基于卫星高光谱遥感的2007年-2017年新疆地区大气NO2时空变化趋势分析

自2013年国务院颁布《大气污染防治行动计划》等大气综合治理政策以来，我国东部地区大气颗粒物等重要污染物得到了有效控制。伴随着我国能源政策的变化，西北地区在加大能源开发力度的同时，大气污染亦呈现加剧趋势，但在之前的研究中未得到重视。卫星遥感的监测手段较地面观测具有不受地域限制，观测时间长，观测污染物种类多等优势。其中，星载紫外-可见高光谱仪OMI自2005年在轨运行，在大气污染的时空变化趋势探测、排放源估计以及模式的同化和验证等科学应用中得到广泛应用。中国科学技术大学的卫星对流层NO₂柱浓度产品，通过对OMI原始测量光谱的二次标定和气体反演算法的关键优化，在与地基观测的结果对比验证中呈现良好的相关性，适合用于我国高气溶胶背景下的大气污染分析。结合中国科学技术大学OMI NO₂数据产品，我国新疆地区大气NO₂污染的时空分布特征得以表征。在2007年-2017年期间，新疆地区的NO₂污染集中分布于北疆，其中“乌鲁木齐-昌吉-石河子”城市群（乌昌石地区）与新疆总体NO₂水平月变化相关性很强（相关性系数r=0.942，p-value<0.01）。新疆NO₂年际变化存在明显阶段性特征，与相关政策以及能源行业排放变化相符：2007年-2010年变化趋势不明显，2014年较2010年总体年平均浓度增长18.5％，其中乌昌石地区增长41.3％；2017年较2014年总体平均浓度下降26.4%，乌昌石地区下降42.8%。乌昌石地区由于石油化工企业，经济开发区等分布密集，成为NO₂污染的聚集区，与乌鲁木齐市，昌吉市NO₂变化具有强相关性（r=0.982，p-value<0.01；r=0.951，p-value<0.01）。受采暖时期排放以及特殊气象条件控制，乌昌石地区NO₂污染峰值为12月，冬季污染尤其显著；在2007年-2016年采暖期间（每年10月-次年4月初），乌昌石地区NO₂水平有显著上升趋势（显著性水平α=0.01），在未来大气治理中需要格外关注。