基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的甘肅省對(duì)流層NO2時(shí)空分布特征研究.pdf

1、目前我國(guó)的生態(tài)環(huán)境治理面臨著前所未有的巨大挑戰(zhàn)，其中大氣環(huán)境污染問(wèn)題已經(jīng)成為影響我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略實(shí)施乃至環(huán)境外交的重要因素，因此全面掌握大氣主要污染物的分布及其變化規(guī)律對(duì)于環(huán)境預(yù)警和治理具有重要的意義。二氧化氮（NO2）是大氣中主要的污染氣體，是形成酸雨和光化學(xué)煙霧等重大環(huán)境污染現(xiàn)象的前體物之一，大氣中NO2濃度的不斷升高對(duì)大氣環(huán)境、生態(tài)環(huán)境和人體健康均具有很大的危害。甘肅省位于我國(guó)西北內(nèi)陸，關(guān)于對(duì)此區(qū)域內(nèi)NO2時(shí)空分布特征的研究很少

2、，近年來(lái)隨著甘肅省工業(yè)及經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，NO2的人為排放源迅速增加，大氣中NO2濃度也日益升高。因此掌握該地區(qū)NO2污染現(xiàn)狀、時(shí)空變化規(guī)律及污染來(lái)源對(duì)于預(yù)防和治理大氣污染、提高空氣質(zhì)量具有重要意義。
　　本文運(yùn)用NASA EOS-ARUR衛(wèi)星星載傳感器OMI解譯的OMINO2數(shù)據(jù)，通過(guò)應(yīng)用VISAN軟件和Python語(yǔ)言對(duì)以條帶數(shù)據(jù)格式存儲(chǔ)的OMINO2level-2數(shù)據(jù)處理，完成了NO2柱量值的輸出、提取、過(guò)濾和輸入，完成了數(shù)據(jù)

3、庫(kù)建立、時(shí)空分布圖繪制和分析。首次開(kāi)展了對(duì)甘肅省及地（州）市對(duì)流層NO2柱濃度時(shí)空分布特征以及變化趨勢(shì)的研究，繪制了2008年~2015年八年來(lái)對(duì)流層NO2柱濃度的空間分布圖和正弦模擬圖，評(píng)判了甘肅省及地（州）市對(duì)流層NO2柱濃度顯示的空氣質(zhì)量等級(jí)，得到了以下研究結(jié)果：
　?。?）基于對(duì)流層NO2柱濃度多年平均值解譯的空間分布圖顯示，甘肅省NO2柱濃度空間分布的異質(zhì)性明顯。具有高濃度形成的中心集聚，及沿中心區(qū)向周邊環(huán)形擴(kuò)散的趨勢(shì)，

4、其中中值區(qū)范圍出現(xiàn)逐年增大且明顯連片的趨勢(shì)，和低值區(qū)范圍逐年被壓縮的現(xiàn)象，如兩個(gè)高值中心分別為蘭州-白銀市高值區(qū)和隴東高值區(qū)，和以嘉峪關(guān)市、金昌市、隴南市連線的中值分布帶。位于高、中値帶之間的過(guò)渡帶為臨夏回族自治州、定西市以及與隴東接壤的天水市東北部的次高值區(qū)，低值區(qū)則分布在遠(yuǎn)離高值中心的酒泉市、甘南藏族自治州等地區(qū)。
　?。?）基于甘肅省2008年~2015年對(duì)流層NO2柱濃度年均值、季均值和日均值的時(shí)間分布圖分析表明：從年際變

5、化上來(lái)看，甘肅省對(duì)流層NO2柱濃度有逐年升高及2013年開(kāi)始下降的趨勢(shì)，呈“∩”型分布；從季節(jié)變化上來(lái)看，甘肅省NO2柱濃度有著明顯的季節(jié)特征，總體呈現(xiàn)出夏季>春季>冬季>秋季，區(qū)域呈現(xiàn)以蘭州市為代表的“冬高夏低”模式，和以酒泉市為代表的“冬低夏高”兩種模式；從月變化來(lái)看，甘肅省NO2柱濃度月均值的數(shù)學(xué)模擬顯示為正弦曲線，模擬精度較高，有著明顯的周期性變化規(guī)律，說(shuō)明該地區(qū)受人類影響較弱，人為排放源較少，是以自然源排放為主的地域。五個(gè)典型

6、城市的月均值正弦模擬結(jié)果指示不同地區(qū)污染源不同，其中蘭州市、慶陽(yáng)市和天水市對(duì)流層NO2柱濃度變化受人為活動(dòng)影響較強(qiáng)烈，金昌市、酒泉市擬合優(yōu)度較高，實(shí)際值與擬合值差距不大，擬合較為準(zhǔn)確，周期性變化較為明顯，對(duì)流層NO2柱濃度變化更多受自然因素影響。
　?。?）基于對(duì)流層NO2柱濃度和空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）相關(guān)性分析，劃分了甘肅省NO2柱濃度指示的空氣質(zhì)量污染等級(jí)：甘肅省環(huán)境空氣質(zhì)量以良為主，有一定的輕度污染。即從2008年~2015

7、年以來(lái)，甘肅省及其地（州）市空氣質(zhì)量為良和輕度污染兩種，其中污染等級(jí)為良的區(qū)域占據(jù)了甘肅省面積的89.98％~99.56%以上，輕度污染僅為0.44%~10.02%。輕度污染地區(qū)主要分布在蘭州市的大部分、以及白銀市、慶陽(yáng)市和平?jīng)鍪械纳俨糠值貐^(qū)。八年來(lái)，污染面積最小時(shí)為0.44%，最大時(shí)為全省面積的10.02%，其中2015年甘肅省NO2指示下的空氣質(zhì)量最好，良的地區(qū)占到99.56%，2011年較差，良好區(qū)域面積最小，占89.98%。

8、r>　　（4）基于對(duì)流層NO2柱濃度多年平均值的統(tǒng)計(jì)，把甘肅省14個(gè)地（州）市劃分為五類區(qū)，第一類為蘭州市（6.0×1015molec/cm2左右），其次為慶陽(yáng)市、平?jīng)鍪?、白銀市（5.0×1015molec/cm2以上），第三類為臨夏回族自治州、天水市、嘉峪關(guān)市、定西市（4.5×1015molec/cm2以上），第四類是金昌市、隴南市、武威市（4.0×1015molec/cm2以上），第五類為甘南藏族自治州、張掖市、酒泉市三市（均為4.

9、0×1015molec/cm2以下）。為便于深入研究，從以上五類中各選取一個(gè)典型代表（蘭州市、慶陽(yáng)市、天水市、金昌市及酒泉市）對(duì)其對(duì)流層NO2柱濃度時(shí)空分布動(dòng)態(tài)及正弦模擬模型進(jìn)行了測(cè)算，模型參數(shù)顯示：從正弦模型A值代表的對(duì)流層NO2柱濃度由高到低排列為：蘭州市>慶陽(yáng)市>天水市>金昌市>酒泉市，蘭州市的總體濃度最高，達(dá)到了6.083×1015molec/cm2，酒泉市最低，達(dá)3.59×1015molec/cm2；從B值代表的月增長(zhǎng)量由高到

10、低排列為：天水市>慶陽(yáng)市>酒泉市>金昌市>蘭州市，月增長(zhǎng)最大的為天水市，達(dá)到了0.0035×1015molec/cm2，增長(zhǎng)量最小的為蘭州市，為負(fù)值，表明蘭州市對(duì)流層NO2柱濃度已得到控制呈下降趨勢(shì)；從月增長(zhǎng)趨勢(shì)B/A由高到低排列為天水市>慶陽(yáng)市>酒泉市>金昌市>蘭州市，最大為天水市，說(shuō)明該地區(qū)對(duì)流層NO2柱濃度大小增長(zhǎng)幅度較快；最小的為蘭州市，為負(fù)值，說(shuō)明蘭州市不增反降的趨勢(shì)，慶陽(yáng)市、金昌市、酒泉市月增長(zhǎng)為正值，但數(shù)值較小，說(shuō)明上述地

11、區(qū)對(duì)流層NO2柱濃度在緩慢增長(zhǎng)；振幅C從大到小的順序是酒泉市>金昌市>蘭州市>慶陽(yáng)市>天水市，其中酒泉市變化幅度較大，天水市變化幅度最小，與緯度及溫度的降低，對(duì)流層NO2柱濃度變化幅度減小有關(guān)；從周期性變化來(lái)看，蘭州市高值基本出現(xiàn)在冬季，低值在夏季，體現(xiàn)出“冬高夏低”的特征，其余地區(qū)則變現(xiàn)為“夏高冬低”的趨勢(shì)。
　?。?）對(duì)流層NO2柱濃度的主要影響因素有自然因素和人為因素。本文對(duì)自然因素包括地形特征、風(fēng)向風(fēng)速、氣溫降水等因素對(duì)柱