中巴經濟走廊沿線城市大氣對流層NO2柱濃度時空變化研究

摘要：本文利用基于臭氧監測儀（OMI）的對流層NO2柱濃度（VCD）產品，分析了喀什、伊斯蘭堡、卡拉奇及拉合爾等城市2005—2019年NO2柱濃度的長時間序列變化并探討了其影響因素。研究發現，2005—2019年，NO2柱濃度污染水平表現為拉合爾＞伊斯蘭堡＞喀什＞卡拉奇；拉合爾和伊斯蘭堡的對流層NO2柱濃度冬季污染最為嚴重，卡拉奇和喀什分別在夏季和秋季最為嚴重；中巴經濟走廊沿線城市NO2柱濃度相對較低，原因是經濟發展緩慢，深居內陸，受海洋影響小，且常年風速較小，污染不易擴散。

關鍵詞：中巴經濟走廊；對流層NO2柱濃度；時空變化

中圖分類號：X831 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）03-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.03.036

Abstract： Using the tropospheric NO2 vertical column density （VCD） products based on the ozone monitoring instrument （OMI）， this paper analyzes the long time series changes of NO2 VCD in Kashgar， Islamabad， Karachi and Lahore from 2005 to 2019 and discusses its influencing factors. The study found that from 2005 to 2019， the NO2 VCD pollution level was Lahore＞Islamabad＞Kashgar＞Karachi; the tropospheric NO2 VCD in Lahore and Islamabad was the most polluted in winter， while Karachi and Kashgar were the most polluted in summer and autumn respectively; the NO2 VCD in the cities along the China-Pakistan Economic Corridor was relatively low because of the slow economic development， the deep inland， the small impact of the sea， the low wind speed all the year round， and the difficulty of pollution diffusion.

Keywords： China-Pakistan Economic Corridor; tropospheric NO2 VCD; spatiotemporal change

NO2是城市對流層大氣中重要的污染物之一[1]。研究表明，大氣NO2濃度每升高10 μg/m3，居民日死亡率、呼吸系統疾病死亡率和心血管疾病死亡率分別上升1.4%、1.6%和1.4%[2]。NO2也會引發酸雨、能見度下降及水體污染等一系列環境問題[3]。中巴經濟走廊沿線城市快速發展，NO2污染問題隨之加劇。國內外對對流層NO2柱濃度的主要來源、影響因素、變化特征等方面進行了大量研究[4-9]，但針對中巴經濟走廊和“一帶一路”核心區域的NO2污染物變化特征及輸送規律的研究較少。本文以喀什、伊斯蘭堡、卡拉奇和拉合爾4個城市為例，分析2005—2019年其對流層NO2柱濃度的時間變化特征及影響因素。

1 研究區概況

中巴經濟走廊北起中國新疆喀什，途經巴基斯坦伊斯蘭堡、卡拉奇、拉合爾等主要城市，至沿海的瓜達爾港。整個地勢由西南向東北傾斜。中巴經濟走廊作為“一帶一路”建設的重要抓手，對造福中巴兩國人民意義重大。

2 數據來源

本研究采用的數據來自美國國家航空航天局（NASA）的官方產品，其間提取了OMI三級業務產品OMNO2d中喀什、伊斯蘭堡、卡拉奇和拉合爾2005—2019年的對流層NO2柱濃度數據。高程數據從地理空間數據云獲取，氣象數據來自中國氣象數據網。

3 結果分析

3.1 中巴經濟走廊沿線城市NO2柱濃度年際變化

如圖1所示，2005—2019年，中巴經濟走廊沿線城市NO2柱濃度污染水平表現為拉合爾＞伊斯蘭堡＞喀什＞卡拉奇。其中，喀什對流層NO2柱濃度在2011年達到峰值，整體呈先上升后下降的趨勢，在2019年有所上升；伊斯蘭堡對流層NO2柱濃度在2005—2011年呈波動式增長，2010年達到最高值，2011—2012年急劇下降，變化幅度為1.2×1015 molec/cm2，2012—2019年NO2柱濃度呈倒U形變化趨勢；拉卡奇對流層NO2柱濃度在2012年達到峰值，2012—2019年呈U形變化趨勢，2015—2019年柱濃度上升；拉合爾對流層NO2柱濃度整體上呈遞增趨勢，2010年明顯下降且柱濃度最低，2011—2015年呈現波動式上升，2015年柱濃度達到最高，2016—2019年柱濃度先升高后降低，整體波動較大。

3.2 中巴經濟走廊沿線城市NO2柱濃度季節變化

如圖2所示，中巴經濟走廊沿線城市的NO2柱濃度季節變化特征為：喀什夏秋季大于冬春季；伊斯蘭堡和拉合爾秋冬季大于春夏季；卡拉奇春夏季大于秋冬季。

2010—2013年，喀什NO2柱濃度在秋季最高，其余年份NO2柱濃度最高值出現在夏季。伊斯蘭堡冬季NO2柱濃度最高，各季節差異顯著。2011年，卡拉奇各季節NO2柱濃度都有明顯下降，但隨后逐漸增長，夏季柱濃度最高。拉合爾冬季污染最嚴重，NO2柱濃度范圍為（4.61～7.90）×1015 molec/cm2。

3.3 地形和風場對NO2柱濃度的影響

風速越大，污染物擴散能力越強。喀什各季節以西北風、西南風為主，冬季有短暫的北風，夏季和秋季盛行西南風，靜風頻率大，并且喀什地處塔里木盆地西部邊緣，南部有昆侖山的阻擋，污染物不易擴散。伊斯蘭堡地勢北高南低，春夏季以西北風和東北風為主，大風占比較大，對污染物擴散有利。卡拉奇春夏季以西南風為主，但是從海洋上吹來的暖濕氣流增加了空氣濕度，加速污染物凝聚，從而導致NO2柱濃度增加。拉合爾地勢西高東低，秋冬季以西北風為主，小風占比較大，不利于污染物擴散。

4 結論

研究發現，2005—2019年，中巴經濟走廊沿線城市NO2柱濃度范圍為（0.55～6.45）×1015 molec/cm2，其中拉合爾的污染水平明顯高于中巴經濟走廊的其他三個城市。中巴經濟走廊沿線城市的NO2柱濃度季節變化特征為：伊斯蘭堡和拉合爾秋冬季大于春夏季，喀什夏秋季大于冬春季，卡拉奇春夏季大于秋冬季。中巴經濟走廊沿線城市經濟發展較為緩慢，所以NO2柱濃度相對較低。經分析，卡拉奇為港口城市，處于亞熱帶沙漠氣候區，其余城市深居內陸，受海洋影響小，降水較少，蒸發量很大，市區多位于山前海拔較低的地區，空氣不宜流通，污染物不易擴散。

參考文獻

1 羅 超，周秀驥.氮氧化物（NOx）在對流層中的收支與循環的研究[J].應用氣象學報，1993（1）：92-99.

2 馬洪群，崔蓮花.大氣污染物（SO2、NO2）對中國居民健康效應影響的meta分析[J].職業與健康，2016（8）：1038-1044.

3 周春艷，厲 青，王中挺，等.2005年—2014年京津冀對流層NO2柱濃度時空變化及影響因素[J].遙感學報，2016（3）：468-480.

4 劉顯通，鄭騰飛，萬齊林，等.OMI遙感珠三角城市群NO2的時空分布特征及人類活動影響分析[J].熱帶氣象學報，2015（2）：193-201.

5 李 慧，王淑蘭，張文杰，等.京津冀及周邊地區“2+26”城市空氣質量特征及其影響因素[J].環境科學研究，2021（1）：172-184.

6 張連華，周春艷，厲 青，等.2016—2018年汾渭平原對流層NO2柱濃度時空變化遙感監測[C]//2019中國環境科學學會科學技術年會.2019.

7 程良曉，陶金花，余 超，等.高分五號大氣痕量氣體差分吸收光譜儀對流層NO2柱濃度遙感反演研究[J].遙感學報，2021（11）：2313-2325.

8 仝澤鵬.烏魯木齊市-昌吉市-五家渠市對流層NO2和SO2柱濃度特征分析[D].烏魯木齊：新疆師范大學，2019：17-18.

9 王肖漢，徐翼洲，張成歆，等.基于EMI觀測的珠三角地區對流層NO2柱濃度時空變化特征分析[J].大氣與環境光學學報，2021（3）：197-206.