沈陽地區大氣環境變化特征分析

郭思曉，蘇樅樅，任萬輝，張霄，周思寧，趙全

【摘要】 本文基于沈陽地區11個地面大氣觀測站的大氣顆粒物質量濃度，分析了2018～2019年沈陽地區顆粒物濃度的總體變化特征;基于高分辨率（1 km）MODIS逐日氣溶膠光學厚度（AOD）產品（MCD19A2），分析了沈陽地區2018～2019年逐月、季節和年平均AOD時空分布特征。

【關鍵詞】 衛星遙感;氣溶膠光學厚度

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.06.035

Analysis of Characteristics of Atmospheric Environmental

Changes in Shenyang

GUO Si-xiao，SU Cong-cong，REN Wan-hui，ZHANG Xiao，ZHOU Si-ning，ZHAO Quan

（Shenyang Environmental Monitoring Centre，Shenyang 110015，China）

Abstract： Based on the mass concentration of atmospheric particulate matter from 11 ground-based atmospheric observation stations in Shenyang，this paper analyzes the overall change characteristics of particulate matter concentration in Shenyang from 2018 to 2019;based on the high-resolution（1 km）MODIS daily aerosol optical thickness（AOD）product（MCD19A2）Analyzed the temporal and spatial distribution characteristics of monthly， seasonal and annual average AOD in Shenyang from 2018 to 2019.

Key words： satellite remote sensing;AOD

目前沈陽地區大氣環境監測主要依賴地面大氣觀測站。沈陽生態環境監測中心于1976年開始進行環境空氣監測，環境空氣質量自動監測系統始建于1996年，在1998年初步建成，包括5個監測子站和1個中心站的城市環境空氣自動監測系統，1999年10月取代原手工隔日監測手段報出環境空氣監測數據。隨著城市建設的不斷發展，城市環境空氣自動監測系統進行了相應的調整和改善，目前，整個城市環境空氣自動監測系統由11個國控監測子站及16個市控監測子站組成，形成了較為科學完善的城市環境空氣自動監測網絡體系，承擔著整個沈陽市的環境空氣質量監測工作。監測項目主要為PM10、PM2.5、SO2、NOX、CO、O3等。地面大氣觀測站已經不能滿足現有環境管理需求，強化立體化空氣質量監測能力為主要手段，以提升大氣環境監測預警的科學化、精細化和信息化水平迫在眉睫。

本文基于沈陽地區11個地面大氣觀測站的小時平均PM2.5和PM10質量濃度資料分析了2018～2019年沈陽地區顆粒物濃度的總體變化特征;基于高分辨率（1km）MODIS逐日氣溶膠光學厚度（AOD）產品（MCD19A2）分析了沈陽地區2018～2019年逐月、季節和年平均AOD時空分布特征。為下一步利用2020年實際監測數據完成2020年預報效果的評估做研究基礎。

1 地面顆粒物濃度變化特征

本部分主要基于沈陽地區11個地面大氣觀測站的小時平均PM2.5和PM10質量濃度資料分析了2018～2019年沈陽地區顆粒物濃度的總體變化特征。

圖1為2018～2019年沈陽11個大氣環境監測站點平均的顆粒物濃度日變化特征。總體來看，PM2.5和PM10變化趨勢一致，都在9：00左右出現一個峰值，分別為50 μg·m-3和80 μg·m-3;之后逐漸降低，15：00達到最低點（分別為30 μg·m-3和63 μg·m-3）;之后又逐漸上升，午夜至凌晨保持在高濃度，這與邊界層高度的日變化有密切關系。

圖2和圖3分別為沈陽地區11個觀測站點2018～2019年平均的PM2.5和PM10質量濃度日變化特征。總的來看，各站點的日變化趨勢近似，但質量濃度值存在顯著差異。其中，渾南東路、文化路、新秀街等站點顆粒物濃度較高，而森林路顆粒物濃度最低，這與觀測站所處周邊環境和人類活動強度有關。

圖4和圖5分別為2018～2019年沈陽PM2.5和PM10月均質量濃度的變化情況。由圖可知，顆粒物濃度總體呈現冬春高、夏秋低的特征，其中8月最低。PM10與PM2.5的月變化趨勢大致相似。

2 衛星遙感整層氣溶膠特征

本部分基于高分辨率（1 km）MODIS逐日氣溶膠光學厚度（AOD）產品（MCD19A2）分析了沈陽地區2018～2019年逐月、季節和年平均AOD時空分布特征。

圖6所示為2018和2019年沈陽地區平均AOD的空間分布。總體來看，沈陽地區AOD呈現北部低、中部和南部高的特征。2019年平均AOD比2018年有所增加，主要增長區在中部區域，新民和遼中增加相對顯著。

圖7所示為2018和2019年沈陽地區季節平均AOD的空間分布情況。由圖可見，整層AOD表現為春夏高、秋冬低，這與地面顆粒物質量濃度季節特征不同，造成這種差異的主要原因是混合層高度及物理含義的不同。顆粒物質量濃度測量的是代表處的顆粒物濃度，AOD則表示整層大氣中顆粒物含量，兩者在觀測方向上不同;此外，冬季溫度相對較低，混合層高度低，顆粒物主要集聚在低層，導致地面濃度較高，夏季混合層發展較高，顆粒物被抬升至較高高度，導致整層顆粒物含量高，AOD較高。春季，沈陽地區多受沙塵侵襲，導致AOD和顆粒物濃度均較高（見圖8、圖9中3月份AOD的分布）。從2018和2019年AOD的季節差異來看，2019年冬春季AOD比2018年有所增加，夏秋季基本相當，這與圖4、圖5結果一致。

圖8和圖9所示為2018和2019年月平均AOD的空間分布。從月平均來看，7月AOD最大，其次為5月和6月，3月AOD也較大。從年差異來看，3、5和12月增加較顯著，4和11月下降較顯著。

【參考文獻】

[1] 付琴，李靈.基于衛星遙感的大氣復合污染智慧監測方案[J].低碳世界，2021（7）：3-4.

[2] 馮琨.大氣污染物衛星遙感監測技術在重污染監測預警方面的應用[J].山西化工，2021（2）：172-174.

[3] 黃紅蓮，提汝芳，張冬英，等.高分五號衛星偏振遙感陸地上空氣溶膠光學厚度[J].紅外與毫米波學報，2020（4）：454-461.

[4] 張立.基于北京市MODIS氣溶膠光學厚度構建PM2.5濃度估算模型的研究[D].西安：長安大學，2020.

【作者簡介】

郭思曉，女，1985年出生，工程師，碩士，研究方向為環境監測。