒U型;(3)天水市对流层NO_2柱浓度时空分布格局与当地地理条件、污染物来源和汇以及上风向污染的输送有关;(4)与我国东部城市比较,天水市对流层NO_2柱浓度普遍较低,但9年来县(区)域的变化率较大(10%~14%)以及市域年度变化率较高。未雨绸缪制定环境管理策略,以避免大气环境污染的发生和加剧。     

中国重点城市大气污染与健康风险的时空分布特征

基于中国168个大气污染防治重点城市2015～2020年的5种污染物浓度监测数据,利用MAKESENS模型和综合风险指数(ARI),定量分析全国与6大城市群的大气污染总健康风险的时空分布特征.结果表明：(1)中国重点城市PM_2.5污染最严重,仅15%的城市PM_2.5浓度6 a均值达到了国家二级标准,NO₂次之,77%的城市NO₂浓度6 a均值达到了国家二级标准,京津冀和汾渭平原城市群空气污染最严重,PM_2.5、 SO₂、 CO和NO₂浓度6 a均值高于其他城市群;(2)中国重点城市PM_2.5、 SO₂、 CO和NO₂浓度呈下降趋势,除成渝城市群外,其余地区O₃浓度呈上升趋势;京津冀和汾渭平原城市群SO₂浓度下降最显著;(3)中国重点城市大气污染健康风险总体呈下降趋势,2017～2018年出现急剧下降,暴露在极高风险下的人口从1...     

乌鲁木齐重污染期NO_2浓度及扩散轨迹研究

重污染天气频发,如何快速、有效地获取重污染天气下污染物的时空分布状况并分析其成因,对解决我国大气污染问题十分重要。该文基于车载多轴差分吸收光谱技术(MAX-DOAS),反演了乌鲁木齐2016年2-3月大气对流层NO_2垂直柱浓度(VCD),并结合气象因子与大气背景场进行了分析。结果表明:乌鲁木齐2016年2月16日对流层NO_2 VCDs的均值为26.89×10~(15)molec/cm~2,3月17日均值为21.21×10~(15)molec/cm~2,高值通常出现在高架桥等交通节点附近;2月NO_2排放通量平均值为1.11×10~3kg/h,3月NO_2排放通量平均值为0.73×10~3kg/h;重污染期间风速与NO_2 VCDs呈负相关的关系,2 m/s及以上风速与NO_2 VCDs的决定系数(R~2)为0.40,下风向NO_2浓度通常高于上风向,风向与地形要素的叠加,更容易产生NO_2浓度的差异;利用Hysplit模型反演扩散轨迹发现,乌鲁木齐重污染期间大气的污染物随气流从外地而来的占比例较少,以本地源为主,气流更多以搬运、稀释的方式影响本地污染物浓度。