东北亚SO2和NO2浓度时空变化遥感监测

来源 :河北师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Aweichunxing890620
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随着经济的快速发展东北亚地区已成为当前世界最发达的三大区域之一,同时东北亚地区也是全球大气污染最严重的区域之一,目前中国已出现了以光化学烟雾和气溶胶为主的区域复合大气污染问题。大气中SO2和NO2浓度上升会对动植物甚至人体造成危害,同时SO2和NO2作为痕量气体,在大气中可以经过一系列化学反应生成二次气溶胶,进一步破坏大气环境质量。因此,关注东北亚地区SO2和NO2分布特征、产生原因以及治理措施对改善地区大气质量十分重要。本文利用Aura卫星上的OMI传感器数据,分析了2009-2018年东北亚地区SO2和NO2浓度时空变化特征,并进一步分析了日本、韩国与中国“三区十群”部分城市大气污染物排放控制措施的有效性。分析结果如下:⑴2009-2018年间东北亚边界层SO2柱浓度均值为0.68DU,对流层NO2柱浓度为4.08×1015molec/cm2,SO2和NO2柱浓度高值分布地区相似,具有明显的区域性,高值区都是经济发展速度快,能源需求量大的地区。如边界层SO2柱浓度高值区:中国京津冀地区(1DU)、山东省(1.05DU)、山西省以及河南省,对流层NO2柱浓度高值区主要分布在中国的京津冀(11.84×1015molec/cm2)地区、山东省(13.33×1015molec/cm2)、珠江三角洲(6.45×1015molec/cm2)与长江三角洲地区(9.23×1015molec/cm2)、韩国的首尔地区、日本东京地区等。10年间SO2柱浓度空间分布整体呈下降趋势,高值区面积减小,低值区面积增大,NO2柱浓度空间分布变化幅度不大;东北亚SO2和NO2柱浓度季节空间分布变化特征相似,都表现出冬季最高,春秋次之,夏季最低的规律,同时东北亚地区NO2变化的季节性比SO2更强;2013年中国实施《大气污染防治行动计划》以后,东北亚地区SO2和NO2高值区浓度都有所降低,低值区保持稳定,2014-2018年SO2柱浓度均值比2009-2013年减少了0.1DU(2.69×1015molec/cm2),NO2柱浓度减少了0.97×1015molec/cm2。⑵2009-2018年东北亚边界层SO2与对流层NO2年均柱浓度都呈现下降趋势,其中SO2柱浓度分布变化分为“急剧波动”—“稳定下降”—“保持稳定”三个阶段,第一阶段在2009-2012年,东北亚地区SO2柱浓度分布急剧波动变化,呈现“下降-上升-下降”趋势,2011年SO2柱浓度比2009年增加了0.07DU,而2012年比2011年减少了0.06DU,这与中国地区SO2分布变化紧密相关;第二阶段为2012-2016年,这一阶段东北亚边界层SO2柱浓度分布呈现稳定下降趋势,年均增长率为-44.7%;第三阶段为2016-2018年,东北亚SO2柱浓度分布保持稳定,平均SO2柱浓度为0.61DU。NO2柱浓度呈现“上升”-“下降”两个阶段,并在2011年达到峰值,为4.99×1015molec/cm2;东北亚地区SO2和NO2月均柱浓度均呈现以12个月为一个周期的波浪型变化,10年间SO2最大值出现在2012年1月,为0.93DU,最小值出现在2016年7月,为0.48DU。SO2柱浓度月变化周期性不明显,NO2周期性较强,每年的11、12月与来年1月浓度较高,6、7、8月较低,10年间NO2柱浓度月均值最大出现在2013年1月,为13.09×1015molec/cm2;最小值出现在2018年8月,为1.88×1015molec/cm2;SO2与NO2柱浓度季节分布均呈现夏季<春季<秋季<冬季,冬季最高夏季最低的规律,东北亚地区SO2柱浓度季度最高值出现在2011年冬季,为0.89DU,最低值出现在2016年夏季,为0.50DU;NO2柱浓度最高值出现在2011年的冬季,为9.89×1015molec/cm2,最小值出现在2018年的夏季,为1.93×1015molec/cm2。⑶2009-2018年日本和韩国SO2柱浓度变化趋势相似,都表现为先上升后下降,2009年最低(日本0.62DU,韩国0.61DU),之后两地区同时在2011年出现最大值,日本最大值是0.69DU,韩国则是0.68DU。10年间日本边界层SO2柱浓度年均增长率(0.17%)远远低于韩国(1.09%);对流层NO2柱浓度分布与边界层SO2分布相反,韩国NO2柱浓度(7.0×1015molec/cm2)远远高于日本(2.69×1015molec/cm2)。⑷中国大气污染严重区域SO2和NO2浓度变化受出台政策直接影响,2013年《大气污染防治行动计划》政策实施之后京津冀、山东省、长三角和珠三角地区SO2和NO2浓度迅速减少,证实《大气污染防治行动计划》提出的减排任务已经圆满完成,我国空气质量得到了改善;在研究期间京津冀地区和山东省SO2/NO2比率呈现下降趋势,长三角与珠三角地区保持稳定,2014以后京津冀地区和山东省SO2/NO2迅速下降,截止到2018年京津冀地区SO2/NO2(1.97)和山东省(1.74)均已低于2,与长三角地区(1.97)和珠三角地区(1.92)水平接近,反映了两地脱硫措施实施的有效性。
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