基于卫星和地面观测的中国典型城市群对流层内臭氧时空变化特征

摘要

为了探明近年来中国典型城市群(京津冀城市群、长三角城市群和珠三角城市群)臭氧(O_(3))污染的发生规律,利用2005—2020年OMI-MLS(臭氧监测仪-微波临边探测器)对流层O_(3)柱总量探测数据以及2015—2020年地面O_(3)浓度监测数据分析我国三大城市群O_(3)的时空分布特征及其演变趋势,结果表明:①对流层O_(3)柱总量月峰值和年均值均呈京津冀城市群>长三角城市群>珠三角城市群的特征,京津冀和长三角城市群对流层O_(3)柱总量均在夏季〔分别为50.0和44.4 DU(dobson unit)〕最高,而珠三角城市群在春季(42.2 DU)最高.②三大城市群对流层O_(3)柱总量在空间分布上具有不同的特征,京津冀城市群对流层O_(3)柱总量呈东南高于西北的特征,长三角城市群对流层O_(3)柱总量随纬度升高而增大,珠三角城市群对流层O_(3)柱总量南北局地差异较小;海拔对对流层O_(3)柱总量的空间分布有一定影响,海拔越高,对流层O_(3)柱总量越低.③京津冀、长三角和珠三角城市群对流层O_(3)柱总量均呈逐年显著升高的趋势,年均增长量分别为0.25、0.28和0.27 DU,其中,京津冀城市群在对流层O_(3)柱总量较低的秋冬季年均增长(0.29 DU)最快,而长三角和珠三角城市群分别在对流层O_(3)柱总量最高的夏季和春季增长最快,均为0.39 DU.④卫星探测的对流层O_(3)柱总量与地面监测的O_(3)日最大8 h滑动平均浓度(简称“O_(3)-8 h浓度”)在京津冀和长三角城市群相关性明显,而在珠三角城市群相关性较差.⑤O_(3)-8 h浓度呈京津冀城市群>长三角城市群>珠三角城市群的特征,其中,京津冀城市群O_(3)-8 h浓度在2018年(110.9μg/m^(3))最高,空间上由2016年之前的北高南低转变为南高北低,多数城市O_(3)污染较重且达标率较低;长三角城市群2017年O_(3)-8 h浓度(106.7μg/m^(3))最高,2016年起O_(3)-8 h高浓度中心由东北逐渐向西部内陆迁移,沿海城市达标率增加;珠三角城市群O_(3)污染程度最轻,达标城市较多,但O_(3)-8 h浓度呈逐年上升趋势,并在2019年达最高值(100.4μg/m^(3)),且中心城市上升速率远大于外围城市.研究显示,中国三大城市群对流层O_(3)柱总量和O_(3)-8 h浓度的时空分布特征存在显著差异,造成差异的因素也不同.