辛名威+袁金國+馬晶晶

摘要：利用對流層排放監(jiān)測網(wǎng)（TEMIS）提供的OMI NO2濃度數(shù)據(jù)，應(yīng)用ENVI和ArcGIS等技術(shù)平臺(tái)開展河北省2005-2012年對流層NO2垂直柱濃度的時(shí)空分布特征的研究。結(jié)果表明，河北省對流層NO2垂直柱濃度值在秋、冬季明顯高于春、夏季，冬季最高，夏季最低。2005-2012年河北省對流層NO2垂直柱濃度呈逐年增加的趨勢，2011 年達(dá)到最高值。河北省NO2垂直柱濃度值空間分布不平衡，呈現(xiàn)出由東南向西北遞減的趨勢。河北省的氣候特點(diǎn)和日益增長的機(jī)動(dòng)車數(shù)量對河北省對流層NO2垂直柱濃度時(shí)空分布及持續(xù)增加貢獻(xiàn)最大。

關(guān)鍵詞：OMI衛(wèi)星；對流層NO2垂直柱濃度；河北??；時(shí)空分布特征

中圖分類號(hào)：TP79文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：0439-8114（2014）10-2290-06

Spatiotemporal Changes of Tropospheric NO2 Vertical Column Densities in Hebei Province Based on Data of OMI Satellite

XIN Ming-wei，YUAN Jin-guo，MA Jing-jing

（College of Resource and Environmental Sciences，Hebei Normal University/Hebei Key Laboratory of Environmental Change and Ecological Construction，Shijiazhuang 050024，China）

Abstract： Based on data of OMI NO2 column densities provided by tropospheric emission monitoring network（TEMIS） and the support of ENVI and ArcGIS technology platforms，temporal and spatial distribution characteristics of tropospheric NO2 vertical column density in Hebei province from 2005 to 2012 were studied. The results showed that tropospheric NO2 vertical column density values in autumn and winter in Hebei Province were significantly higher than those in spring and summer. The highest NO2 value appeared in winter，while the lowest one appeared in summer. The tropospheric NO2 vertical column density in Hebei province had an increasing trend from 2005 to 2012 and the NO2 value reached the maximum in 2011. The spatial distribution of tropospheric NO2 vertical column density in Hebei Province was not balanced with a decreasing trend from southeast to northwest. The climate characteristics and the increasing number of motor vehicles in Hebei Province made the largest contribution to the spatial and temporal distribution and the increase of local tropospheric NO2 vertical column densities.

Key words：OMI （Ozone Monitoring Instrument） satellite； tropospheric NO2 vertical column density； Hebei province； Temporal and spatial distribution characteristics

基金項(xiàng)目：河北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（D2012205084）；河北師范大學(xué)博士基金項(xiàng)目（L2008B15）；河北師范大學(xué)重點(diǎn)基金項(xiàng)目（L2009Z08）；河北省自然地理學(xué)省級重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目

NO2是對流層中一種重要的痕量氣體，是臭氧、酸雨和光化學(xué)煙霧的重要前體物，也是主要的大氣污染氣體，主要存在于低層大氣中。對流層NO2來源可以分為人為源和自然源兩種，人為源主要有化石燃料燃燒、生物質(zhì)燃燒等；自然源主要有氨的氧化、土壤排放、閃電、平流層輸送等；其中人類排放占總排放的2/3。汽車尾氣排放、工業(yè)排放、飛機(jī)排放、輪船排放和農(nóng)業(yè)燒荒等產(chǎn)生的NO2成為對流層NO2的主要來源，其中最主要的人為源是汽車尾氣排放，所以城市地區(qū)的NO2一般比較高。

雖然NO2在大氣中的含量很少，但是它是形成硝酸性酸雨、酸霧以及光化學(xué)煙霧的主要污染物。當(dāng)在一定范圍的大氣內(nèi)其濃度和持續(xù)時(shí)間發(fā)生改變時(shí)，就可能對人、動(dòng)植物、材料、環(huán)境等產(chǎn)生不利的影響：它對肺組織產(chǎn)生強(qiáng)烈的刺激和腐蝕作用，引起呼吸窘迫、支氣管炎和肺氣腫等疾?。凰?、有毒、具有刺激性，能使人昏厥；對水體、土壤和大氣可造成污染；對植物生長有不良影響。

NO2在大氣平流層和對流層化學(xué)中均發(fā)揮著重要作用。它在0.30～0.57 μm的紫外和可見光波段以及紅外波段的6.8 μm處對太陽光吸收較強(qiáng)，具有明顯的起伏。NO2對光的吸收對大氣有著直接影響，它在大氣中的濃度含量被視為衡量大氣污染強(qiáng)弱的指標(biāo)之一，因此對流層大氣NO2濃度變化研究是目前大氣環(huán)境的一個(gè)熱點(diǎn)研究方向。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者應(yīng)用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)不僅對NO2濃度分布、來源解析、反演技術(shù)、地面驗(yàn)證等方面進(jìn)行了客觀地研究。Velders等[1]把GOME（Global Ozone Monitoring Experiment，全球臭氧監(jiān)測實(shí)驗(yàn)）資料和三維模式相結(jié)合，研究全球?qū)α鲗又蠳O2柱總量分布的情況。Lamsal等[2]使用大氣化學(xué)傳輸模式輸出的NO2廓線信息和衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)計(jì)算了北美部分地區(qū)地面NO2濃度，并和地面觀測進(jìn)行了比較研究。Boersma等[3]利用GOME資料和模式模擬方法重點(diǎn)比較研究了閃電在對流層產(chǎn)生的NO2的時(shí)空分布狀況。JAEGL等[4]也利用GOME衛(wèi)星數(shù)據(jù)研究由于生物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的NOx的時(shí)空分布和季節(jié)變化特征。2005年Richter等[5]，利用1996-2004年GOME和SCIAMACHY（Scanning Imaging Absorption spectroMeter for Atmospheric Chartography，掃描成像大氣吸收光譜儀）的對流層NO2資料研究全球的NO2變化趨勢，結(jié)果表明中國東部以及香港地區(qū)對流層NO2增長顯著，而且增長速度高于其他主要NO2的高值區(qū)。

目前中國利用衛(wèi)星遙感技術(shù)對對流層大氣NO2的相關(guān)研究主要集中在全國區(qū)域，省市地區(qū)應(yīng)用較少，而且大多使用GOME和SCIAMACHY 數(shù)據(jù)，較少使用OMI（Ozone Monitoring Instrument，臭氧層觀測儀）數(shù)據(jù)。張興贏等[6]2007年利用SCIAMACHY和GOME衛(wèi)星遙感資料研究了近10年來中國的對流層NO2柱濃度，結(jié)果表明中國對流層NO2柱濃度呈現(xiàn)明顯的增長趨勢，NO2污染最嚴(yán)重的地區(qū)主要集中在人口聚居和工業(yè)發(fā)達(dá)的京津冀、長江三角洲、珠江三角洲以及四川盆地等地區(qū)。李瑩[7]把SCIAMACHY衛(wèi)星對流層NO2垂直柱濃度數(shù)據(jù)與地基DOAS 觀測反演得到的大氣層NO2柱總量數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較研究，結(jié)果表明中國東部以及香港地區(qū)NO2增長顯著。張彥軍等[8]利用OMI數(shù)據(jù)，開展了不同類型城市的NO2分布及變化趨勢的研究。本研究主要利用美國NASA發(fā)射的Aura衛(wèi)星上搭載的臭氧層觀測儀OMI對流層NO2濃度數(shù)據(jù)，開展河北省2005-2012年對流層NO2柱濃度時(shí)空分布特征及其影響因素的研究，對華北地區(qū)的大氣環(huán)境研究和空氣質(zhì)量的提升具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1材料與方法

1.1材料

研究所用的數(shù)據(jù)是由荷蘭皇家氣象研究所（KNMI）提供的NO2對流層垂直柱總量濃度軌道數(shù)據(jù)，在對流層排放監(jiān)測網(wǎng)（TEMIS）http：//www.temis.nl下載得到的[9]。OMI NO2對流層濃度原始數(shù)據(jù)是ASCII數(shù)據(jù)文件，包括TOMS 格式和ESRI grid格式 ，本研究使用的是ESRI grid格式，時(shí)間跨度是2005年1月至2012年12月，空間分辨率為經(jīng)度0.125°×緯度0.125°，單位為1013 molec/cm2。研究區(qū)域河北省的經(jīng)緯度范圍為東經(jīng)113°04′-119°53′，北緯36°01′-42°37′。為了便于研究，把數(shù)據(jù)單位轉(zhuǎn)化為1015 molec/cm2。

1.2方法

利用 ENVI 4.5和 ArcGIS 9.0等技術(shù)平臺(tái)，把每月的OMI NO2遙感數(shù)據(jù)經(jīng)過裁切得到河北省2005-2012年對流層 NO2柱濃度月均值數(shù)據(jù)。按照3、4、5月為春季，6、7、8月為夏季，9、10、11月為秋季，12月、次年1、2 月為冬季的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行均值計(jì)算，得到2005-2012年春夏秋冬4個(gè)季節(jié)的河北省NO2柱濃度季節(jié)均值，并計(jì)算2005-2012年8年的河北省NO2柱濃度年均值。然后分析河北省對流層NO2柱濃度的時(shí)間變化特征和空間分布特征。

2結(jié)果與分析

2.1河北省對流層NO2柱濃度時(shí)間變化分析

2.1.1河北省對流層NO2柱濃度的月變化2005-2012年河北省對流層NO2柱濃度月均值變化趨勢如圖1所示。從圖1可見，河北省對流層NO2柱濃度月平均值呈現(xiàn)周期性變化，以12個(gè)月即一年為周期；每一個(gè)周期里都出現(xiàn)一個(gè)高峰值和一個(gè)低峰值即最大值和最小值。8年間整體上呈現(xiàn)出隨著時(shí)間變化而不斷波動(dòng)上升的趨勢。2005-2012年8年間河北省對流層NO2柱濃度月均值的各年最高值變化較大，NO2最高值出現(xiàn)在2009年的12月，是26.072×1015 molec/cm2，最低值出現(xiàn)在2005年的8月，是4.349×1015 molec/cm2。2005-2012年河北省NO2柱濃度月均值變化各年對比見圖2。可以看出，河北省對流層NO2柱濃度每年中的最大值出現(xiàn)在1月或12月，最小值出現(xiàn)在7月或8月。相對其他年份來說，2005年各月的NO2值大部分都較低。

12月至次年2月是河北省采暖期，采暖中化石燃料燃燒使得NO2 、SO2等污染氣體的排放量大為增加，而且隨著機(jī)動(dòng)車數(shù)量的增加，NO2排放量大為增加，對流層NO2柱濃度也隨之增加。冬季寒冷，霧、雪、霜凍天氣較多，太陽輻射較弱，對流層出現(xiàn)較厚的逆溫層，使NO2存在的時(shí)間比較長，因此易出現(xiàn)NO2高值。河北省對流層NO2柱濃度低值多出現(xiàn)在7、8月，與其特有的氣候特征密切相關(guān)。張家口、承德壩上地區(qū)半濕潤半干旱大陸性季風(fēng)氣候，華北平原為典型的溫帶季風(fēng)氣候，冬季低溫少雨，夏季高溫多雨，四季變化明顯。7、8月份是夏季，河北省處于雨期，降水較多，雨水的稀釋沖刷作用也降低了NO2的濃度。

2.1.2河北省對流層NO2柱濃度的季節(jié)變化 根據(jù)2005-2012年河北省NO2柱濃度月均值數(shù)據(jù)計(jì)算得到春、夏、秋、冬4個(gè)季節(jié)的季節(jié)均值數(shù)據(jù)，2005-2012年河北省對流層NO2柱濃度季節(jié)性差異對比如圖3所示，河北省NO2柱濃度值夏季 <春季<秋季<冬季。2005-2012年8年間河北省對流層NO2柱濃度在春、夏、秋3個(gè)季節(jié)出現(xiàn)逐年增加的趨勢，冬季均值呈波動(dòng)上升趨勢，2009年冬季NO2達(dá)到最高值。

冬季，河北省大部地區(qū)受大陸高壓控制，高壓系統(tǒng)強(qiáng)度大，范圍廣，持續(xù)時(shí)間長，使污染物的持續(xù)積累和匯聚作用時(shí)間變長，導(dǎo)致NO2柱濃度值明顯偏高，大氣污染最嚴(yán)重。另外，寒冷的冬季，當(dāng)風(fēng)速較小時(shí)對流層會(huì)出現(xiàn)逆溫，且時(shí)常伴隨有霧霾等天氣，更不利于污染物擴(kuò)散，這也導(dǎo)致NO2柱濃度明顯偏高。

2.1.3河北省對流層NO2柱濃度的年際變化河北省2005-2012年8年間對流層NO2柱濃度年均值變化如圖4所示，2005年到2011年7年間河北省對流層NO2垂直柱濃度逐年增長趨勢明顯，2011年達(dá)到最大值，比2005年增加近6×1015 molec/cm2。與2011年相比，2012年河北省對流層NO2柱濃度稍有回落，但仍高于2010年。

隨著河北省人口基數(shù)持續(xù)增大，人為NO2的排放量不斷增多，尤其是機(jī)動(dòng)車尾氣排放的逐年增大，是河北省流層NO2垂直柱濃度逐年增長的主要原因。2012年河北省政府印發(fā)了《河北省機(jī)動(dòng)車氮氧化物總量減排實(shí)施方案》，其中明確要求“十二五”期間，河北省必須完成機(jī)動(dòng)車氮氧化物減排27.73萬t。省委省政府加強(qiáng)生態(tài)強(qiáng)省建設(shè)力度，嚴(yán)格控制污染物的排放，減少汽車尾氣的排放，這可能是2012年對流層NO2柱濃度降低的原因之一。

2.2河北省對流層NO2柱濃度年際變化空間分布特征

2005-2012年河北省NO2濃度空間分布如圖5所示?？梢钥闯觯颖笔O2濃度大小空間分布極其不平衡，北部地區(qū)和南部地區(qū)形成明顯的反差，總體呈現(xiàn)出由南向北遞減的空間分布趨勢，西南部最高，主要分布在石家莊、邢臺(tái)和邯鄲市。從年際變化上來看，2005-2012年河北省NO2濃度低值區(qū)分布范圍沒有太大的變化，都是集中在燕山和太行山以北、壩上高原的張家口、承德以及唐山市和秦皇島市的北部；河北省NO2濃度中高值的空間分布范圍有一定的變動(dòng)。2005年全省NO2濃度屬于中低值范疇，基本上沒有高值區(qū)。從2006年到2009年，NO2濃度中高值范圍都不斷擴(kuò)大分布于河北平原中北部和西南部地區(qū)，包括保定、石家莊、邢臺(tái)、邯鄲、滄州和廊坊市等。2010-2012年，高值區(qū)范圍開始縮小，中值區(qū)范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，由河北省中南部的平原地區(qū)向東南部沿海地區(qū)蔓延。2012年滄州和廊坊市也出現(xiàn)了NO2高值區(qū)。

河北省對流層NO2濃度值與河北省的地理位置、地形特征及植被覆蓋特征密切相關(guān)。壩上高原氣候較寒冷，山地地形植被覆蓋率高，人類活動(dòng)和工業(yè)發(fā)展對大氣環(huán)境影響較小。因此，在壩上高原的張家口和承德市以及唐山和秦皇島市的北部，對流層NO2濃度值較低。平原地貌的地勢低平開闊，人口密集，人類活動(dòng)頻繁，汽車擁有用量多，其汽車尾氣排放、工業(yè)排放、飛機(jī)和輪船排放及農(nóng)業(yè)燒荒等都大大增加了對流層 NO2的濃度[10]。所以位于河北平原區(qū)的石家莊、邢臺(tái)、邯鄲、保定和廊坊市等對流層NO2濃度值較高，尤其是石家莊、邢臺(tái)、邯鄲等市對流層NO2濃度值一直居高不下。

2.3基于對流層NO2柱濃度的河北省城市類型劃分

根據(jù)河北省對流層NO2柱濃度總體空間分布特征和河北省各市NO2柱濃度年均值大小，把河北省11個(gè)城市分成高值城市、中值城市、低值城市三類，如表1所示。不同類型城市2011年NO2濃度逐月變化特征見圖6。

高值城市是指NO2濃度各月數(shù)值比較高，都在20×1015 molec/cm2 以上，各月差值較大，年分布曲線比較平滑，NO2濃度最大值均出現(xiàn)在12、1月，最小值出現(xiàn)在7、8月。3個(gè)城市均為較發(fā)達(dá)的工業(yè)城市，工礦企業(yè)多，而且是京廣線上重要的交通樞紐，工塵、揚(yáng)塵及汽車排放相對很大，空氣污染較為嚴(yán)重，NO2濃度整體數(shù)值偏高。

中值城市是指NO2濃度數(shù)值中等，在10×1015和20×1015 molec/cm2之間。由圖6可知，除了秦皇島市有很大波動(dòng)，即4月份濃度在全年最大外，其他城市大致變化平緩，各月差值不是很大。各市NO2濃度最大值也出現(xiàn)在12、1月，最小值出現(xiàn)在7、8月。廊坊、保定、滄州、衡水市位于河北平原中北部，距離京津地區(qū)較近，人口集中，人類活動(dòng)對大氣污染的影響較大。唐山市GDP產(chǎn)值全省最高，是重要的重工業(yè)城市，NO2濃度均值卻位列中等，可能是由于瀕臨渤海，利于NO2等污染氣體的擴(kuò)散，導(dǎo)致NO2濃度不是很高。

低值城市是指NO2濃度各月數(shù)值都很低，基本上都小于10×1015 molec/cm2，全年各月差值最小，年分布曲線比較平滑，沒有明顯的峰谷變化。張家口、承德市位于燕山和太行山以北，壩上高原地勢較高，氣候寒冷，人口較少，工業(yè)發(fā)展落后，NO2濃度很低且全年變化不大。

2.4對流層NO2垂直柱濃度的影響因素

2.4.1自然因素地形特征。高原和山地地形區(qū)，地勢高，氣候較寒冷，人類活動(dòng)和工業(yè)發(fā)展對大氣環(huán)境影響較小，NO2濃度偏低；平原、盆地地形區(qū)，地勢平坦開闊，人口密集高，人類活動(dòng)和工業(yè)發(fā)展對大氣環(huán)境影響大，NO2濃度偏高。河北省對流層NO2濃度低值區(qū)集中在壩上高原的張家口、承德、唐山和秦皇島市的北部，高值區(qū)分布在在中南部平原區(qū)石家莊、邢臺(tái)、邯鄲、保定、唐山市。

地理位置。對流層NO2垂直柱濃度的空間分布與海陸位置差異相關(guān)。沿海地區(qū)，距海洋較近利于NO2等污染氣體的擴(kuò)散，NO2的濃度不高且全年變化不大。唐山市是重要的重工業(yè)城市，GDP 產(chǎn)值全省最高，但NO2濃度值卻位列中等，主要原因是瀕臨渤海，NO2等污染氣體容易擴(kuò)散。

氣象要素。污染氣體NO2等被排放到大氣中不是一成不變的，受當(dāng)時(shí)的氣象條件的影響，它們不斷地?cái)U(kuò)散、流動(dòng)、遷移和轉(zhuǎn)化[11]。人為排放的NO2進(jìn)入大氣后其擴(kuò)散程度與NO2垂直柱濃度有明顯的負(fù)相關(guān)，擴(kuò)散程度越大，濃度就越小，相反濃度就越大。風(fēng)向、風(fēng)速、大氣穩(wěn)定度、太陽輻射量、逆溫、降水量等都是影響大氣污染物擴(kuò)散的氣象因子。

2.4.2社會(huì)因素人為NO2的排放。人為NO2的排放主要包括工業(yè)生產(chǎn)排放、交通運(yùn)輸排放、人類生活排放。其中占比例最大的是燃料燃燒排放和汽車尾氣排放，燃料燃燒主要有生物質(zhì)燃燒、人為化石燃料燃燒等。這些排放渠道是NO2的主要來源，也是對流層NO2垂直柱濃度最直接的影響因素。河北省冬季處于采暖期，也會(huì)增加NO2的濃度。

人口密集度及經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r。人口密集度和經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r是影響對流層大氣NO2濃度分布的重要社會(huì)因素[12]。河北省NO2垂直柱濃度的高值城市前五位是邯鄲、石家莊、邢臺(tái)、保定、唐山。根據(jù)河北省統(tǒng)計(jì)局的經(jīng)濟(jì)年鑒[13]，這5個(gè)城市的人口總數(shù)和生產(chǎn)總值位于前5位。經(jīng)濟(jì)發(fā)展好、人口多、人為活動(dòng)頻繁的地區(qū)也是NO2濃度高值區(qū)。

機(jī)動(dòng)車擁有量。機(jī)動(dòng)車尾氣排放是NO2的主要人為來源之一，機(jī)動(dòng)車的擁有量是影響其尾氣排放的重要因素，所以也是影響NO2濃度的必不可少的因素。目前，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對汽車的需求也越來越大，汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，汽車的擁有量也持續(xù)增多，大量的汽車尾氣排放到空氣中，大大增加了對流層NO2的濃度。

將河北省統(tǒng)計(jì)局的2005-2011年河北省年機(jī)動(dòng)車擁有量數(shù)據(jù)與河北省對流層NO2柱濃度年均值數(shù)據(jù)做相關(guān)性分析，結(jié)果如圖7所示，河北省年機(jī)動(dòng)車擁有量與對流層NO2柱濃度具有一定的正相關(guān)性（R2=0.655 7），可見機(jī)動(dòng)車的尾氣排放對河北地區(qū)對流層NO2濃度的貢獻(xiàn)很大。

3小結(jié)與討論

本研究以河北省為研究區(qū)，以TEMIS提供的2005年1月-2012年12月的OMI數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，利用 ENVI4.5 和 ArcGIS10.0等技術(shù)平臺(tái)，得到河北省及11個(gè)市的對流層NO2柱濃度均值，分析了河北省NO2柱濃度時(shí)空分布特征及其影響因素，得到以下結(jié)論。

1）從月際變化來看，河北省對流層NO2柱濃度月均值呈現(xiàn)年周期性變化，最大值出現(xiàn)在1月或12月，最小值在7月或8月。從季節(jié)變化來看，河北省秋、冬季節(jié)對流層NO2柱濃度值明顯高于春、夏季節(jié)，最高值出現(xiàn)在冬季，最低值出現(xiàn)在夏季。從年際變化來看，2005-2011年河北省對流層NO2柱濃度呈逐年增加趨勢，2011 年達(dá)到最高值，2012年有所回落。

2）河北省NO2柱濃度空間分布極其不平衡，北部地區(qū)和南部地區(qū)形成明顯的反差，呈現(xiàn)由東南向西北遞減的趨勢。河北省NO2濃度高值區(qū)分布在河北平原區(qū)西南部的石家莊、邢臺(tái)、邯鄲市，中值區(qū)分布在位于河北平原區(qū)中北部的保定、廊坊、衡水、唐山和秦皇島市的中南部，低值區(qū)分布在燕山和太行山以北，壩上高原的張家口和承德市以及唐山和秦皇島市的北部。

3）影響對流層NO2垂直柱濃度時(shí)空分布的因素很多，河北省位于人類活動(dòng)強(qiáng)烈的華北區(qū)，對流層NO2以人為排放為主，研究發(fā)現(xiàn)，河北省的氣候特點(diǎn)和日益增長的機(jī)動(dòng)車數(shù)量對河北省對流層NO2垂直柱濃度時(shí)空分布及持續(xù)增加貢獻(xiàn)最大。

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[6] 張興贏，張鵬，張艷，等.近10a中國對流層NO2的變化趨勢、時(shí)空分布特征及其來源解析[J].中國科學(xué)（D輯），2007， 37（10）：1409-1416.

[7] 李瑩.地基DOAS觀測反演的NO2柱總量與SCIAMACHY衛(wèi)星NO2數(shù)據(jù)的比較及NO2時(shí)空分布研究[D].北京：北京大學(xué)，2006.

[8] 張彥軍，牛錚，王力，等.基于OMI衛(wèi)星數(shù)據(jù)的城市對流層NO2變化趨勢研究[J].地理與地理信息科學(xué)，2008，24（3）：96-99.

[9] BOERSMA K F，ESKES H J，VEEFKIND J P，et al. Near-real time retrieval of tropospheric NO2 from OMI[J]，Atmospheric Chemistry & Physics，2007，7（8）：2013-2128.

[10] 武菁.河北平原區(qū)城市氣溶膠光學(xué)厚度與基于PM10的空氣污染指數(shù)關(guān)系研究[D].石家莊：河北師范大學(xué)，2011.

[11] 謝景彥.石家莊市塵染特征、成因分析及防治對策[D].南京：南京理工大學(xué)，2002.

[12] 程苗苗.基于OMI數(shù)據(jù)的浙江省對流層NO2柱濃度時(shí)空動(dòng)態(tài)分布[D].杭州：浙江農(nóng)林大學(xué)，2010.

[13] 河北省統(tǒng)計(jì)局，河北經(jīng)濟(jì)年鑒，2005-2011.http：//www.hetj.gov.cn/.

人口密集度及經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r。人口密集度和經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r是影響對流層大氣NO2濃度分布的重要社會(huì)因素[12]。河北省NO2垂直柱濃度的高值城市前五位是邯鄲、石家莊、邢臺(tái)、保定、唐山。根據(jù)河北省統(tǒng)計(jì)局的經(jīng)濟(jì)年鑒[13]，這5個(gè)城市的人口總數(shù)和生產(chǎn)總值位于前5位。經(jīng)濟(jì)發(fā)展好、人口多、人為活動(dòng)頻繁的地區(qū)也是NO2濃度高值區(qū)。

機(jī)動(dòng)車擁有量。機(jī)動(dòng)車尾氣排放是NO2的主要人為來源之一，機(jī)動(dòng)車的擁有量是影響其尾氣排放的重要因素，所以也是影響NO2濃度的必不可少的因素。目前，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對汽車的需求也越來越大，汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，汽車的擁有量也持續(xù)增多，大量的汽車尾氣排放到空氣中，大大增加了對流層NO2的濃度。

將河北省統(tǒng)計(jì)局的2005-2011年河北省年機(jī)動(dòng)車擁有量數(shù)據(jù)與河北省對流層NO2柱濃度年均值數(shù)據(jù)做相關(guān)性分析，結(jié)果如圖7所示，河北省年機(jī)動(dòng)車擁有量與對流層NO2柱濃度具有一定的正相關(guān)性（R2=0.655 7），可見機(jī)動(dòng)車的尾氣排放對河北地區(qū)對流層NO2濃度的貢獻(xiàn)很大。

3小結(jié)與討論

本研究以河北省為研究區(qū)，以TEMIS提供的2005年1月-2012年12月的OMI數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，利用 ENVI4.5 和 ArcGIS10.0等技術(shù)平臺(tái)，得到河北省及11個(gè)市的對流層NO2柱濃度均值，分析了河北省NO2柱濃度時(shí)空分布特征及其影響因素，得到以下結(jié)論。

1）從月際變化來看，河北省對流層NO2柱濃度月均值呈現(xiàn)年周期性變化，最大值出現(xiàn)在1月或12月，最小值在7月或8月。從季節(jié)變化來看，河北省秋、冬季節(jié)對流層NO2柱濃度值明顯高于春、夏季節(jié)，最高值出現(xiàn)在冬季，最低值出現(xiàn)在夏季。從年際變化來看，2005-2011年河北省對流層NO2柱濃度呈逐年增加趨勢，2011 年達(dá)到最高值，2012年有所回落。

2）河北省NO2柱濃度空間分布極其不平衡，北部地區(qū)和南部地區(qū)形成明顯的反差，呈現(xiàn)由東南向西北遞減的趨勢。河北省NO2濃度高值區(qū)分布在河北平原區(qū)西南部的石家莊、邢臺(tái)、邯鄲市，中值區(qū)分布在位于河北平原區(qū)中北部的保定、廊坊、衡水、唐山和秦皇島市的中南部，低值區(qū)分布在燕山和太行山以北，壩上高原的張家口和承德市以及唐山和秦皇島市的北部。

3）影響對流層NO2垂直柱濃度時(shí)空分布的因素很多，河北省位于人類活動(dòng)強(qiáng)烈的華北區(qū)，對流層NO2以人為排放為主，研究發(fā)現(xiàn)，河北省的氣候特點(diǎn)和日益增長的機(jī)動(dòng)車數(shù)量對河北省對流層NO2垂直柱濃度時(shí)空分布及持續(xù)增加貢獻(xiàn)最大。

參考文獻(xiàn)：

[1] VELDERS G J M ，GRANIER C，PORTMAN R W，et al. Global tropospheric NO2 column distributions：comparing three-dimensional model calculations with GOME measurements[J].Journal of Geophysical Research：Atmospheres （1984–2012）.2001，106（D12）：12643-12660.

[2] LAMSAL L N，MARTIN R V，VAN DONKELAAR A，et al.Ground-level nitrogen dioxide concentrations inferred from the satellite-borne Ozone Monitoring Instrument[J].Journal of Geophysical Research：Atmospheres （1984-2012），2008，113（D16）：308-322.

[3] BOERSMA K F，ESKES H J，MEIJER E W，et al. Estimates of lightning NOx production from GOME satellite observations[J].Atmospheric Chemistry and Physics，2005，5（9）：2311-2331.

[4] JAEGL L，MARTIN R V，CHANCE K，et al. Satellite mapping of rain-induced nitric oxide emission from soils[J]. Journal of Geophysical Research：Atmospheres（1984-2012），2004，109（D21）：310-319.

[5] RICHTER A，BURROWS J P，NV H，et al. Increase in tropospheric nitrogen dioxide over China observed from space[J].Nature，2005，437（7055）：129-132.

[6] 張興贏，張鵬，張艷，等.近10a中國對流層NO2的變化趨勢、時(shí)空分布特征及其來源解析[J].中國科學(xué)（D輯），2007， 37（10）：1409-1416.

[7] 李瑩.地基DOAS觀測反演的NO2柱總量與SCIAMACHY衛(wèi)星NO2數(shù)據(jù)的比較及NO2時(shí)空分布研究[D].北京：北京大學(xué)，2006.

[8] 張彥軍，牛錚，王力，等.基于OMI衛(wèi)星數(shù)據(jù)的城市對流層NO2變化趨勢研究[J].地理與地理信息科學(xué)，2008，24（3）：96-99.

[9] BOERSMA K F，ESKES H J，VEEFKIND J P，et al. Near-real time retrieval of tropospheric NO2 from OMI[J]，Atmospheric Chemistry & Physics，2007，7（8）：2013-2128.

[10] 武菁.河北平原區(qū)城市氣溶膠光學(xué)厚度與基于PM10的空氣污染指數(shù)關(guān)系研究[D].石家莊：河北師范大學(xué)，2011.

[11] 謝景彥.石家莊市塵染特征、成因分析及防治對策[D].南京：南京理工大學(xué)，2002.

[12] 程苗苗.基于OMI數(shù)據(jù)的浙江省對流層NO2柱濃度時(shí)空動(dòng)態(tài)分布[D].杭州：浙江農(nóng)林大學(xué)，2010.

[13] 河北省統(tǒng)計(jì)局，河北經(jīng)濟(jì)年鑒，2005-2011.http：//www.hetj.gov.cn/.

人口密集度及經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r。人口密集度和經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r是影響對流層大氣NO2濃度分布的重要社會(huì)因素[12]。河北省NO2垂直柱濃度的高值城市前五位是邯鄲、石家莊、邢臺(tái)、保定、唐山。根據(jù)河北省統(tǒng)計(jì)局的經(jīng)濟(jì)年鑒[13]，這5個(gè)城市的人口總數(shù)和生產(chǎn)總值位于前5位。經(jīng)濟(jì)發(fā)展好、人口多、人為活動(dòng)頻繁的地區(qū)也是NO2濃度高值區(qū)。

機(jī)動(dòng)車擁有量。機(jī)動(dòng)車尾氣排放是NO2的主要人為來源之一，機(jī)動(dòng)車的擁有量是影響其尾氣排放的重要因素，所以也是影響NO2濃度的必不可少的因素。目前，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對汽車的需求也越來越大，汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，汽車的擁有量也持續(xù)增多，大量的汽車尾氣排放到空氣中，大大增加了對流層NO2的濃度。

將河北省統(tǒng)計(jì)局的2005-2011年河北省年機(jī)動(dòng)車擁有量數(shù)據(jù)與河北省對流層NO2柱濃度年均值數(shù)據(jù)做相關(guān)性分析，結(jié)果如圖7所示，河北省年機(jī)動(dòng)車擁有量與對流層NO2柱濃度具有一定的正相關(guān)性（R2=0.655 7），可見機(jī)動(dòng)車的尾氣排放對河北地區(qū)對流層NO2濃度的貢獻(xiàn)很大。

3小結(jié)與討論

本研究以河北省為研究區(qū)，以TEMIS提供的2005年1月-2012年12月的OMI數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，利用 ENVI4.5 和 ArcGIS10.0等技術(shù)平臺(tái)，得到河北省及11個(gè)市的對流層NO2柱濃度均值，分析了河北省NO2柱濃度時(shí)空分布特征及其影響因素，得到以下結(jié)論。

1）從月際變化來看，河北省對流層NO2柱濃度月均值呈現(xiàn)年周期性變化，最大值出現(xiàn)在1月或12月，最小值在7月或8月。從季節(jié)變化來看，河北省秋、冬季節(jié)對流層NO2柱濃度值明顯高于春、夏季節(jié)，最高值出現(xiàn)在冬季，最低值出現(xiàn)在夏季。從年際變化來看，2005-2011年河北省對流層NO2柱濃度呈逐年增加趨勢，2011 年達(dá)到最高值，2012年有所回落。

2）河北省NO2柱濃度空間分布極其不平衡，北部地區(qū)和南部地區(qū)形成明顯的反差，呈現(xiàn)由東南向西北遞減的趨勢。河北省NO2濃度高值區(qū)分布在河北平原區(qū)西南部的石家莊、邢臺(tái)、邯鄲市，中值區(qū)分布在位于河北平原區(qū)中北部的保定、廊坊、衡水、唐山和秦皇島市的中南部，低值區(qū)分布在燕山和太行山以北，壩上高原的張家口和承德市以及唐山和秦皇島市的北部。

3）影響對流層NO2垂直柱濃度時(shí)空分布的因素很多，河北省位于人類活動(dòng)強(qiáng)烈的華北區(qū)，對流層NO2以人為排放為主，研究發(fā)現(xiàn)，河北省的氣候特點(diǎn)和日益增長的機(jī)動(dòng)車數(shù)量對河北省對流層NO2垂直柱濃度時(shí)空分布及持續(xù)增加貢獻(xiàn)最大。

參考文獻(xiàn)：

[1] VELDERS G J M ，GRANIER C，PORTMAN R W，et al. Global tropospheric NO2 column distributions：comparing three-dimensional model calculations with GOME measurements[J].Journal of Geophysical Research：Atmospheres （1984–2012）.2001，106（D12）：12643-12660.

[2] LAMSAL L N，MARTIN R V，VAN DONKELAAR A，et al.Ground-level nitrogen dioxide concentrations inferred from the satellite-borne Ozone Monitoring Instrument[J].Journal of Geophysical Research：Atmospheres （1984-2012），2008，113（D16）：308-322.

[3] BOERSMA K F，ESKES H J，MEIJER E W，et al. Estimates of lightning NOx production from GOME satellite observations[J].Atmospheric Chemistry and Physics，2005，5（9）：2311-2331.

[4] JAEGL L，MARTIN R V，CHANCE K，et al. Satellite mapping of rain-induced nitric oxide emission from soils[J]. Journal of Geophysical Research：Atmospheres（1984-2012），2004，109（D21）：310-319.

[5] RICHTER A，BURROWS J P，NV H，et al. Increase in tropospheric nitrogen dioxide over China observed from space[J].Nature，2005，437（7055）：129-132.

[6] 張興贏，張鵬，張艷，等.近10a中國對流層NO2的變化趨勢、時(shí)空分布特征及其來源解析[J].中國科學(xué)（D輯），2007， 37（10）：1409-1416.

[7] 李瑩.地基DOAS觀測反演的NO2柱總量與SCIAMACHY衛(wèi)星NO2數(shù)據(jù)的比較及NO2時(shí)空分布研究[D].北京：北京大學(xué)，2006.

[8] 張彥軍，牛錚，王力，等.基于OMI衛(wèi)星數(shù)據(jù)的城市對流層NO2變化趨勢研究[J].地理與地理信息科學(xué)，2008，24（3）：96-99.

[9] BOERSMA K F，ESKES H J，VEEFKIND J P，et al. Near-real time retrieval of tropospheric NO2 from OMI[J]，Atmospheric Chemistry & Physics，2007，7（8）：2013-2128.

[10] 武菁.河北平原區(qū)城市氣溶膠光學(xué)厚度與基于PM10的空氣污染指數(shù)關(guān)系研究[D].石家莊：河北師范大學(xué)，2011.

[11] 謝景彥.石家莊市塵染特征、成因分析及防治對策[D].南京：南京理工大學(xué)，2002.

[12] 程苗苗.基于OMI數(shù)據(jù)的浙江省對流層NO2柱濃度時(shí)空動(dòng)態(tài)分布[D].杭州：浙江農(nóng)林大學(xué)，2010.

[13] 河北省統(tǒng)計(jì)局，河北經(jīng)濟(jì)年鑒，2005-2011.http：//www.hetj.gov.cn/.