沈陽地區(qū)大氣環(huán)境變化特征分析

郭思曉，蘇樅樅，任萬輝，張霄，周思寧，趙全

【摘要】 本文基于沈陽地區(qū)11個(gè)地面大氣觀測站的大氣顆粒物質(zhì)量濃度，分析了2018～2019年沈陽地區(qū)顆粒物濃度的總體變化特征;基于高分辨率（1 km）MODIS逐日氣溶膠光學(xué)厚度（AOD）產(chǎn)品（MCD19A2），分析了沈陽地區(qū)2018～2019年逐月、季節(jié)和年平均AOD時(shí)空分布特征。

【關(guān)鍵詞】 衛(wèi)星遙感;氣溶膠光學(xué)厚度

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.06.035

Analysis of Characteristics of Atmospheric Environmental

Changes in Shenyang

GUO Si-xiao，SU Cong-cong，REN Wan-hui，ZHANG Xiao，ZHOU Si-ning，ZHAO Quan

（Shenyang Environmental Monitoring Centre，Shenyang 110015，China）

Abstract： Based on the mass concentration of atmospheric particulate matter from 11 ground-based atmospheric observation stations in Shenyang，this paper analyzes the overall change characteristics of particulate matter concentration in Shenyang from 2018 to 2019;based on the high-resolution（1 km）MODIS daily aerosol optical thickness（AOD）product（MCD19A2）Analyzed the temporal and spatial distribution characteristics of monthly， seasonal and annual average AOD in Shenyang from 2018 to 2019.

Key words： satellite remote sensing;AOD

目前沈陽地區(qū)大氣環(huán)境監(jiān)測主要依賴地面大氣觀測站。沈陽生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心于1976年開始進(jìn)行環(huán)境空氣監(jiān)測，環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)始建于1996年，在1998年初步建成，包括5個(gè)監(jiān)測子站和1個(gè)中心站的城市環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，1999年10月取代原手工隔日監(jiān)測手段報(bào)出環(huán)境空氣監(jiān)測數(shù)據(jù)。隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，城市環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整和改善，目前，整個(gè)城市環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)由11個(gè)國控監(jiān)測子站及16個(gè)市控監(jiān)測子站組成，形成了較為科學(xué)完善的城市環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系，承擔(dān)著整個(gè)沈陽市的環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測工作。監(jiān)測項(xiàng)目主要為PM10、PM2.5、SO2、NOX、CO、O3等。地面大氣觀測站已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有環(huán)境管理需求，強(qiáng)化立體化空氣質(zhì)量監(jiān)測能力為主要手段，以提升大氣環(huán)境監(jiān)測預(yù)警的科學(xué)化、精細(xì)化和信息化水平迫在眉睫。

本文基于沈陽地區(qū)11個(gè)地面大氣觀測站的小時(shí)平均PM2.5和PM10質(zhì)量濃度資料分析了2018～2019年沈陽地區(qū)顆粒物濃度的總體變化特征;基于高分辨率（1km）MODIS逐日氣溶膠光學(xué)厚度（AOD）產(chǎn)品（MCD19A2）分析了沈陽地區(qū)2018～2019年逐月、季節(jié)和年平均AOD時(shí)空分布特征。為下一步利用2020年實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)完成2020年預(yù)報(bào)效果的評估做研究基礎(chǔ)。

1 地面顆粒物濃度變化特征

本部分主要基于沈陽地區(qū)11個(gè)地面大氣觀測站的小時(shí)平均PM2.5和PM10質(zhì)量濃度資料分析了2018～2019年沈陽地區(qū)顆粒物濃度的總體變化特征。

圖1為2018～2019年沈陽11個(gè)大氣環(huán)境監(jiān)測站點(diǎn)平均的顆粒物濃度日變化特征。總體來看，PM2.5和PM10變化趨勢一致，都在9：00左右出現(xiàn)一個(gè)峰值，分別為50 μg·m-3和80 μg·m-3;之后逐漸降低，15：00達(dá)到最低點(diǎn)（分別為30 μg·m-3和63 μg·m-3）;之后又逐漸上升，午夜至凌晨保持在高濃度，這與邊界層高度的日變化有密切關(guān)系。

圖2和圖3分別為沈陽地區(qū)11個(gè)觀測站點(diǎn)2018～2019年平均的PM2.5和PM10質(zhì)量濃度日變化特征?？偟膩砜矗髡军c(diǎn)的日變化趨勢近似，但質(zhì)量濃度值存在顯著差異。其中，渾南東路、文化路、新秀街等站點(diǎn)顆粒物濃度較高，而森林路顆粒物濃度最低，這與觀測站所處周邊環(huán)境和人類活動(dòng)強(qiáng)度有關(guān)。

圖4和圖5分別為2018～2019年沈陽PM2.5和PM10月均質(zhì)量濃度的變化情況。由圖可知，顆粒物濃度總體呈現(xiàn)冬春高、夏秋低的特征，其中8月最低。PM10與PM2.5的月變化趨勢大致相似。

2 衛(wèi)星遙感整層氣溶膠特征

本部分基于高分辨率（1 km）MODIS逐日氣溶膠光學(xué)厚度（AOD）產(chǎn)品（MCD19A2）分析了沈陽地區(qū)2018～2019年逐月、季節(jié)和年平均AOD時(shí)空分布特征。

圖6所示為2018和2019年沈陽地區(qū)平均AOD的空間分布。總體來看，沈陽地區(qū)AOD呈現(xiàn)北部低、中部和南部高的特征。2019年平均AOD比2018年有所增加，主要增長區(qū)在中部區(qū)域，新民和遼中增加相對顯著。

圖7所示為2018和2019年沈陽地區(qū)季節(jié)平均AOD的空間分布情況。由圖可見，整層AOD表現(xiàn)為春夏高、秋冬低，這與地面顆粒物質(zhì)量濃度季節(jié)特征不同，造成這種差異的主要原因是混合層高度及物理含義的不同。顆粒物質(zhì)量濃度測量的是代表處的顆粒物濃度，AOD則表示整層大氣中顆粒物含量，兩者在觀測方向上不同;此外，冬季溫度相對較低，混合層高度低，顆粒物主要集聚在低層，導(dǎo)致地面濃度較高，夏季混合層發(fā)展較高，顆粒物被抬升至較高高度，導(dǎo)致整層顆粒物含量高，AOD較高。春季，沈陽地區(qū)多受沙塵侵襲，導(dǎo)致AOD和顆粒物濃度均較高（見圖8、圖9中3月份AOD的分布）。從2018和2019年AOD的季節(jié)差異來看，2019年冬春季AOD比2018年有所增加，夏秋季基本相當(dāng)，這與圖4、圖5結(jié)果一致。

圖8和圖9所示為2018和2019年月平均AOD的空間分布。從月平均來看，7月AOD最大，其次為5月和6月，3月AOD也較大。從年差異來看，3、5和12月增加較顯著，4和11月下降較顯著。

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【作者簡介】

郭思曉，女，1985年出生，工程師，碩士，研究方向?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測。