2005-2015年四川盆地南部對流層NO2柱濃度變化趨勢

符 芳，吳 靜，朱 斌

(1.資溪縣氣象局，撫州 335300；2.進賢縣氣象局，南昌 331700；3.黎川縣氣象局，撫州 344600)

0 引言

大氣中氮氧化物(NOX)由一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)組成，其中NO2是對流層中主要污染氣體[1]，參與酸雨、酸霧和光化學煙霧的產生[2]，并且經過化學反應后會產生臭氧(O3)和其他光化學二次污染物。對流層高含量的NO2，不僅對環境造成嚴重污染，而且危及到人類的健康狀況。

大氣中NO2主要有兩個來源：自然源和人為源。自然源包括閃電過程、微生物過程、土壤和海洋排放；人為源包括化石燃料和生物質燃燒 。全球范圍內，中國東部NO2含量偏高，尤其是石家莊和北京的NO2含量在全球主要城市中“名列前茅”[3]。很多國內外學者和專家研究了中國地區及其主要省市大氣中NO2的變化特征：周春艷等選取長江三角洲進行研究，探索其近10 a對流層NO2濃度時空變化以及影響因子[4]；游志強等則對京津冀地區NO2濃度進行深入研究，分析其分布特征和變化趨勢[5]。學者大多關注中國東部的大氣NO2變化特征，但四川盆地作為中國4大NO2濃度高值區之一，對其研究較少。四川盆地南部工業較發達，人口密集，年排放NO2濃度高，加之四川盆地四周群山環繞，中間地勢低，氣候溫暖宜人、全年陰天日數多、降水多[6]，使得四川盆地NO2污染加重。

文章選取四川盆地南部作為研究對象，利用OMI獲取數據，探索四川盆地南部對流層NO2濃度的變化趨勢，期望對四川盆地的大氣環境的研究和污染治理提供參考。

1 數據與方法

1.1 研究區域

文章研究區域為四川盆地南部，從地形上來看，四川盆地南部屬于低山丘陵區，盆地邊緣部分為低山，盆地北部屬于中高山區[7]。其經緯度范圍為103°6184′E～106°3872′E，27°6655′N～30°0457′N，地處亞熱帶濕潤氣候區，年降水量約3970～5208 mm，降水主要集中在6-9月，年均氣溫為15～28 ℃。四川盆地南部由四川省自貢、宜賓、內江和瀘州組成，這4個城市也是川南地區主要構成體。川南經濟區發展較快，是僅次于成綿樂經濟圈的經濟聯合體。近年來，其工業發展迅猛，空氣污染嚴重，空氣質量問題突出。

1.2 數據來源

文章所選用數據來自荷蘭皇家氣象研究所(KNMI)提供的OMI，自大氣污染監測網(TEMIS)下載得到2005年1月—2016年2月全球范圍NO2排放月平均值(.asc文件)，空間分辨率為0.125°×0.125°，單位是1013 molec/cm2；使用Surfer 將四川盆地南部分割成網格，選取區域內51個坐標點，經緯度為103°9375′E～106°1875′E，27°9375′N～29°9375′N，精度為0.25°×0.25°；利用Matlab(R2012b)編程，獲取坐標點濃度數據，刪除缺省值(-999)和誤差值(負值)。將表格濃度數據單位采用科學計數法轉化為1015molec/cm2。四川盆地南部GRP數據來自2005—2015年4個城市的《國民經濟和社會發展統計公報》。

2 結果與分析

2.1 四川盆地南部對流層NO2柱濃度時間變化

2.1.1 NO2柱濃度的年變化

如圖1所示，2005年和2006年四川盆地南部地區對流層NO2柱濃度呈現下降趨勢，2007年對流層NO2柱濃度較2006年有所上升，2008年相對2007年對流層NO2柱濃度有所下降。2008—2012年，對流層NO2柱濃度逐年增長。2010年和2011年對流層NO2柱濃度基本持平，2012年的對流層NO2柱濃度達最大值5.4×1015molec/cm2，2013—2015年對流層NO2柱濃度逐年遞減，但2015年仍然比2006年和2008年高。

圖1 2005—2015年四川盆地南部對流層NO2柱濃度的月均值以及年均值

四川盆地南部對流層NO2柱濃度值月均值呈周期性變化，1 a為1個周期，呈V字型分布。2005—2015年，四川盆地南部對流層NO2柱濃度最高值出現在2013年1月，為13.5×1015molec/cm2；最低值則出現在2015年8月，為1.9×1015molec/cm2。

2005年四川省政府響應科學發展觀號召，提出建設生態四川的戰略目標，大力排查工業污染源和城市污染源，全面整治農村污染源；編寫發布《四川生態省建設規劃綱要》并提出目標任務：2006年全面啟動生態四川建設，通過5 a時間，55%以上城市空氣環境質量達標等。2005—2006年對流層NO2柱濃度明顯下降，說明全面啟動生態四川建設取得了成效。2008年四川省發生5·12汶川大地震，自貢市、宜賓市和內江市的大多數區縣受到嚴重影響，地震使得工廠企業運作減慢停滯。震后，整個災區項目重建，拉動經濟增長。2008—2012年四川盆地南部對流層NO2柱濃度上升。2013年國務院下發《大氣污染防治行動計劃》10條措施，提出污染行業要加快脫硫、脫硝、除塵等一系列改造工程建設；除循環流化床鍋爐之外的燃煤機組全部需要安裝脫硝設備；新型干法水泥窯則采用低氮燃燒技術改造并且需要安裝脫硝設施。四川省人民政府認真貫徹執行，這是使盆地南部大氣NO2柱濃度在2013年以后下降的一個重要原因。

2.1.2 NO2柱濃度的季節變化

夏季對流層NO2柱濃度值最低為8.3×1015molec/cm2；其次是春季為11.6×1015molec/cm2；再次是秋季為12.8×1015molec/cm2；冬季最高為19.7×1015molec/cm2。近10 a以來，夏季對流層NO2柱濃度比較穩定，含量一直保持為低值。春季和秋季對流層NO2柱濃度波動較小，冬季對流層NO2柱濃度的波動較大且有上升的趨勢。2012年冬季，對流層NO2柱濃度最高為33×1015molec/cm2，2015年夏季對流層NO2柱濃度最低為7.1×1015molec/cm2。

冬季盆地干旱少雨，風速小，大氣層結穩定易出現逆溫層[8]，導致盆地南部的擴散運輸能力差，不利于污染物擴散，使NO2濃度更高。夏季盆地南部降水多于其他季節，降水能清除大氣污染物，降低NO2濃度，并且太陽輻射強、氣溫高，NO2光解濃度會降低，所以夏季對流層NO2含量最低。

2.1.3 NO2柱濃度的月變化

圖2表示2005—2015年四川盆地南部對流層NO2柱濃度月均值變化情況。2005—2015年相同月份的平均值用柱狀圖顯示，相同月份的標準差則誤差棒表示。對流層NO2柱濃度從1月開始遞減，在7月達到最小值2.5×1015molec/cm2，從7月開始上升，至12月達到最大值8×1015molec/cm2，趨勢類似 “凹”字。12個月中最大的標準差出現在1月和12月，12月的對流層NO2柱濃度變化最大；最小的標準差則是出現在7月，對流層NO2柱濃度變化最小。1月、2月和12月為冬季，氣溫較低，燃料燃燒消耗量增多，同時降水少，對NO2柱濃度的清除作用減小，導致NO2柱濃度值很高。

圖2 2005-2015年四川盆地南部對流層NO2柱濃度值月均值變化

2.2 NO2柱濃度空間變化

對流層NO2柱濃度高值區在盆地南部的盆地地形處，低值區在盆地南部的山地地形處。低值區所在范圍變化小，高值區范圍在2012年、2013年有擴大現象。2014年和2015年，高值區范圍有所減小。宜賓市上空NO2柱濃度在2005年最高，之后是先降后升的波動狀態，總的來說宜賓市NO2柱濃度在降低。內江市和自貢市NO2柱濃度呈現“降升降”的趨勢，但自貢上空NO2柱濃度比內江要高。前期瀘州市NO2柱濃度基本上比較低，但從2009年NO2濃度開始上升，之后取代宜賓市成為NO2柱濃度高值中心。高值中心在2005—2015年從宜賓市轉移到瀘州市。從全年平均空間分布圖上可以直觀地看到，高值中心出現在城市中心及其四周，在盆地底部，宜賓市中心以南的盆地邊緣山地的對流層NO2柱濃度值小。

四川盆地南部對流層NO2柱濃度值與城市的地理位置、地形和經濟發展有關。盆地南部的北方是盆地底部，是城市中心所在地，也是工廠、企業的聚集地，南方是盆地邊緣的山地，阻擋NO2向南擴散。內江經濟技術開發區的機械、汽配、電子、生物制藥等產業會加重大氣中NO2污染程度；自貢是工業重鎮，高新技術產業開發區2012年有101個重大項目，其中包含的工業產業類重大項目增加了大氣中NO2濃度值；宜賓市全市共有15個工業區，其中翠屏區有3個工業區，這15個工業區包含機械、化工、電子、建材、食品、印刷、生物制藥等產業；瀘州的化工產業聞名遐邇，國家重要的天然氣化工基地和尿素生產基地均坐落在瀘州，中國9大工程機械生產基地也位于瀘州，其生產規模在長江沿岸城市中僅低于上海。經濟發展較好的市區及其四周與全年平均NO2柱濃度的較高區域相對應。

在每個季節中，4個市中心的NO2柱濃度均高于其他地區。市中心人口密集、活動頻繁，汽車排放，企業排放，使得市中心比其他地區的NO2柱濃度高。4個城市中心的NO2柱濃度在春季和秋季沒有顯著的差異，但是內江市在秋季NO2柱濃度高于春季；在夏季4個市中心NO2柱濃度相比其他3個季節是最小的；在冬季，盆地南部的盆地部分NO2柱濃度與山地有明顯的差異，而且自貢市中心NO2柱濃度最高，其他3個市中心的NO2柱濃度也偏高。

2.3 NO2柱濃度的影響因素

2.3.1 自然因素

四川盆地南部包括盆地和邊緣山地。盆地底部是人口聚集地和人類活動的主要場所，NO2柱濃度偏高。盆地周圍的山地地形較盆地來說，地勢高，人類活動少，不利于NO2擴散，造成NO2在盆地底部堆積，NO2柱濃度高值區均出現在盆地底部城市，如宜賓、自貢、內江、瀘州等主要城市。排入大氣的NO2濃度是會改變的，且受氣象條件影響，譬如降水、風、氣溫、太陽輻射、逆溫等皆會影響到NO2柱濃度。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柱濃度在夏季最低，在冬季最高。夏季，四川盆地南部經太陽照射時間長，氣溫高，同時NO2性質不穩定，會進行化學反應，分解成NO和O，所以NO2柱濃度在夏季最低。四川盆地南部全年少有大風，多是微風，不利于NO2的擴散。

2.3.2 人為因素

人為因素主要有企業工廠排放和汽車尾氣排放。經濟增長的同時，環境污染也越發嚴重。地區生產總值(GRP)可以反映企業工廠排放的NO2。從圖3中可以看出，四川盆地南部GRP逐年遞增，2012年突破4000億元，相當于4個城市每個市的GRP達千億元，NO2柱濃度同步達到最高值，之后GRP增長有所減緩，NO2柱濃度也隨之減低。李龍等提出GRP和NO2柱濃度兩者之間的相關系數能夠反映在經濟發展中NO2污染對環境所造成的代價[9]。

圖3 2005—2015年四川盆地南部GRP及年均NO2柱濃度

根據2005—2015年的年平均NO2柱濃度數據和GRP，利用Excel中的相關系數函數，得到二者之間的相關系數，為0.427558，表明四川盆地南部對流層NO2柱濃度與企業工廠燃料燃燒有關。盆地南部城市的工業區數目多。特別是化工園區，是省培育成長型超100億元特色產業園區，煤化工和石化深加工是重點發展的產業鏈，同樣是排放NO2等大氣污染物的產業鏈。

3 結束語

文章使用2005年1月—2016年2月OMI反演的NO2柱濃度數據，分析了四川盆地南部對流層NO2柱濃度的變化趨勢，結果表明：

1)NO2柱濃度在2005-2015年整體呈波動上升趨勢，2005—2007年先降后升，2008年下降，2009—2012年持續上升，2013—2015年開始下降。冬季NO2柱濃度19.7×1015molec/cm2>秋季12.8×1015molec/cm2>春季11.6×1015molec/cm2>夏季8.3×1015molec/cm2。對流層NO2柱濃度峰值出現在1月和12月，低值則在7月。

2)NO2柱濃度空間分布特征表現為盆地底部即研究區域北部的NO2柱濃度值要明顯高于邊緣山地即研究區域南部。邊緣山地的NO2柱濃度一直為低值。盆地底部的城市中心NO2柱濃度最高，向四周遞減。高值中心前期在宜賓市，后期轉移至瀘州市。

3)影響NO2柱濃度有降水、氣溫、太陽輻射、地形地貌等自然因子和企業工廠排放、汽車尾氣等人為因子。工廠燃料的燃燒對四川盆地南部對流層NO2柱濃度的變化影響較大。