对流层的空间分布和时间趋势₂在中国Wanjiang带的城市

文摘

我们利用对流层₂列来自臭氧监测仪器的观测(OMI)在光环的空间分布和时间趋势分析₂Wanjiang城市带(WCB)中国从2005年到2016年。本研究的目的是评估产业转移政策的影响在WCB空气质量。首先,我们使用表面原位₂浓度与对流层OMI-retrieved没有比较₂列,以验证卫星数据的准确性对WCB区域。尽管很难直接比较两个数据集,比较结果证明的准确性OMI-retrieved对流层₂WCB列在城市。然后,年度平均对流层的空间分布₂全部列在安徽省显示没有₂列在WCB大大高于那些在其他领域的安徽。同时,我们总没有比较的空间分布₂列在2005年到2010年和2011年到2016年,发现总没有₂列WCB增加了19.9%,而相应的值增加其他安徽地区除了WCB地区只有13.9%。此外,时间的变化₂列显示,虽然没有₂列对WCB和安徽显著增加从2005年到2011年,他们从2011年到2016年大幅减少由于中国严格的减排措施。最后,HYSPLIT模型用于分析的起源₂和运输通道的空气质量在一个典型的城市,马'anshan城市。

1。介绍

二氧化氮(不₂)是一种被动的、短暂的大气微量气体的自然和人为来源。的主要来源₂化石燃料燃烧、生物质燃烧、土壤排放,和闪电1]。没有₂是一种有毒空气污染物的高浓度和中扮演一个重要的角色在对流层化学前体的对流层臭氧和次生气溶胶(2]。观测的时空变化₂理解的基础形式的空间分布和时间趋势₂。

许多技术和方法已成功地用于监测大气₂基于表面原位测量、遥感卫星传感器,地面工具(3- - - - - -8]。尽管原位测量和遥感地面仪器显示的准确性和精度高,其效用在确定微量气体有限的时空分布稀疏的空间和时间范围。太空测量提供任何信息₂分布在大规模地区原位和地面系统无法轻易部署(9]。

一系列与太阳同步卫星发射光谱仪,它允许科学家观察几个重要的全球分销对流层微量气体包括没有₂,所以₂阿,₃。卫星观测使它容易理解的时空变化的大气₂(10- - - - - -13]。Lamsal等人研究了低对流层的季节性变化₂OMI原位表面的观察测量,和全球GEOS-Chem模型(9]。对流层∙等人应用的线性回归模型₂和人为不_x排放使用OMI数据(14]。顾等人使用₂列从OMI观察和社区多尺度空气质量(CMAQ)模型,推导出地面₂在中国的浓度(15]。Sharma等人提出了表面没有时态的变化_x在2012年到2014年在一个城市的德里,印度(16]。Varotsos等人发现了一个逐步增加的平均值₂/不_x与不_x当没有水平_x增加在雅典,希腊17]。

汉等人利用对流层₂列从OMI观察比较自底向上的排放到大气中₂来自CMAQ模型和三排放清单在东亚(18]。刘等人。19]分析了没有_x排放趋势和变化的主要原因在中国从卫星观测和中国的多分辨率排放清单(MEIC)。排放来自基于库存的自底向上的方法和基于OMI的自顶向下的方法观察显示良好的协议。Lamsal等人使用飞机和表面原位测量以及地面遥感数据来验证对流层的尾身茂检索₂(20.]。尾身茂没有相比Ialongo等人₂总列与地面遥感数据收集的潘多拉光谱仪计算卫星数据产品在高纬度地区(21]。通等人利用OMI观察和空气质量系统(aq)数据研究长期没有_x趋势在美国八大城市(22]。McLinden等人结合OMI的观察和对地区级的核空气质量模型来监测空气质量的加拿大的油砂23]。金等人使用了三个回归模型结合OMI对流层₂列估计表面没有₂韩国的体积混合比在5个城市(24]。

对流层没有₂垂直列从卫星仪器被广泛用于研究_x污染在中国(25- - - - - -27]。林发现,人为排放的主要来源_x在中国东部[28]。理解全球和区域分布和时间趋势的污染气体缓解策略的发展提供了依据。大多数研究集中在华北平原的空气质量,珠江三角洲和长江三角洲28,29日),这是中国经济发展的中心和区域性重污染。但是我们很少注意mideastern中国。Mideastern之后,中国正在经历重大的社会经济变化国家产业转移策略。过度开发有限数量的地区往往是不可持续的,因为有限的资源。所以工业转移执行从沿海地区向内陆地区(30.]。Wanjiang城市带(WCB)成立于2010年1月由国家发展和改革委员会(NDRC)中国的产业转移从长江三角洲和其他megaregions安徽省(31日]。安徽位于中国的mideastern地区。

本研究的目的是描述对流层的空间分布和时间趋势₂基于卫星观测在安徽十二年,为了评估产业转移政策的影响在WCB空气质量。本文组织如下。首先,使用的材料和方法部分中描述2。Wanjiang城市的区域带,卫星数据,表面原位数据和HYSPLIT模型用于分析介绍。其次,结果与讨论介绍了部分3。卫星数据与表面原位的比较数据₂在WCB节3.1。年度平均对流层的空间分布₂安徽省总列所示部分3.2。总对流层的变化没有₂列WCB成立前后节中讨论3.3。同时,对流层的季节性变化₂分析了部分3.4。最后,结论提出了部分4。

2。材料和方法

2.1。引入Wanjiang城市带

产业转移是中国的一个重要的国家战略。WCB是第一个批准建设的示范区工业转移在国家层面(32]。WCB包括59个县安徽省长江沿岸,包括安庆,巢湖,池州市,滁州,马'anshan、铜陵、芜湖、合肥,宣城,锦安区,和陆Shucheng县安(33]。图1显示了安徽省的位置,绿色区域代表WCB。

安徽省有多样的地形,如图2。安徽北部的属于华北平原,而中北部地区是淮河平原的一部分。这两个地区都是平着稠密的人口。省南部的特点是不平的地形。南部的长江流经安徽大别山和一系列的山丘。

2.2。卫星数据

臭氧监测仪是一个紫外/可见分光计在NASA的EOS卫星光环。仪器提供信息在微量气体,如臭氧(O₃)、二氧化硫(₂)、二氧化氮(没有₂),和其他污染物从光谱检索地区270至500海里(34]。EOS光环圈在极性太阳同步轨道上的赤道98.2°倾斜,海拔约705公里。天桥乘以45分许意味着地方太阳时(11,34]。

在目前的研究中,我们收集OMI-retrieved对流层₂列从荷兰皇家气象研究所(其中)DOMINO版本的产品从2005年到2016年,这是可用的http://www.temis.nl/airpollution/no2col/no2regioomimonth_v2.php。空间分辨率为0.125×0.125°经度,已广泛用于科学应用(21,35,36]。我们使用了月度的意思是数据分析的空间分布和时间趋势。

2.3。原位表面数据

中国环境保护部发布“国家环境监测网络建设方案(在地级市以上城市)在第十二个五年计划”在2012年。1436个监测站已经在中国设立了338个城市。这些表面监测站提供的浓度₂,所以₂、PM10, O₃,PM2.5和可见性。中国国家环境监测中心(CNEMC)负责出版近实时收集的数据从所有公开监测站。地面没有₂浓度氮氧化物分析仪获得的主要是基于气相化学发光方法。表面原位没有的数据₂只可以从2015年到2016年,我们使用表面数据的两年。地面的时间分辨率₂浓度是一个基准在每个监测站每小时。

2.4。HYSPLIT模型

在这项研究中,我们使用了混合单粒子拉格朗日综合轨迹(HYSPLIT)模型开发的国家海洋和大气管理局(NOAA)模拟轨迹气团的背面37]。HYSPLIT模型是一个完整的系统,已广泛应用于计算气团轨迹,大气传输,色散。模型经常被用来定位气团的起源和建立轨迹分析的源和受体之间的关系(38]。HYSPLIT模型的输入是全球数据同化系统(广义)气象数据,存在可用的网站(ftp://arlftp.arlhq.noaa.gov/pub/archives/gdas1)。

3所示。结果与讨论

3.1。卫星数据与表面数据的比较

我们使用表面原位数据与卫星数据进行比较,以验证的准确性OMI-retrieved对流层₂列。地面没有₂观察到浓度CNEMC站在2015年和2016年被利用。相对应的卫星数据提取的数据网格监测站。我们收集表面数据每天从下午一点到下午两点,这个时期正值OMI天桥当地时间。图3显示选中的安徽省CNEMC站。

每个CNEMC站在安徽的月度平均数据与卫星数据进行比较。图4显示了两个数据集的比较结果。从图4这两个数据显示,几乎相同的变化趋势₂在每个城市。皮尔森的数据为每个区域的线性相关系数高,表中列出1。我们使用了2-tailed测试,测试相关系数的统计显著性,和相关在0.05水平具有重要意义。这两个数据集有不同的空间尺度代表性和表面敏感性,所以它是不合理的直接比较两个数据集。然而,我们的比较结果证明的准确性OMI-retrieved对流层₂列WCB地区。

3.2。对流层的空间分布₂在WCB

图5土地空间分布的年度平均对流层₂总列整个从2005年到2016年在安徽。这是发现没有₂列在WCB大大高于那些在其他领域的安徽。年度平均没有₂列达到811×10¹³molec. /厘米²WCB地区从2005年到2016年,每年的平均₂列是733×10¹³molec. /厘米²安徽同期的其他领域。的当两个示例值是0.09221t测试使用。图6的情节是直方图的年度平均对流层没有₂安徽省的总列在每个城市。从图可以看出6,最高不₂列马出现在'anshan城市,钢铁行业是高污染排放的主要行业。年度平均对流层的空间分布₂列在这个省同意satellite-retrieved没有结果₂排放在其他研究(中国东部1,10]。

3.3。对流层的时间趋势₂在WCB

WCB地区成立于2010年,我们比较了对流层₂列在这个地区在2010年前后。图7显示了总数的空间分布₂列在2005年到2010年和2011年到2016年两个时期之间的差异。两个时期之间的差异代表了总没有变化₂列。总不₂从531×10列WCB增加¹⁵molec. /厘米²到637×10¹⁵molec. /厘米²,两个时期之间的相对增长率约为19.9%。总不₂列在其他安徽地区除了WCB面积从494×10¹⁵molec. /厘米²到563×10¹⁵molec. /厘米²,相对增长率约为13.9%。很明显,总列WCB增长超过其他地区,这可能源于WCB和工业政策的建设从东部沿海地区向内陆地区转移。此外,对流层的分数₂列在对流层WCB总没有₂安徽列在2016年是59.3%,而这个值是2011年的56.6%(图8)。对流层的增加分数₂列在2011年WCB也反映了建设WCB对空气质量的影响。

此外,时间的变化₂列进行了研究。无₂列的安徽和WCB从2005年到2016年是绘制在图9。幸运的是,它发现没有₂列对WCB和安徽显著增加从2005年到2011年,然后从2011年至2016年大幅下降。统计学意义的线性图9证实了使用吗t测试和F测试中,在95%的置信水平。最近下降趋势反映了排放控制措施和政策的影响采取的政府。众所周知,新的环境空气质量标准自2012年以来已经实现。这是一个比以前更严格的空气质量标准标准,特别是对不₂和大气中的微粒39,40]。

3.4。对流层的季节性变化₂在WCB

对流层的季节性变化₂进行了分析。在安徽,弹簧包括3月、4月和5月,夏季由6月,7月和8月,秋天包括9月,10月,11月,虽然冬天包括12月,1月,2月。图10显示了对流层没有₂列在不同季节12年。很明显,没有最高₂列发生在冬季,其次是秋季和春季,夏季最低₂。季节性变化也显示同样的趋势在十二年。这种季节性的趋势可能是由于排放源的综合效应,水槽,和天气条件。发电厂排放的增加,由于国内在冬天取暖。此外,冬天的天气特点是降低温度和比其他季节更阴暗的天,导致减少的光化学反应₂挥发性有机化合物(挥发性有机化合物的仪器)41]。

图11说明了时间序列的年度平均对流层₂安徽省列每个城市从2005年到2016年。从图可以看出11安徽蚌埠,马'anshan淮南,滁州显示最大的没有₂2011年水平。亳州,陆,阜阳、宣城、合肥、黄山,池州市,安庆的最大不显示₂2012年水平。苏州、淮北、芜湖、铜陵显示最大的没有₂2013年水平。正如前面提到的,中国的新环境空气质量标准自2012年以来已经实现。环境空气质量标准的影响往往滞后于政策本身,因此一些城市安徽省达到了最大的₂列在2012年或2013年。

我们使用了HYSPLIT模型分析的起源₂和运输途径的气团在典型城市WCB,马'anshan城市。马'anshan城市是南京地区和西部的约40公里从南京市的中心,而南京是长江三角洲工业中心之一。

我们进行的聚类分析24 h气团轨迹从2015年全年500。图12显示五大类型的逆向轨迹簇在2015年马'anshan不同季节。在春季,夏季,秋季,空气质量主要从东部地区,所以没有的高排放₂在南京地区可能会影响大气的浓度₂在马'anshan地区。在冬天,盛行风从北(> 50%),在对流层₂列都相对较低。这意味着高水平的不₂马'anshan冬天不是从传输,而是由当地的排放造成的。高水平的对流层₂马'anshan地区的工业发展迅速,结果在路上车辆的增加。

4所示。结论

大气二氧化氮中扮演一个重要的角色在对流层化学和空气质量。卫星观测的理解有很大的潜力的空间分布和时间变化的大气₂在区域范围内,高空间和时间分辨率。我们利用对流层₂列从OMI观察分析的空间分布和时间趋势₂Wanjiang城市带(WCB)中国从2005年到2016年。本研究的目的是描述对流层的空间分布和时间趋势₂基于卫星观测在十二年,为了评估产业转移政策的影响在WCB空气质量。

首先,我们使用了表面₂浓度与对流层OMI-retrieved没有比较₂列,以验证卫星数据的准确性对WCB区域。尽管这两个数据集有不同的空间尺度代表性和表面敏感性,比较结果证明的准确性OMI-retrieved对流层₂WCB列在城市。

然后,我们研究了空间分布的年度平均对流层₂全部列在安徽省。结果表明:没有₂列在WCB大大高于那些在其他领域的安徽。年度平均没有₂列达到811×10¹³molec. /厘米²WCB地区从2005年到2016年,每年的平均₂列是733×10¹³molec. /厘米²安徽同期的其他领域。同时,每年平均对流层的空间分布₂列在这方面同意satellite-retrieved没有结果₂排放在其他研究中国东部。

为了评估产业转移政策的效果在WCB空气质量,我们比较的空间分布总没有₂列在2005年到2010年和2011年到2016年。很明显,总没有₂列WCB增加更重要的是比在其他领域之间的两个时期。总不₂列WCB增加了19.9%,而相应的值增加其他安徽地区除了WCB地区只有13.9%。此外,对流层没有分数的增加₂列WCB安徽的总价值在2011年也反映了建设WCB对空气质量的影响。幸运的是,时间的变化₂列显示,虽然没有₂列对WCB和安徽显著增加从2005年到2011年,他们从2011年到2016年大幅减少由于中国严格的减排措施。

此外,对流层的季节性变化₂详细分析了。从结果看,没有最高₂列发生在冬季,其次是秋季和春季,夏季最低₂在所有的十二年。季节性的趋势可能是由于排放源的综合效应,水槽,以及空气质量交通和天气条件。我们使用了HYSPLIT模型分析的起源₂和运输途径的气团在典型城市WCB,马'anshan城市。结果表明,高水平的不₂在马'anshan冬天不是从气团运输,而是从当地排放。虽然研究只涉及到一个重要的微量气体,结果为决策者提供一个有用的工具来计划和实施污染控制法规。

数据可用性

臭氧监测仪)数据用于支持本研究的发现是可用的荷兰皇家气象研究所(其中)库(http://www.temis.nl/airpollution/no2col/no2regioomimonth_v2.php)。气象数据用于支持本研究的结果可在全球数据同化系统(广义)库(ftp://arlftp.arlhq.noaa.gov/pub/archives/gdas1)。表面原位数据用于支持本研究的发现在中国国家环境监测中心(CNEMC)库(http://www.cnemc.cn/)。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

雨鞋和魏王构思,设计,并进行实验。青龙王在修订手稿提供宝贵的意见。

确认

我们承认对流层的免费使用₂列数据从OMI传感器http://www.temis.nl。这项研究是由中国国家自然科学基金(批准号41775025和41775025),中国的国家关键技术研发项目(2018 yfc0213201),和合肥大学基金会(批准号16-17RC21)。

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