基于多源遙感數(shù)據(jù)的我國PM_(25)變化趨勢與影響因素研究

汪璐

摘 要：針對地面監(jiān)測PM2.5濃度存在以點帶面問題，還應(yīng)借助遙感技術(shù)加強大氣顆粒物濃度分析。以2014-2016年我國PM2.5濃度數(shù)據(jù)為研究對象，采取多源遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和整理，可以發(fā)現(xiàn)PM2.5濃度總體呈北高、南低趨勢，并且具有一定空間集聚效應(yīng)，全年呈U型分布趨勢，將受到自然氣候因素和社會生產(chǎn)生活排放污染氣體的影響。

關(guān)鍵詞：多源遙感數(shù)據(jù);PM2.5變化趨勢;生產(chǎn)生活排放

1多源遙感數(shù)據(jù)的獲取及分析

在研究我國PM2.5變化趨勢及影響因素時，采用的數(shù)據(jù)包含PM2.5濃度及氣象因子監(jiān)測數(shù)據(jù)、AOD反演數(shù)據(jù)集、NO2＼SO2＼O3＼CO濃度數(shù)據(jù)集。其中，PM2.5濃度及氣象來自我國環(huán)境監(jiān)測總站平臺CNEMC，可以通過登錄平臺完成中國各地氣象站點小時監(jiān)測數(shù)據(jù)下載。AOD反演數(shù)據(jù)集為Terra和Aqua衛(wèi)星搭載MODIS傳感器遙測反演得到的，可以通過美國航天航空宇航局NASA數(shù)據(jù)中心網(wǎng)站下載，另外需要采用全球氣溶膠自動觀測網(wǎng)AERONET地面站中中國各站L2.0級AOD數(shù)據(jù)進(jìn)行反演，并采用L1.5級數(shù)據(jù)作為城區(qū)大氣細(xì)顆粒PM2.5代表[1]。NO2＼SO2＼O3＼CO濃度數(shù)據(jù)來源于EOSPM-Q衛(wèi)星搭載的COME、SCIAMACHY、AIRS等大氣探測儀，可以通過國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺下載逐月濃度數(shù)據(jù)集。采用靜態(tài)空間數(shù)據(jù)源完成各種時序數(shù)據(jù)的分析，能夠得到2014-2016各年的均值。將AOD柵格值當(dāng)成是特征變量，可以通過各自AOD反演天數(shù)獲得均值。在對PM2.5變化趨勢展開分析時，對152個城市的數(shù)據(jù)進(jìn)行選取，并劃分為東北、華北、華東、華中、華南、西南和西北七個區(qū)域，采用I指數(shù)展開空間自相關(guān)分析，確定PM2.5濃度在時空上的變化趨勢[2]。在對PM2.5影響因素展開分析時，引入DEM模型對氣象因子和社會生產(chǎn)生活引發(fā)的帶起成分變化帶來的影響展開綜合分析。

2我國PM2.5變化趨勢與影響因素

2.1變化趨勢分析

2.1.1空間變化趨勢

從空間分布情況來看，2016年P(guān)M2.5濃度最高的包含華北、華中和華東地區(qū)，最低的為東北、西北、西南和華南地區(qū)。從2014到2016年之間，PM2.5濃度下降幅度最大的為華中地區(qū)，其次分別為華北、西南、華東、西北地區(qū)，東北地區(qū)下降幅度最小。進(jìn)一步分析空間PM2.5濃度演繹規(guī)律，需要將PM2.5濃度等級進(jìn)行劃分，將0-50μg/m3評判為優(yōu)，51-100μg/m3為良，101-150μg/m3為輕度污染，151-200μg/m3為中度污染，200μg/m3以上為重度污染。從各城市間的聯(lián)動情況來看，呈現(xiàn)出PM2.5濃度等級高和等級低地區(qū)相鄰的狀況，如石家莊、保定等城市屬于PM2.5濃度高的城市，在空間中將發(fā)生集聚效應(yīng)，產(chǎn)生相互影響，導(dǎo)致城市PM2.5濃度進(jìn)一步升高。從地理分布上來看，PM2.5濃度高的城市主要集中在華北、華中和華東地區(qū)，引發(fā)了一定聚集效應(yīng)，造成區(qū)域華北、華中和華東地區(qū)濃度等級較高。

2.1.2時間變化趨勢

從我國PM2.5濃度時間變化趨勢上來看，總體上呈下降趨勢，從2014年的59.7μg/m3下降至49.3μg/m3。將各年當(dāng)成是周期，對各月PM2.5濃度進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)PM2.5濃度變化帶有明顯季節(jié)性。具體來講，就是每年3-9月PM2.5濃度低于10月-次年2月，秋、冬季節(jié)污染嚴(yán)重，春、秋季節(jié)污染較少，月均值整體呈U形分布趨勢。從日均值變化情況來看，2017年152個城市日均值最高的時段在321-341d之間，最高能夠達(dá)到158μg/m3左右，第二個峰值在10-30d出現(xiàn)，能夠達(dá)到122μg/m3左右，最低值集中分布在141-221d之間，日均值多次接近20μg/m3。出現(xiàn)時間變化，與氣候和社會生產(chǎn)生活因素有關(guān)。在秋、冬季節(jié)，氣溫總體較低，同時降水較少，空氣中PM2.5不容易擴散。而北方城市也將通過燃煤等方式滿足供暖需求，導(dǎo)致空氣受到進(jìn)一步污染。

2.2影響因素分析

2.2.1氣象影響分析

結(jié)合上述分析，對各種氣象因子給PM2.5濃度帶來的影響展開分析，可以發(fā)現(xiàn)華北地區(qū)由于冷空氣活動被太行山等山脈阻擋和削弱，導(dǎo)致區(qū)域空氣流動性小，污染物容易聚集形成霧霾，造成了沿著山脈分布的北京、保定、石家莊等地區(qū)構(gòu)成了高PM2.5濃度條帶。而華南地區(qū)盡管在空間分布上與華北、華中等PM2.5濃度高的地區(qū)相鄰，但是由于多數(shù)城市位于南亞熱帶，年均氣溫在10-27℃之間，有助于垂直對流的形成，能夠使污染物的擴散得到加快。從總體上來看，PM2.5濃度呈現(xiàn)北方高、南低的整體格局的形成，與從北向南的氣候帶劃分存在一致性。此外，PM2.5濃度還將受到各地降水的影響，華南地區(qū)為熱帶季風(fēng)和南亞熱帶氣候，年平均降水量較大，多數(shù)地區(qū)能夠達(dá)到1400-200mm，也成為了導(dǎo)致PM2.5濃度相對較低的重要因素。

2.2.2社會影響分析

在社會生產(chǎn)生活過程中，將排放AOD、SO2、NO2、CO等各種污染物，導(dǎo)致空氣污染進(jìn)一步加重。在PM2.5濃度年均值空間分布上，與AOD均值大小基本一致。而在污染物排放與PM2.5濃度變化之間，存在密切關(guān)聯(lián)。從總體上來看，我國華東、華中華北地區(qū)PM2.5濃度較高，與區(qū)域SO2、NO2、CO年均值變化保持了較高的一致性，但與O3大小無明顯聯(lián)系。相比較而言，AOD與NO2濃度與PM2.5濃度變化的相關(guān)系數(shù)較高，其次則為SO2和CO，P值普遍小于0.01，說明氮氧化物和揚塵因素對PM2.5濃度產(chǎn)生了較大影響，而SO2和CO的排放也將導(dǎo)致PM2.5濃度增加，而這些物質(zhì)主要來自于農(nóng)業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)。在人類密集的區(qū)域，空氣中的氮硫化物濃度較高，在霧霾區(qū)將發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生硫酸鹽，造成PM2.5濃度增加。在自然區(qū)域，隨著植被減少，揚塵逐漸增加，也給PM2.5濃度變化帶來了一定影響。因此從這一角度來看，在PM2.5濃度較高的區(qū)域，首先還應(yīng)通過加強氮氧化物和沙塵氣溶膠等污染物的排放控制進(jìn)行霧霾治理。

結(jié)論：

綜上所述，通過對多源遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，能夠把握我國PM2.5濃度變化趨勢和影響因素，為霧霾的治理指明方向。從分析結(jié)果來看，空間上PM2.5濃度變化呈北高、南低趨勢，時間上帶有春、夏低，秋、冬高的特點，與氣候因素和社會生產(chǎn)生活排放污染氣體多少有密切關(guān)系，還應(yīng)結(jié)合各地區(qū)實際情況采取相應(yīng)治理措施，以便使PM2.5濃度得到不斷降低。

參考文獻(xiàn)：

[1]項程程，柴曼.遼寧城市PM_（2.5）時空變化聚類及其氣象影響特征[J].氣象與環(huán)境學(xué)報，2019，35（01）：35-44.

[2]封哲，陳興峰，趙少帥，等.京津冀PM_（2.5）高時空分辨率遙感監(jiān)測[J].河南科技學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2018，46（03）：66-71.