2005-2015年四川盆地南部对流层NO2柱浓度变化趋势

符 芳，吴 静，朱 斌

(1.资溪县气象局，抚州 335300；2.进贤县气象局，南昌 331700；3.黎川县气象局，抚州 344600)

0 引言

大气中氮氧化物(NOX)由一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)组成，其中NO2是对流层中主要污染气体[1]，参与酸雨、酸雾和光化学烟雾的产生[2]，并且经过化学反应后会产生臭氧(O3)和其他光化学二次污染物。对流层高含量的NO2，不仅对环境造成严重污染，而且危及到人类的健康状况。

大气中NO2主要有两个来源：自然源和人为源。自然源包括闪电过程、微生物过程、土壤和海洋排放；人为源包括化石燃料和生物质燃烧 。全球范围内，中国东部NO2含量偏高，尤其是石家庄和北京的NO2含量在全球主要城市中“名列前茅”[3]。很多国内外学者和专家研究了中国地区及其主要省市大气中NO2的变化特征：周春艳等选取长江三角洲进行研究，探索其近10 a对流层NO2浓度时空变化以及影响因子[4]；游志强等则对京津冀地区NO2浓度进行深入研究，分析其分布特征和变化趋势[5]。学者大多关注中国东部的大气NO2变化特征，但四川盆地作为中国4大NO2浓度高值区之一，对其研究较少。四川盆地南部工业较发达，人口密集，年排放NO2浓度高，加之四川盆地四周群山环绕，中间地势低，气候温暖宜人、全年阴天日数多、降水多[6]，使得四川盆地NO2污染加重。

文章选取四川盆地南部作为研究对象，利用OMI获取数据，探索四川盆地南部对流层NO2浓度的变化趋势，期望对四川盆地的大气环境的研究和污染治理提供参考。

1 数据与方法

1.1 研究区域

文章研究区域为四川盆地南部，从地形上来看，四川盆地南部属于低山丘陵区，盆地边缘部分为低山，盆地北部属于中高山区[7]。其经纬度范围为103°6184′E～106°3872′E，27°6655′N～30°0457′N，地处亚热带湿润气候区，年降水量约3970～5208 mm，降水主要集中在6-9月，年均气温为15～28 ℃。四川盆地南部由四川省自贡、宜宾、内江和泸州组成，这4个城市也是川南地区主要构成体。川南经济区发展较快，是仅次于成绵乐经济圈的经济联合体。近年来，其工业发展迅猛，空气污染严重，空气质量问题突出。

1.2 数据来源

文章所选用数据来自荷兰皇家气象研究所(KNMI)提供的OMI，自大气污染监测网(TEMIS)下载得到2005年1月—2016年2月全球范围NO2排放月平均值(.asc文件)，空间分辨率为0.125°×0.125°，单位是1013 molec/cm2；使用Surfer 将四川盆地南部分割成网格，选取区域内51个坐标点，经纬度为103°9375′E～106°1875′E，27°9375′N～29°9375′N，精度为0.25°×0.25°；利用Matlab(R2012b)编程，获取坐标点浓度数据，删除缺省值(-999)和误差值(负值)。将表格浓度数据单位采用科学计数法转化为1015molec/cm2。四川盆地南部GRP数据来自2005—2015年4个城市的《国民经济和社会发展统计公报》。

2 结果与分析

2.1 四川盆地南部对流层NO2柱浓度时间变化

2.1.1 NO2柱浓度的年变化

如图1所示，2005年和2006年四川盆地南部地区对流层NO2柱浓度呈现下降趋势，2007年对流层NO2柱浓度较2006年有所上升，2008年相对2007年对流层NO2柱浓度有所下降。2008—2012年，对流层NO2柱浓度逐年增长。2010年和2011年对流层NO2柱浓度基本持平，2012年的对流层NO2柱浓度达最大值5.4×1015molec/cm2，2013—2015年对流层NO2柱浓度逐年递减，但2015年仍然比2006年和2008年高。

图1 2005—2015年四川盆地南部对流层NO2柱浓度的月均值以及年均值

四川盆地南部对流层NO2柱浓度值月均值呈周期性变化，1 a为1个周期，呈V字型分布。2005—2015年，四川盆地南部对流层NO2柱浓度最高值出现在2013年1月，为13.5×1015molec/cm2；最低值则出现在2015年8月，为1.9×1015molec/cm2。

2005年四川省政府响应科学发展观号召，提出建设生态四川的战略目标，大力排查工业污染源和城市污染源，全面整治农村污染源；编写发布《四川生态省建设规划纲要》并提出目标任务：2006年全面启动生态四川建设，通过5 a时间，55%以上城市空气环境质量达标等。2005—2006年对流层NO2柱浓度明显下降，说明全面启动生态四川建设取得了成效。2008年四川省发生5·12汶川大地震，自贡市、宜宾市和内江市的大多数区县受到严重影响，地震使得工厂企业运作减慢停滞。震后，整个灾区项目重建，拉动经济增长。2008—2012年四川盆地南部对流层NO2柱浓度上升。2013年国务院下发《大气污染防治行动计划》10条措施，提出污染行业要加快脱硫、脱硝、除尘等一系列改造工程建设；除循环流化床锅炉之外的燃煤机组全部需要安装脱硝设备；新型干法水泥窑则采用低氮燃烧技术改造并且需要安装脱硝设施。四川省人民政府认真贯彻执行，这是使盆地南部大气NO2柱浓度在2013年以后下降的一个重要原因。

2.1.2 NO2柱浓度的季节变化

夏季对流层NO2柱浓度值最低为8.3×1015molec/cm2；其次是春季为11.6×1015molec/cm2；再次是秋季为12.8×1015molec/cm2；冬季最高为19.7×1015molec/cm2。近10 a以来，夏季对流层NO2柱浓度比较稳定，含量一直保持为低值。春季和秋季对流层NO2柱浓度波动较小，冬季对流层NO2柱浓度的波动较大且有上升的趋势。2012年冬季，对流层NO2柱浓度最高为33×1015molec/cm2，2015年夏季对流层NO2柱浓度最低为7.1×1015molec/cm2。

冬季盆地干旱少雨，风速小，大气层结稳定易出现逆温层[8]，导致盆地南部的扩散运输能力差，不利于污染物扩散，使NO2浓度更高。夏季盆地南部降水多于其他季节，降水能清除大气污染物，降低NO2浓度，并且太阳辐射强、气温高，NO2光解浓度会降低，所以夏季对流层NO2含量最低。

2.1.3 NO2柱浓度的月变化

图2表示2005—2015年四川盆地南部对流层NO2柱浓度月均值变化情况。2005—2015年相同月份的平均值用柱状图显示，相同月份的标准差则误差棒表示。对流层NO2柱浓度从1月开始递减，在7月达到最小值2.5×1015molec/cm2，从7月开始上升，至12月达到最大值8×1015molec/cm2，趋势类似 “凹”字。12个月中最大的标准差出现在1月和12月，12月的对流层NO2柱浓度变化最大；最小的标准差则是出现在7月，对流层NO2柱浓度变化最小。1月、2月和12月为冬季，气温较低，燃料燃烧消耗量增多，同时降水少，对NO2柱浓度的清除作用减小，导致NO2柱浓度值很高。

图2 2005-2015年四川盆地南部对流层NO2柱浓度值月均值变化

2.2 NO2柱浓度空间变化

对流层NO2柱浓度高值区在盆地南部的盆地地形处，低值区在盆地南部的山地地形处。低值区所在范围变化小，高值区范围在2012年、2013年有扩大现象。2014年和2015年，高值区范围有所减小。宜宾市上空NO2柱浓度在2005年最高，之后是先降后升的波动状态，总的来说宜宾市NO2柱浓度在降低。内江市和自贡市NO2柱浓度呈现“降升降”的趋势，但自贡上空NO2柱浓度比内江要高。前期泸州市NO2柱浓度基本上比较低，但从2009年NO2浓度开始上升，之后取代宜宾市成为NO2柱浓度高值中心。高值中心在2005—2015年从宜宾市转移到泸州市。从全年平均空间分布图上可以直观地看到，高值中心出现在城市中心及其四周，在盆地底部，宜宾市中心以南的盆地边缘山地的对流层NO2柱浓度值小。

四川盆地南部对流层NO2柱浓度值与城市的地理位置、地形和经济发展有关。盆地南部的北方是盆地底部，是城市中心所在地，也是工厂、企业的聚集地，南方是盆地边缘的山地，阻挡NO2向南扩散。内江经济技术开发区的机械、汽配、电子、生物制药等产业会加重大气中NO2污染程度；自贡是工业重镇，高新技术产业开发区2012年有101个重大项目，其中包含的工业产业类重大项目增加了大气中NO2浓度值；宜宾市全市共有15个工业区，其中翠屏区有3个工业区，这15个工业区包含机械、化工、电子、建材、食品、印刷、生物制药等产业；泸州的化工产业闻名遐迩，国家重要的天然气化工基地和尿素生产基地均坐落在泸州，中国9大工程机械生产基地也位于泸州，其生产规模在长江沿岸城市中仅低于上海。经济发展较好的市区及其四周与全年平均NO2柱浓度的较高区域相对应。

在每个季节中，4个市中心的NO2柱浓度均高于其他地区。市中心人口密集、活动频繁，汽车排放，企业排放，使得市中心比其他地区的NO2柱浓度高。4个城市中心的NO2柱浓度在春季和秋季没有显著的差异，但是内江市在秋季NO2柱浓度高于春季；在夏季4个市中心NO2柱浓度相比其他3个季节是最小的；在冬季，盆地南部的盆地部分NO2柱浓度与山地有明显的差异，而且自贡市中心NO2柱浓度最高，其他3个市中心的NO2柱浓度也偏高。

2.3 NO2柱浓度的影响因素

2.3.1 自然因素

四川盆地南部包括盆地和边缘山地。盆地底部是人口聚集地和人类活动的主要场所，NO2柱浓度偏高。盆地周围的山地地形较盆地来说，地势高，人类活动少，不利于NO2扩散，造成NO2在盆地底部堆积，NO2柱浓度高值区均出现在盆地底部城市，如宜宾、自贡、内江、泸州等主要城市。排入大气的NO2浓度是会改变的，且受气象条件影响，譬如降水、风、气温、太阳辐射、逆温等皆会影响到NO2柱浓度。四川盆地南部降水集中在6—9月，夏季降水最高，冬季最少。NO2柱浓度在夏季最低，在冬季最高。夏季，四川盆地南部经太阳照射时间长，气温高，同时NO2性质不稳定，会进行化学反应，分解成NO和O，所以NO2柱浓度在夏季最低。四川盆地南部全年少有大风，多是微风，不利于NO2的扩散。

2.3.2 人为因素

人为因素主要有企业工厂排放和汽车尾气排放。经济增长的同时，环境污染也越发严重。地区生产总值(GRP)可以反映企业工厂排放的NO2。从图3中可以看出，四川盆地南部GRP逐年递增，2012年突破4000亿元，相当于4个城市每个市的GRP达千亿元，NO2柱浓度同步达到最高值，之后GRP增长有所减缓，NO2柱浓度也随之减低。李龙等提出GRP和NO2柱浓度两者之间的相关系数能够反映在经济发展中NO2污染对环境所造成的代价[9]。

图3 2005—2015年四川盆地南部GRP及年均NO2柱浓度

根据2005—2015年的年平均NO2柱浓度数据和GRP，利用Excel中的相关系数函数，得到二者之间的相关系数，为0.427558，表明四川盆地南部对流层NO2柱浓度与企业工厂燃料燃烧有关。盆地南部城市的工业区数目多。特别是化工园区，是省培育成长型超100亿元特色产业园区，煤化工和石化深加工是重点发展的产业链，同样是排放NO2等大气污染物的产业链。

3 结束语

文章使用2005年1月—2016年2月OMI反演的NO2柱浓度数据，分析了四川盆地南部对流层NO2柱浓度的变化趋势，结果表明：

1)NO2柱浓度在2005-2015年整体呈波动上升趋势，2005—2007年先降后升，2008年下降，2009—2012年持续上升，2013—2015年开始下降。冬季NO2柱浓度19.7×1015molec/cm2>秋季12.8×1015molec/cm2>春季11.6×1015molec/cm2>夏季8.3×1015molec/cm2。对流层NO2柱浓度峰值出现在1月和12月，低值则在7月。

2)NO2柱浓度空间分布特征表现为盆地底部即研究区域北部的NO2柱浓度值要明显高于边缘山地即研究区域南部。边缘山地的NO2柱浓度一直为低值。盆地底部的城市中心NO2柱浓度最高，向四周递减。高值中心前期在宜宾市，后期转移至泸州市。

3)影响NO2柱浓度有降水、气温、太阳辐射、地形地貌等自然因子和企业工厂排放、汽车尾气等人为因子。工厂燃料的燃烧对四川盆地南部对流层NO2柱浓度的变化影响较大。