新疆天山北坡城市群大气二氧化氮污染物空间输送机理研究

Atmospheric nitrogen oxide(NOx) affects human health, the role of atmospheric radiation balance and oxidation is also very big, but the distribution of the atmospheric troposphere NOx related research in arid areas is very lack.In order to enhance troposphere atmospheric NOx emission source distribution and strength of understanding in the arid areas, The project selected urban agglomeration as the research area in north slope of tianshan mountain in xinjiang, and divided into urumqi, shihezi, changji, wujiaqu fukang of city circleurumqi, kuytun, WuSu dushanzi, kelamayiof city circle, bole, alashan kou, double riverof three city circles, along the west wind conveying channel, With the car and fixed ground-based multi-axis differential absorption spectroscopy(DOAS) monitoring technique, observe the inter-city mobile concentration and the urban, industrial zone of the atmospheric concentration of nitrogen oxide information in the north slope of the tianshan mountains three different scale city circle, combined with OMI satellite observation data and ground meteorological data, analyzed the atmospheric NOx pollutants transport space process in the north slope of tianshan mountain urban agglomeration, and mastered the atmospheric nitrogen transport diffusion law in the north slope of tianshan mountain urban, so as to provide technology of air pollution for the zone spreading environment management decision-making in north slope of tianshan mountain urban agglomeration.

大气中的氮氧化物（NOx）不仅影响人类健康，在大气中的辐射平衡和氧化作用也很大，但是干旱区大气对流层NOx分布的相关研究还非常缺乏。为了增强对干旱区大气对流层NOx排放源分布及强度的认识和理解，本项目以新疆天山北坡城市群为研究区，划分乌鲁木齐-石河子-昌吉-五家渠-阜康、奎屯-乌苏-独山子-克拉玛依、博乐-阿拉山口-双河市三个城市圈，在沿着西风输送通道上，利用车载和固定地基多轴差分吸收光谱仪（DOAS）监测技术，对天山北坡3个不同规模城市圈进行城际移动浓度和市区、工业区的大气氮氧化物浓度信息观测，结合OMI卫星观测数据和地面气象数据，分析天山北坡城市群大气氮氧化物污染物的空间输送过程，掌握天山北坡城市群大气氮氧化物输送扩散规律,以期为天山北坡城市群联防联控大气污染环境管理决策提供技术。

2018-2021年本研究基于地基多轴差分吸收光谱仪（MAX-DOAS）对天山北坡城市群进行移动监测和固定监测，同时记录实时气象数据，各城市主干道车流量等数据，分析车流量对大气二氧化氮的影响，结合人为和自然因素研究天山北坡城市群大气污染的原因，利用后向轨迹模型模拟天山北坡城市群的污染物气团来源轨迹和传输扩散规律。①天山北坡城市对流层大气二氧化氮浓度均表现为冬季高，夏季低的特点；各城市对流层大气二氧化氮柱浓度均值表现为：乌鲁木齐市＞石河子市＞克拉玛依市＞独山子区＞奎屯市＞昌吉市＞乌苏市＞五家渠市＞博乐市＞阜康市。②天山北坡不同城市圈大气对流层大气二氧化氮的时空变化表现为:乌鲁木齐-昌吉-五家渠城市圈对流层大气二氧化氮呈现下降趋势，对流层大气二氧化氮的季节变化为冬秋季高于春夏季。污染浓度在空间上出现层次结构，具有多个高值区，由市区向外围逐渐降低，并在城市圈下风向出现污染聚集，对流层大气二氧化氮的污染重心一年内各季节都处于乌鲁木齐东南部；奎屯-独山子-乌苏城市圈不同季节高值主要出现在区域内交通交错区(奎屯立交桥、独山子立交桥)和工业集中分布区，最低值均出现在奎屯-独山子-乌苏城市圈区域西南部的乌苏市，且位于主导西风通道的上风向。③天山北坡大中小城市的车流量日均值乌鲁木齐远大于中小城市，中等城市石河子和小城市阜康，各类城市对流层大气二氧化氮整体上差异显著（P＜0.05），其日变化峰值有所差异，表现为乌鲁木齐＞阜康＞石河子，三类城市的车流量和对流层大气二氧化氮的日变化和季节变化趋势一致，都呈现出“早晚高，中午低”、冬春季＞秋夏季的特征 。④利用后向轨迹及轨迹聚类模拟天山北坡城市区域上空对流层大气二氧化氮气团来源及扩散轨迹。研究发现天山北坡城市区域大气中从外地而来的污染物所占比例较少，主要为本地污染源。天山北坡城市气团整体从西部城市向东部城市流动，夏秋季节气流轨迹较长，气团运动活跃，冬季气流轨迹长度多以短轨迹为主，气团移动速度较慢。天山北坡城市处于天山山脉以北，阿尔泰山山脉以东，准葛尔盆地以南，地势整体南高北低，且海拔较低，受山脉和盆地边缘高地的影响，并且常年以西风为主导风向，很不利于城市区域污染物的扩散和运输，造成污染物在大气层底部堆积。