近10年長(zhǎng)江三角洲對(duì)流層NO2柱濃度時(shí)空變化及影響因素

周春艷,王 橋,厲 青,劉思含,陳 輝,馬鵬飛,王中挺,檀 暢

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近10年長(zhǎng)江三角洲對(duì)流層NO2柱濃度時(shí)空變化及影響因素

周春艷,王 橋*,厲 青,劉思含,陳 輝,馬鵬飛,王中挺,檀 暢

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

利用臭氧監(jiān)測(cè)儀(OMI)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù),分析了2005~2014 10年間長(zhǎng)江三角洲對(duì)流層NO2柱濃度時(shí)空變化格局,從地形、氣象、經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)、生活、國(guó)家重大環(huán)保措施及規(guī)劃等多個(gè)方面分析了NO2變化的影響因素,結(jié)果表明:(1)長(zhǎng)江三角洲對(duì)流層NO2柱濃度十年年均增長(zhǎng)率為1.04%.2011年最高,為1184.07×1013mole/cm2.2010年較2005年上升20.75%;2014年較2010年下降9.10%;(2)長(zhǎng)江三角洲對(duì)流層NO2柱濃度呈中間高、北部次之、南部低的趨勢(shì).長(zhǎng)江三角洲中部的上海、蘇州、無(wú)錫、常州、鎮(zhèn)江和南京等城市為中心的條帶狀區(qū)域是四、五級(jí)高濃度中心,浙江大部份一直處于一、二級(jí)較低濃度水平;(3)長(zhǎng)江三角洲夏季降水量大,與NO2濃度負(fù)相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.84,對(duì)NO2具有濕沉降的作用.長(zhǎng)江三角洲北風(fēng)的主導(dǎo)風(fēng)向及北平南高的地勢(shì)特點(diǎn)決定了其中部高污染區(qū)對(duì)浙江中南部影響較小;(4)對(duì)流層NO2濃度與第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.83,與汽車(chē)保有量相關(guān)系數(shù)為0.74.對(duì)流層NO2濃度與煤炭消費(fèi)量及汽車(chē)保有量緊密相關(guān),此外,農(nóng)業(yè)秸稈焚燒也釋放大量氮氧化物.“十二五”期間實(shí)施的燃煤量控制和脫硝等一系列氮氧化物排放控制措施等使得2012~2014年NO2濃度降低.

對(duì)流層NO2；臭氧監(jiān)測(cè)儀(OMI)；遙感監(jiān)測(cè)；時(shí)空變化；影響因素；長(zhǎng)江三角洲

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.對(duì)流層大氣最顯著的特點(diǎn)是化學(xué)性質(zhì)活潑,而NO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].NO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.此外,NO會(huì)引起多種環(huán)境問(wèn)題,如酸雨、灰霾、光化學(xué)污染和水體富營(yíng)養(yǎng)化等.

長(zhǎng)江三角洲是我國(guó)經(jīng)濟(jì)最具活力的地區(qū),隨著人口數(shù)量持續(xù)增長(zhǎng),工業(yè)化、城鎮(zhèn)化快速推進(jìn),能源消費(fèi)總量不斷上升,大量排放的NO遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)環(huán)境承載能力,成為影響我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要制約因素.在當(dāng)前這樣的社會(huì)現(xiàn)實(shí)下,大氣環(huán)境的監(jiān)測(cè)及治理工作得到前所未有的重視.目前,我國(guó)科研人員利用國(guó)外多種衛(wèi)星數(shù)據(jù)分析區(qū)域NO2的時(shí)空格局已有一些工作:分析了我國(guó)氮氧化物排放的時(shí)空格局變化[2],從不同自然地理分區(qū)、典型重點(diǎn)城市及地級(jí)市等多個(gè)角度[3-6]對(duì)我國(guó)NO2柱濃度的時(shí)空分布和變化趨勢(shì)進(jìn)行分析,分析了中國(guó)東部?西部時(shí)空變化差異,分析了人類足跡、地區(qū)生產(chǎn)總值和全國(guó)汽車(chē)保有量與對(duì)流層NO2間的相關(guān)性[7-8].典型區(qū)域的研究工作較少,針對(duì)三大城市群的NO2污染特征進(jìn)行了探討[9-12].長(zhǎng)江三角洲城市群在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及文化建設(shè)方面具有重要的戰(zhàn)略地位,但針對(duì)長(zhǎng)江三角洲城市群NO2污染物的分布、變化特征、傳輸規(guī)律及影響因素等的研究工作較少,與環(huán)保措施結(jié)合分析的工作亟需開(kāi)展.該文采用對(duì)流層NO2柱濃度、地形、氣象、秸稈焚燒火點(diǎn)個(gè)數(shù)及多種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),并與國(guó)家實(shí)施的環(huán)保措施及規(guī)劃結(jié)合,分析了長(zhǎng)江三角洲城市群近10年的對(duì)流層NO2柱濃度的時(shí)空格局變化,及環(huán)境變化背后的自然及人為影響因素.

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)介紹

長(zhǎng)江三角洲城市群位于中國(guó)大陸東部沿海,是長(zhǎng)江入海之前形成的沖積平原.根據(jù)國(guó)務(wù)院2010年批準(zhǔn)的《長(zhǎng)江三角洲地區(qū)區(qū)域規(guī)劃》,長(zhǎng)江三角洲包括上海市、江蘇省和浙江省,共轄1個(gè)直轄市和24個(gè)地級(jí)市,區(qū)域面積21.07萬(wàn)km2,占國(guó)土總面積的2.2%.人口密度大,國(guó)家統(tǒng)計(jì)局2013年統(tǒng)計(jì)顯示常住人口達(dá)15852萬(wàn)人,約占全國(guó)常住人口總數(shù)的11.7%.長(zhǎng)江三角洲是中國(guó)對(duì)外開(kāi)放的最大地區(qū),該地區(qū)工業(yè)基礎(chǔ)雄厚、商品經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),水陸交通方便,是中國(guó)最大的外貿(mào)出口基地,2013年生產(chǎn)總值約占全國(guó)的18.8%.

1.2 數(shù)據(jù)及方法

該文所用NO2數(shù)據(jù)為2005~2014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[13]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[14].2012年12月28日中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站正式通過(guò)全國(guó)城市空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)發(fā)布平臺(tái)向社會(huì)公眾發(fā)布空氣質(zhì)量六要素實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),截至2015年4月20日,長(zhǎng)江三角洲城市群共有128個(gè)地面站點(diǎn),其中上海10個(gè)、江蘇71個(gè)、浙江47個(gè).遙感技術(shù)大尺度宏觀性的特點(diǎn),能夠彌補(bǔ)地面監(jiān)測(cè)手段空間上的局限,有力地服務(wù)于區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控政策.

目前衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)對(duì)流層NO2柱濃度的主流方法是差分吸收光譜算法(DOAS)[15].該算法利用425~450nm窗口通道的探測(cè)信號(hào),首先,去除地表反射及氣溶膠的散射影響、大氣分子拉曼散射所引起Ring效應(yīng)的填補(bǔ)作用、窗口內(nèi)其他所有氣體的吸收影響,獲得地面到傳感器的整個(gè)光路的NO2整層斜柱濃度;然后,基于輻射傳輸模型計(jì)算得到大氣質(zhì)量因子,將NO2斜柱濃度轉(zhuǎn)化為垂直柱濃度;最后,利用大氣模式或其他方式獲得平流層NO2柱濃度,從整層柱濃度中去除,便獲得對(duì)流層NO2柱濃度[16].

長(zhǎng)江三角洲城市群的人口、面積、地區(qū)生產(chǎn)總值、煤炭消耗量和汽車(chē)保有量等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)(http://data.stats.gov.cn/)及上海市、江蘇省和浙江省統(tǒng)計(jì)局,風(fēng)速、風(fēng)向、降水量等氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)(http://data.cma.gov.cn/).

2 結(jié)果與分析

為了分析長(zhǎng)江三角洲城市群及其直轄市和地級(jí)市的NO2年、季、月時(shí)空分布及變化情況,該文對(duì)2005~2014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.

2.1 長(zhǎng)江三角洲對(duì)流層NO2柱濃度的年變化

由長(zhǎng)江三角洲對(duì)流層NO2柱濃度10年年均變化(圖1)可知:對(duì)流層NO2柱濃度波動(dòng)較大,10年柱濃度年均增長(zhǎng)率為1.04%.2006年濃度最低,為839.98×1013mole/cm2;2011年最高,為1184.07× 1013mole/cm2.縱觀10年來(lái)NO2的變化,波動(dòng)較小,2011年NO2呈顯著升高趨勢(shì),2014年下降顯著.“十一五”規(guī)劃對(duì)氮氧化物沒(méi)有約束性規(guī)定,2010年較2005年上升20.75%;“十二五”規(guī)劃的約束性減排指標(biāo)為下降10%,2014年較2010年已下降9.10%.

由長(zhǎng)江三角洲各省(市)對(duì)流層NO2柱濃度及氮氧化物排放量變化(表2)可知:長(zhǎng)江三角洲城市群中江蘇省氮氧化物排放量最高,浙江其次,上海最低;對(duì)流層NO2柱濃度上海最高,江蘇次之,浙江最低.對(duì)流層NO2柱濃度是行政區(qū)劃范圍內(nèi)的平均值,而氮氧化物排放量卻是行政區(qū)劃范圍內(nèi)的累計(jì)值,兩者不能一一對(duì)應(yīng);對(duì)流層NO2柱濃度年際變化可以參考氮氧化物排放量的變化,經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)對(duì)流層NO2柱濃度受氮氧化物排放量的影響是直接的,增減趨勢(shì)具有一致性,其中也有個(gè)別年份有較大差異,需要考慮氣象條件引起的區(qū)域傳輸及其他多種因素的影響;2011~2014年對(duì)流層NO2柱濃度年均值與氮氧化物排放量具有很好相關(guān)性,浙江為0.89,上海為0.81,江蘇為0.75,長(zhǎng)江三角洲城市群為0.86.

表1 長(zhǎng)江三角洲各省(市)對(duì)流層NO2柱濃度及氮氧化物排放量變化[17-19] Table 1 The change of annual column NO2 density and NOx emissions statistics for each cities of Yangtze River Delta[17-19]

由長(zhǎng)江三角洲對(duì)流層NO2柱濃度10年時(shí)空變化(圖2)可知:長(zhǎng)江三角洲NO2分布呈中間高、北部次之、南部低的趨勢(shì).長(zhǎng)江三角洲中部的上海、蘇州、無(wú)錫、常州、鎮(zhèn)江和南京等城市為中心的條帶狀區(qū)域是四、五級(jí)高濃度中心,與王艷[20]研究中所示的2004年長(zhǎng)江三角洲電廠裝機(jī)容量空間分布具有較高的一致性;浙江大部份地區(qū)一直處于一、二級(jí)較低濃度水平;10年來(lái)NO2高濃度區(qū)范圍變化顯著.2005年NO2高濃度分布范圍較小且集中在上海、蘇州、無(wú)錫、常州北部及南京小范圍的區(qū)域;2006~2011年高濃度區(qū)范圍不斷擴(kuò)大且值逐漸升高,上海、蘇州、無(wú)錫、常州、鎮(zhèn)江、南京、嘉興等連接成片,北部徐州也處于高濃度狀態(tài)下;2012~2013年高濃度范圍縮小且值降低;2014年高濃度區(qū)范圍進(jìn)一步縮小,且濃度值有降低趨勢(shì).

2.2 長(zhǎng)江三角洲對(duì)流層NO2柱濃度的季變化

2.3 長(zhǎng)江三角洲對(duì)流層NO2柱濃度的月變化

圖4給出了2005~2014年長(zhǎng)江三角洲的對(duì)流層NO2柱濃度月均變化:對(duì)流層NO2柱濃度月均值呈顯著周期性變化,以年為周期,每個(gè)周期出現(xiàn)一個(gè)大波峰和一個(gè)大波谷.一年中NO2最低值一般出現(xiàn)在夏季的7、8月,2012年7月達(dá)到最小值為398.77×1013mole/cm2;最高值一般出現(xiàn)在1、11、12月,2011年12月達(dá)到最大值為2452.96×1013mole/cm2.2008年12月濃度為10年來(lái)同期最低值,為1513.33×1013mole/cm2,這種突變與長(zhǎng)江三角洲為迎接奧運(yùn)盛事實(shí)施的治理及減排措施有關(guān).每年2、3月份出現(xiàn)小波峰和小波谷,這種變化與中國(guó)農(nóng)歷新年期間工廠停工排放減少有關(guān).

3 影響因素分析

大氣污染物濃度分布特征除了與污染源分布及源強(qiáng)有直接關(guān)系外,還與地形、氣象條件密切相關(guān)[21].從自然和人為等4個(gè)方面分析長(zhǎng)江三角洲對(duì)流層NO2垂直柱濃度的污染成因.

3.1 氣象條件

以往有較多工作討論了大氣污染物濃度與氣象條件的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)風(fēng)向、風(fēng)速、降水等氣象要素對(duì)大氣污染物有一定制約關(guān)系,但并非簡(jiǎn)單的線性關(guān)系.該文主要從風(fēng)向和降水兩個(gè)方面進(jìn)行探討.

3.1.1 風(fēng)向 風(fēng)向是影響對(duì)流層大氣NO2擴(kuò)散的氣象因子,主導(dǎo)著大氣NO2擴(kuò)散的方向.根據(jù)中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)所提供的《中國(guó)地面氣候資料月值數(shù)據(jù)集》長(zhǎng)江三角洲32個(gè)站點(diǎn)(上海1個(gè)、江蘇13個(gè)、浙江18個(gè))十年累計(jì)月風(fēng)向頻次數(shù)據(jù)(圖5)可知,長(zhǎng)江三角洲春季西北、北、東北北、東東北等風(fēng)向頻次較高,南向風(fēng)頻次較低;夏季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|東北向,其他風(fēng)向頻次差不多;秋季主導(dǎo)北東北方向,北向其他風(fēng)向頻次也較高,南向風(fēng)幾乎沒(méi)有;冬季主導(dǎo)西北風(fēng),其他北向風(fēng)頻次也較高,南向風(fēng)幾乎沒(méi)有.

長(zhǎng)江三角洲城市群中北部是平原,海拔處于150m以下;南部的浙江山地和丘陵約占70.4%,海拔較高,麗水市有高海拔山脈(圖6).長(zhǎng)江三角洲的地形及風(fēng)向條件決定了其污染擴(kuò)散情況:浙江高海拔的地形條件減弱了長(zhǎng)江三角洲中部高污染區(qū)在主導(dǎo)北向風(fēng)作用下向南部的擴(kuò)散;而長(zhǎng)江三角洲北部徐州高污染區(qū)在主導(dǎo)北向風(fēng)作用下影響了下游宿遷、淮安、連云港等市.

3.1.2 降水 降水對(duì)空氣質(zhì)量的影響,主要體現(xiàn)在對(duì)污染物的清除和沖刷作用[22-24].根據(jù)中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)所提供的《中國(guó)地面氣候資料月值數(shù)據(jù)集》長(zhǎng)江三角洲32個(gè)站點(diǎn)(上海1個(gè)、江蘇13個(gè)、浙江18個(gè))10年累計(jì)月降水量(圖7)可知:長(zhǎng)江三角洲四季降水量分布相對(duì)均衡,夏季高溫多雨,降水量約占全年的43%;春季約占24%;冬季約占13%;秋季約占20%.統(tǒng)計(jì)分析了2005~2014年長(zhǎng)江三角洲月降水量與月對(duì)流層NO2柱濃度的相關(guān)性,發(fā)現(xiàn)兩者的負(fù)相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.84.

3.2 經(jīng)濟(jì)發(fā)展及能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)是影響一個(gè)地區(qū)環(huán)境的重要因素,也決定了污染來(lái)源及治理的方向.國(guó)家統(tǒng)計(jì)局所提供的長(zhǎng)江三角洲生產(chǎn)總值數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明: 2005~2013年上海市一直呈“三二一”的產(chǎn)業(yè)格局,且第三產(chǎn)業(yè)一直處于主導(dǎo)地位且比重穩(wěn)步提高,第二產(chǎn)業(yè)比重逐漸降低;江蘇和浙江兩省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)類似,同為“二三一”結(jié)構(gòu),十年來(lái)第二產(chǎn)業(yè)比重逐漸降低,第三產(chǎn)業(yè)比重逐漸升高,第一產(chǎn)業(yè)占有一定比重.2013年3個(gè)地市的三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)如圖8所示.我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是富煤、貧油、少氣,分別占91%、5%和4%.這種能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了能源生產(chǎn)以煤為主的格局.三次產(chǎn)業(yè)中,第一和第三產(chǎn)業(yè)消耗能源、資源較少,對(duì)環(huán)境的影響相對(duì)較小;第二產(chǎn)業(yè)能源消耗能力強(qiáng),同時(shí)大量的資源廢棄物也在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生,對(duì)環(huán)境污染影響最重.煤炭消耗主要來(lái)源于第二產(chǎn)業(yè),據(jù)統(tǒng)計(jì)兩者有高達(dá)0.99的相關(guān)性.

隨著近十年長(zhǎng)江三角洲經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展,產(chǎn)業(yè)總值翻翻約1.8倍,江蘇省的產(chǎn)業(yè)總值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于上海和浙江,約占長(zhǎng)江三角洲總值的一半,增幅約為2.2倍(圖9).在這樣的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的形勢(shì)下,能源結(jié)構(gòu)又比較單一,以燃煤為主.我國(guó)的煤炭資源質(zhì)量不高,對(duì)環(huán)境明顯不利,污染較大[25].表2所示:2012年,長(zhǎng)江三角洲地區(qū)煤炭消耗量約占全國(guó)消耗總量的10.9%;江蘇省是全國(guó)排名第五燃煤大省,消耗了長(zhǎng)江三角洲總量的58%;浙江省約為30%.長(zhǎng)期依賴高能耗、髙污染、高排放的第二產(chǎn)業(yè),能源供應(yīng)以大量消耗煤炭的火力發(fā)電為主,導(dǎo)致江蘇和浙江兩省燃煤量十年來(lái)逐年升高.隨著長(zhǎng)江三角洲第二產(chǎn)業(yè)增值飆升,NO2濃度也基本呈直線上升,但這種趨勢(shì)自2011年后發(fā)生了改變(圖10).這是因?yàn)椤笆晃濉币?guī)劃沒(méi)有對(duì)氮氧化物提出約束性要求,而“十二五”規(guī)劃主要指標(biāo)中提出氮氧化物排放總量2015年比2010年降低10%,并提出了強(qiáng)有力的措施.2011年NO2濃度劇增,是因?yàn)樽鳛椤笆濉钡拈_(kāi)局之年,工業(yè)企業(yè)處于松懈狀態(tài),2011年煤炭消費(fèi)總量劇增;脫硝工程剛剛上馬,脫硝電價(jià)政策未出臺(tái),運(yùn)行脫硝設(shè)施的技術(shù)人員短缺,效益還沒(méi)有發(fā)揮[26].2012~2014年,電力行業(yè)脫硫脫硝、鋼鐵燒結(jié)機(jī)脫硫脫硝、水泥行業(yè)與工業(yè)鍋爐脫硝等大氣污染物減排工程相繼開(kāi)展,對(duì)NO2減排效果明顯[26-27].將2005~2013年長(zhǎng)江三角洲第二產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值與對(duì)流層NO2柱濃度年均值進(jìn)行相關(guān)性分析,相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.83,這有力佐證了工業(yè)排放對(duì)對(duì)流層NO2柱濃度的貢獻(xiàn).

表2 2004~2012年長(zhǎng)江三角洲煤炭消耗量(萬(wàn)t) Table 2 Coal consumption of Yangtze River Delta during 2004~2012 (′104t)

3.3 機(jī)動(dòng)車(chē)污染物排放

機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放的主要污染物包括碳?xì)浠衔?、氮氧化物、一氧化碳和?xì)微顆粒物[28-30],已成為我國(guó)空氣污染的主要來(lái)源,造成灰霾、酸雨和光化學(xué)煙霧等區(qū)域性大氣污染問(wèn)題頻發(fā).由于機(jī)動(dòng)車(chē)大多行駛在人口密集區(qū)域,這些污染物對(duì)人體的呼吸系統(tǒng)和眼睛帶來(lái)直接危害,長(zhǎng)期暴露會(huì)嚴(yán)重影響人們的身體健康[31].

隨著長(zhǎng)江三角洲經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和城市化規(guī)模迅速擴(kuò)大,機(jī)動(dòng)車(chē)保有量呈快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣污染在環(huán)境空氣中的分擔(dān)率不斷提升,成為影響城市大氣環(huán)境的重要因素.不同車(chē)型、不同標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輛對(duì)污染物排放貢獻(xiàn)不同,根據(jù)中國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)污染防治年報(bào)獲知:汽車(chē)成為機(jī)動(dòng)車(chē)(包括汽車(chē)、摩托車(chē)及其他類型的車(chē)輛)污染總量主要貢獻(xiàn)者,其中2012年全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)氮氧化物排放量為640.0萬(wàn)t,其中汽車(chē)排放占91.1%.國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示(表3):2005~2013年長(zhǎng)江三角洲地區(qū)汽車(chē)保有量由482.55萬(wàn)輛增長(zhǎng)到2062.81萬(wàn)輛,保有量增長(zhǎng)了327.5%.其中,江蘇增幅最大為749.34,浙江增幅為697.95萬(wàn)輛,上海為132.97萬(wàn)輛.其中,2009~2011年是長(zhǎng)江三角洲地區(qū)汽車(chē)保有量增加最快的幾年.此外,長(zhǎng)江三角洲汽車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn)及油品遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于歐洲標(biāo)準(zhǔn),NO的排放濃度也遠(yuǎn)高于歐洲水平[32-34].將2005~2013年長(zhǎng)江三角洲汽車(chē)保有量與對(duì)流層NO2柱濃度年均值進(jìn)行相關(guān)性分析,相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.74,這說(shuō)明了機(jī)動(dòng)車(chē)污染物排放是對(duì)流層NO2的重要來(lái)源.

表3 2005~2013年長(zhǎng)江三角洲汽車(chē)保有量(萬(wàn)輛) Table 3 Car ownership of Yangtze River Delta during 2005~2013 (′104t)

3.4 農(nóng)業(yè)秸稈焚燒排放

表4 2013~2014年長(zhǎng)江三角洲秸稈焚燒火點(diǎn)數(shù)、火點(diǎn)強(qiáng)度及增減幅度[35] Table 4 Straw burning fire、fire intensity and change of Yangtze River Delta during 2013~2014[35]

隨著人們生活水平普遍提高,燃?xì)夂兔禾咳〈斩挸蔀槿藗兩钆胝{(diào)和取暖的燃料.目前,秸稈處理成本較高,綜合利用渠道較少,效果不顯著.夏秋兩季農(nóng)作物收割時(shí),秸稈焚燒向空氣中釋放大量煙霧、煙塵、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物等氣態(tài)污染物,給環(huán)境空氣造成很大污染[36].長(zhǎng)江三角洲地區(qū)中,江蘇省農(nóng)業(yè)比重較大,是全國(guó)糧油集中產(chǎn)區(qū)之一,可耕地面積達(dá)4763.8khm2,居全國(guó)第四位.浙江地貌結(jié)構(gòu)為“七山一水二分田”,耕地面積僅有1920.9 khm2.環(huán)境保護(hù)部據(jù)衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和各地報(bào)告的現(xiàn)場(chǎng)巡查檢查結(jié)果顯示:2013年長(zhǎng)江三角洲秸稈焚燒火點(diǎn)個(gè)數(shù)為505個(gè),主要出現(xiàn)在江蘇,為474個(gè);2014年為60個(gè),江蘇出現(xiàn)53個(gè).長(zhǎng)江三角洲地區(qū)火點(diǎn)個(gè)數(shù)2014年較2013年同期減幅為88.12%(表4).秸稈焚燒是長(zhǎng)江三角洲對(duì)流層NO2的一個(gè)重要人為源,秸稈禁燒工作力度加大是2014年NO2柱濃度降低的一個(gè)重要因素.

4 結(jié)論

4.1 近10年長(zhǎng)江三角洲對(duì)流層NO2柱濃度時(shí)間變化特征為:10年柱濃度年均增長(zhǎng)率為1.04%. 2006年濃度最低,為839.98×1013mole/cm2;2011年最高,為1184.07×1013mole/cm2.十年來(lái)NO2柱濃度的波動(dòng)較小,2011年NO2顯著升高,2014年顯著下降.“十一五”規(guī)劃對(duì)氮氧化物沒(méi)有約束性規(guī)定,2010年較2005年上升20.75%;“十二五”規(guī)劃的約束性減排指標(biāo)為下降10%,2014年較2010年下降9.10%.

4.2 近10年長(zhǎng)江三角洲對(duì)流層NO2柱濃度空間變化特征為:呈中間高、北部次之、南部低的趨勢(shì).長(zhǎng)江三角洲中部的上海、蘇州、無(wú)錫、常州、鎮(zhèn)江和南京等城市為中心的條帶狀區(qū)域是四、五級(jí)高濃度中心,浙江大部份一直處于一、二級(jí)較低濃度水平.2005年NO2高濃度分布范圍較小且集中在上海、蘇州、無(wú)錫、常州北部及南京小范圍的區(qū)域;2006~2011年高濃度區(qū)范圍不斷擴(kuò)大且值逐漸升高,上海、蘇州、無(wú)錫、常州、鎮(zhèn)江、南京、嘉興等連接成片,北部徐州也處于高濃度狀態(tài)下;2012~2013年高濃度范圍縮小且值降低;2014年高濃度區(qū)范圍進(jìn)一步縮小,且濃度值有降低趨勢(shì).

4.3 長(zhǎng)江三角洲夏季降水量大,與NO2濃度負(fù)相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.84,其濕沉降對(duì)NO2的濃度降低作用顯著.長(zhǎng)江三角洲北風(fēng)的主導(dǎo)風(fēng)向及北平南高的地勢(shì)特點(diǎn)決定了其中部高污染區(qū)對(duì)浙江中南部影響較小.

4.4 通過(guò)相關(guān)性分析、文獻(xiàn)及國(guó)家政策印證等分析,發(fā)現(xiàn)對(duì)流層NO2濃度與煤炭消費(fèi)量及汽車(chē)保有量緊密相關(guān),與第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.83,與汽車(chē)保有量相關(guān)系數(shù)為0.74.隨著近10年長(zhǎng)江三角洲經(jīng)濟(jì)的崛起,產(chǎn)業(yè)總值翻翻約1.8倍,燃煤為主的能源結(jié)構(gòu),使得工業(yè)排放氮氧化物劇增;機(jī)動(dòng)車(chē)保有量的快速增加,汽車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn)及油品跟不上國(guó)際發(fā)展水平,是NO2排放量增加的一個(gè)重要因素.此外,農(nóng)業(yè)秸稈焚燒也釋放大量氮氧化物.“十二五”期間實(shí)施的燃煤量控制和脫硝等一系列氮氧化物排放控制措施使得2012~2014年NO2濃度降低.

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* 責(zé)任作者, 研究員, wangqiao@mep.gov.cn

Spatio-temporal change and influencing factors of tropospheric NO2column density of Yangtze River Delta in the decade

ZHOU Chun-yan, WANG Qiao*, LI Qing, LIU Si-han, CHEN Hui, MA Peng-fei, WANG Zhong-ting, Tan Chang

(Satellite Environmental Center, Ministry of Environmental Protection of the People's Republic of China, Beijing 100094, China)., 2016,36(7)：1921~1930

The characteristics of spatial and temporal distribution of tropospheric NO2column density over Yangtze River Delta for 2005~2014 were analysed based on satellite derived NO2column data from OMI. On this basis, influencing factors of NO2changes were analysed from terrain, meteorology, economy, agriculture, life, national major environmental planning, and other aspects. Results demonstrate: a) Tropospheric NO2column density increased at theof 1.04%, with the highest column density 1184.07×1013mole/cm2in 2011; it raised 20.7% compared with 2005 in 2010 and declined 9.1% compared with 2010 in 2014; b) The spatial distribution of tropospheric NO2column density had significant change, high in the middle, low in northern and lower in southern of Yangtze River Delta. c) Precipitation had a highly negative correlation with NO2concentrations for the reason of atmospheric wet deposition. The terrain of Yangtze River delta weakened the unfavorable impact of the high polluted area under the effect of the dominant north wind. d) Tropospheric NO2concentration had a correlation coefficient of 0.83 with the second industry output value, and a correlation coefficient of 0.74 with car ownership. Tropospheric NO2concentration was closely related to coal consumption and car ownership; in addition, the agricultural straw burning also released a large amount of nitrogen oxides. Series of NOemission control measures such as controlling amount of coal and denitration applied during the "twelfth five-year" lowered the NO2concentration in 2012~2014.

tropospheric NO2column density；ozone monitoring instrument (OMI)；satellite remote sensing monitoring；spatial-temporal change；impact factors；Yangtze River Delta

X87

A

1000-6923(2016)07-1921-10

周春艷(1981-),女,山東臨沂人,高工,博士,主要從事大氣環(huán)境遙感研究.發(fā)表論文10余篇.

2015-11-30

高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)重大專項(xiàng)(05-Y20A16- 9001-15/17);國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)(2014AA06A508)