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华北平原固城站NO2对流层柱浓度变化特征

靳军莉 马建中 林伟立 赵花荣

靳军莉, 马建中, 林伟立, 等. 华北平原固城站NO2对流层柱浓度变化特征. 应用气象学报, 2016, 27(3): 303-311. DOI: 10.11898/1001-7313.20160305..
引用本文: 靳军莉, 马建中, 林伟立, 等. 华北平原固城站NO2对流层柱浓度变化特征. 应用气象学报, 2016, 27(3): 303-311. DOI: 10.11898/1001-7313.20160305.
Jin Junli, Ma Jianzhong, Lin Weili, et al. Characteristics of NO2 tropospheric column density over a rural area in the North China Plain. J Appl Meteor Sci, 2016, 27(3): 303-311. DOI:  10.11898/1001-7313.20160305.
Citation: Jin Junli, Ma Jianzhong, Lin Weili, et al. Characteristics of NO2 tropospheric column density over a rural area in the North China Plain. J Appl Meteor Sci, 2016, 27(3): 303-311. DOI:  10.11898/1001-7313.20160305.

华北平原固城站NO2对流层柱浓度变化特征

DOI: 10.11898/1001-7313.20160305
资助项目: 

国家自然科学基金项目 41330422

国家自然科学基金项目 41175114

国家自然科学基金项目 41275140

国家自然科学基金项目 41075095

详细信息
    通信作者:

    马建中, email: mjz@camscma.cn

Characteristics of NO2 Tropospheric Column Density over a Rural Area in the North China Plain

  • 摘要: 基于2008年9月—2010年9月河北固城生态与农业气象试验站多轴差分吸收光谱仪 (multi-axis differential optical absorption spectroscopy, MAX-DOAS) 获得的太阳散射光谱观测,反演计算该地区NO2对流层柱浓度,分析其季节、日变化特征以及不同来源输送的影响,并与同期NO2地面观测资料和卫星产品进行对比分析。发现固城站NO2对流层柱浓度冬高 (5.14×1016 cm-2) 夏低 (1.28×1016 cm-2);日变化形态在四季均呈现中午低、傍晚高的特征,且冬季最明显。与北京城市区域同期的观测相比,冬季固城站观测值略低,而在春、夏季则偏低较显著。地面风玫瑰图分析显示,来自SW, SSW, NE方向及ENE方向的污染输送对其贡献最大。与地面、卫星NO2观测的对比表明,MAX-DOAS反演的NO2柱浓度与地面观测浓度具有一致的季节和日变化特征,卫星反演的NO2对流层柱浓度产品在华北平原农村地区存在系统性低估。
  • 图  1  2008年9月—2010年9月固城站NO2对流层柱浓度日间平均时间序列

    Fig. 1  Time series of diurnal mean of NO2 tropospheric vertical column density over Gucheng site from Sep 2008 to Sep 2010

    图  2  2008年9月—2010年9月固城站NO2对流层柱浓度的四季平均日间变化

    Fig. 2  Averaged diurnal variations of NO2 tropospheric vertical column desity over Gucheng site in different seasons from Sep 2008 to Sep 2010

    图  3  2008年9月—2010年9月固城站NO2地面观测浓度、NO2对流层柱浓度、两者相关系数及风速的风向玫瑰图

    (a) NO2地面观测浓度,(b) 以风向频率为权重的NO2地面观测浓度,(c) NO2对流层柱浓度,(d) 以风向频率为权重的NO2对流层柱浓度,(e) 地面浓度与对流层柱浓度相关系数,(f) 风速

    Fig. 3  Wind direction rose maps for NO2 surface mixing ratios (a), NO2 surface mixing ratios weighted by wind direction occurrence frequency (b), NO2 tropospheric vertical column density (c), NO2 tropospheric vertical column density weighted by wind direction occurrence frequency (d), correlation coefficients between surface mixing ratio and tropospheric vertical column density (e) and wind speed (f) at Gucheng site from Sep 2008 to Sep 2010

    图  4  2009年冬季固城站 (a) 与河北香河站 (b) 近地面后向轨迹模拟及聚类图

    Fig. 4  Mean backward trajectories over Gucheng site (a) and Xianghe site (b) from Dec 2008 to Feb 2009

    图  5  2008年9月—2010年9月固城站NO2对流层柱浓度与地面浓度的逐月平均日变化及OMNO2d卫星数据的月平均值

    Fig. 5  Comparison of monthly-averaged diurnal variations of the tropospheric vertical column density and surface mixing ratios of NO2 along with the OMNO2d at Gucheng site from Sep 2008 to Sep 2010

    图  6  2008年9月—2010年9月固城站OMNO2d卫星产品 (a) 和MAX-DOAS观测 (b) 反演的NO2对流层柱浓度与地面观测浓度散点图

    Fig. 6  Scatter plots of the NO2 tropospheric vertical column density from OMNO2d product (a) and MAX-DOAS observation (b) with surface mixing ratios of NO2 over Gucheng site from Sep 2008 to Sep 2010

    表  1  国内基于MAX-DOAS的NO2对流层柱浓度观测结果对比

    Table  1  Overview of NO2 tropospheric vertical column density retrieved from MAX-DOAS in China

    观测站 位置 观测时段 NO2对流层柱浓度/(1016 cm-2) NO2对流层柱浓度
    平均日变化特征
    春季 夏季 秋季 冬季
    中国科学院大气
    物理研究所[10]
    北京城区 2008年7月—2009年4月 3.1 3.1 4.3 5.3 春、夏季正午低,秋、冬季中午、
    傍晚均稍高
    河北香河站[10, 14] 华北农村 2010年3月—2012年12月 2 1.7 4 3.7 春、夏季不明显,秋、冬季平缓、
    正午低、傍晚略高
    中国气象局[6] 北京城区 2008年8月—2011年10月 3.6 5.8 冬季正午低,其他季节中午和傍
    晚均稍高
    上海[13] 宝山、嘉定、
    松江和南汇
    2009年4月—2010年11月 城区站上午升高、维持高值,污
    染较弱站正午低
    固城站 华北农村 2008年9月—2010年9月 2.2 1.3 3 5.1 中午低、傍晚略高
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  • [1] 罗超, 周秀骥.氮氧化物 (NOX) 在对流层中的收支与循环的研究.应用气象学报, 1993, 41(1):92-99. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=19930118&flag=1
    [2] 丁国安, 郑向东, 马建中, 等.近30年大气化学和大气环境研究回顾——纪念中国气象科学研究院成立50周年.应用气象学报, 2006, 17(6):796-814. doi:  10.11898/1001-7313.20060617
    [3] Ma J Z, Xu X B, Zhao C S, et al.A review of atmospheric chemistry research in China: Photochemical smog, haze pollution, and gas-aerosol interactions.Adv Atmos Sci, 2012, 29:1006-1026. doi:  10.1007/s00376-012-1188-7
    [4] 靳军莉, 颜鹏, 马志强, 等.北京及周边地区2013年1—3月PM2.5变化特征.应用气象学报, 2014, 5(6):690-700. doi:  10.11898/1001-7313.20140605
    [5] Lin W L, Xu X B, Ge B Z, et al.Characteristics of gaseous pollutants at Gucheng, a rural site southwest of Beijing.J Geophys Res, 2009, 114, D00G14, doi: 10.1029/2008jd010339.
    [6] Ma J Z, Steffen Be, Jin J L, et al.Tropospheric NO2 vertical column densities over Beijing:Results of the first three-years of ground-based MAX-DOAS measurements (2008-2011) and satellite validation.Atmospheric Chemistry & Physics, 2013, 13(11):1547-1567. http://www.oalib.com/paper/2701295
    [7] 江文华, 马建中, 颜鹏.利用GOME卫星资料分析北京大气NO2污染变化.应用气象学报, 2006, 17(1):67-72. doi:  10.11898/1001-7313.20060112
    [8] Zhang X Y, Zhang P, Zhang Y, et al.The trend, seasonal cycle, and sources of tropospheric NO2 over China during 1997-2006 based on satellite measurement.Sci China:Earth Sciences, 2007, 50(12):1877-1884. doi:  10.1007/s11430-007-0141-6
    [9] Hönninger G, Friedeburg C V, Platt U.Multi axis differential optical absorption spectroscopy (MAX-DOAS).Atmospheric Chemistry & Physics, 2004, 4:231-254. http://www.atmos-chem-phys.net/4/231/2004/
    [10] Hendrick F, Müller J-F, Clémer K, et al.Four years of ground-based MAX-DOAS observations of HONO and NO2 in the Beijing area.Atmospheric Chemistry and Physics, 2014, 14(2):765-781. doi:  10.5194/acp-14-765-2014
    [11] 李蔚, 马建中, 郭军让.大气NO2柱浓度多轴差分吸收光谱测量技术及应用.气象科技, 2013, 41(5):796-802. http://mall.cnki.net/magazine/Article/QXKJ201305002.htm
    [12] Li X, Brauers T, Shao M, et al.MAX-DOAS measurements in southern China retrieval of aerosol extinctions and validation using ground-based in-situ data.Atmospheric Chemistry & Physics, 2010, 10:2079-2089. https://www.researchgate.net/publication/41907905_MAX-DOAS_measurements_in_southern_China_Retrieval_of_aerosol_extinctions_and_validation_using_ground-based_in-situ_data
    [13] Chan K L, Hartl A, Lam Y F, et al.Observations of tropospheric NO2 using ground based MAX-DOAS and OMI measurements during the Shanghai World Expo 2010.Atmos Environ, 2015, 119:45-58. doi:  10.1016/j.atmosenv.2015.08.041
    [14] 王婷, 王普才, 余环, 等.华北地区香河站对流层NO2的MAX-DOAS光谱仪观测及变化特征分析.气候与环境研究, 2014, 19(1):51-60. doi:  10.3878/j.issn.1006-9585.2012.12131
    [15] 程兴宏, 徐祥德, 陈尊裕, 等.北京地区PM10浓度空间分布特征的综合变分分析.应用气象学报, 2007, 18(2):165-172. doi:  10.11898/1001-7313.20070229
    [16] 程兴宏, 徐祥德, 丁国安.CMAQ模式卫星产品源同化模型及其在空气质量预报中的应用研究.中国科学:地球科学, 2010, 4(4):511-522. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JDXK201004013.htm
    [17] Platt U, Stutz J.Differential Absorption Spectroscopy, Principles and Applications.Berlin:Springer, 2008.
    [18] 赵斌, 马建中.天津市大气污染源排放清单的建立.环境科学学报, 2008, 28(2):368-375. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HJXX200802025.htm
    [19] 岳捷, 林云萍, 邓兆泽, 等.利用卫星数据和全球大气化学传输模式研究中国东部大城市对流层NO2季节变化原因.北京大学学报:自然科学版, 2009, 45(3):431-438. http://mall.cnki.net/magazine/Article/BJDZ200903012.htm
    [20] Beirle S, Boersma K F, Platt U, et al.Megacity emissions and lifetimes of nitrogen oxides probed from space.Science, 2011, 333(6050):1737-1739. doi:  10.1126/science.1207824
    [21] 李阳, 徐晓斌, 林伟立, 等.基于观测的污染气体区域排放特征.应用气象学报, 2012, 23(1):10-19. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20120102&flag=1
    [22] Ma J Z, Richter A, Burrows J P, et al.Comparison of model-simulated tropospheric NO2 over China with GOME-satellite data.Atmos Environ, 2006, 40(4):593-604. doi:  10.1016/j.atmosenv.2005.09.029
    [23] Irie H, Takashima H, Kanaya Y, et al.Eight-component retrievals from ground-based MAX-DOAS observations.Atmospheric Measurement Techniques, 2011, 4(6):1027-1044. doi:  10.5194/amt-4-1027-2011
    [24] Lin J T, Martin R V, Boersma K F, et al.Retrieving tropospheric nitrogen dioxide from the ozone monitoring instrument:Effects of aerosols, surface reflectance anisotropy, and vertical profile of nitrogen dioxide.Atmospheric Chemistry & Physics, 2014, 14(3):1441-1461. https://www.researchgate.net/publication/261013559_Retrieving_tropospheric_nitrogen_dioxide_from_the_Ozone_Monitoring_Instrument_Effects_of_aerosols_surface_reflectance_anisotropy_and_vertical_profile_of_nitrogen_dioxide
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-11-24
  • 修回日期:  2016-01-21
  • 刊出日期:  2016-05-31

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