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生 态 学 报
(SHENGTAI XUEBAO)
第 31 卷 第 5 期 2011 年 3 月 (半月刊)
目 次
盐胁迫下 3 种滨海盐生植物的根系生长和分布 弋良朋,王祖伟 (1195)…………………………………………
蕙兰病株根部内生细菌种群变化 杨 娜,杨 波 (1203)…………………………………………………………
森林不同土壤层全氮空间变异特征 张振明,余新晓,王友生,等 (1213)…………………………………………
基于生态位模型的秦岭山系林麝生境预测 罗 翀,徐卫华,周志翔,等 (1221)…………………………………
黑河胜山国家自然保护区红松和红皮云杉生长释放判定及解释 王晓春,赵玉芳 (1230)………………………
两种大型真菌菌丝体对重金属的耐受和富集特性 李维焕,于兰兰,程显好,等 (1240)…………………………
2005—2009 年浙江省不同土地类型上空对流层 NO2变化特征 程苗苗,江 洪,陈 健,等 (1249)…………
关帝山天然次生针叶林林隙径高比 符利勇,唐守正,刘应安 (1260)……………………………………………
鄱阳湖湿地水位变化的景观响应 谢冬明,郑 鹏,邓红兵,等 (1269)……………………………………………
模拟氮沉降对华西雨屏区撑绿杂交竹凋落物分解的影响 涂利华,戴洪忠,胡庭兴,等 (1277)…………………
喷施芳香植物源营养液对梨树生长、果实品质及病害的影响 耿 健,崔楠楠,张 杰,等 (1285)……………
不同覆膜方式对旱砂田土壤水热效应及西瓜生长的影响 马忠明,杜少平,薛 亮 (1295)……………………
干旱胁迫对玉米苗期叶片光合作用和保护酶的影响 张仁和,郑友军,马国胜,等 (1303)……………………
不同供水条件下冬小麦叶与非叶绿色器官光合日变化特征 张永平,张英华,王志敏 (1312)…………………
水分亏缺下紫花苜蓿和高粱根系水力学导度与水分利用效率的关系 李文娆 ,李小利,张岁岐,等 (1323)…
美洲森林群落 Beta多样性的纬度梯度性 陈圣宾,欧阳志云,郑 华,等 (1334)………………………………
水体泥沙对菖蒲和石菖蒲生长发育的影响 李 强,朱启红,丁武泉,等 (1341)…………………………………
蚯蚓在植物修复芘污染土壤中的作用 潘声旺,魏世强,袁 馨,等 (1349)………………………………………
石榴园西花蓟马种群动态及其与气象因素的关系 刘 凌,陈 斌,李正跃,等 (1356)…………………………
黄山短尾猴食土行为 尹华宝,韩德民,谢继峰,等 (1364)…………………………………………………………
扎龙湿地昆虫群落结构及动态 马 玲,顾 伟,丁新华,等 (1371)………………………………………………
浙江双栉蝠蛾发生与土壤关系的层次递进判别分析 杜瑞卿,陈顺立,张征田,等 (1378)………………………
低温导致中华蜜蜂后翅翅脉的新变异 周冰峰,朱翔杰,李 月 (1387)…………………………………………
双壳纲贝类 18S rRNA基因序列变异及系统发生 孟学平,申 欣,程汉良,等 (1393)…………………………
基于物理模型实验的光倒刺鲃生态行为学研究 李卫明,陈求稳,黄应平 (1404)………………………………
中国铁路机车牵引能耗的生态足迹变化 何吉成 (1412)…………………………………………………………
城市承载力空间差异分析方法———以常州市为例 王 丹,陈 爽,高 群,等 (1419)…………………………
水资源短缺的社会适应能力理论及实证———以黑河流域为例 程怀文,李玉文,徐中民 (1430)………………
寄主植物叶片物理性状对潜叶昆虫的影响 戴小华,朱朝东,徐家生,等 (1440)…………………………………
专论与综述
C4作物 FACE( free-air CO2 enrichment)研究进展 王云霞,杨连新,Remy Manderscheid,等 (1450)……………
研究简报
石灰石粉施用剂量对重庆酸雨区受害马尾松林细根生长的影响 李志勇,王彦辉,于澎涛,等 (1460)…………
女贞和珊瑚树叶片表面特征的 AFM观察 石 辉,王会霞,李秧秧,刘 肖 (1471)……………………………
期刊基本参数:CN 11-2031 / Q*1981*m*16*284*zh*P* ￥ 70． 00*1510*32*2011-03
生 态 学 报 2011,31(5):1249—1259
Acta Ecologica Sinica
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基金项目:科技部 973 项目(2002CB1l1504,2002CB41081l,2005CB422208); 科技部数据共享平台建设项目(2006DKA32300鄄08); 浙江省社科技
专项(2006C12060)共同资助
收稿日期:2009鄄12鄄30; 摇 摇 修订日期:2011鄄02鄄21
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: hongjiang1. china@ gmail. com
2005—2009 年浙江省不同土地类型上空对
流层 NO2变化特征
程苗苗1,江摇 洪1,2,*,陈摇 健2,郭摇 徵2
(1. 南京大学国际地球系统科学研究所,南京摇 210093;2. 浙江农林大学国际空间生态与生态系统生态研究中心,临安摇 311300)
摘要:利用 OMI(Ozone Monitoring Instrument, OMI)2005 年 1 月 2009 年 12 月对流层 NO2柱浓度月平均值卫星遥感资料以及浙
江省 2005 年 1 月 2008 年 3 月由 NO2污染指数数据计算得出的地面 NO2日均值质量浓度,分析了浙江省对流层 NO2的时空分
布特征和变化趋势;此外,结合由时间序列的 MODIS鄄EVI数据所获取的浙江省土地利用图,分析不同土地利用类型上空对流层
NO2柱浓度的变化差异。 研究发现在 2005 2009 年间,浙江省对流层 NO2柱浓度呈现显著的增长趋势和季节变化特征,其中
NO2柱浓度最高值出现在冬季,最低值出现在夏季。 从区域分布来看,对流层 NO2柱浓度的最高值分布在靠近上海大都市的杭
州鄄嘉兴鄄湖州平原和宁波地区以及人口密集的西部和东部沿海城市区。 此外不同土地利用类型上 NO2柱浓度分布差异显著。
农田、水体和城市地区 NO2柱浓度较高,其中城市用地上空的 NO2柱浓度明显高于其他土地利用类型上空的 NO2柱浓度;森林
上空 NO2柱浓度值最低。 NO2柱浓度逐年增加趋势主要表现为:在农田、水体和城市居民用地类型上空污染严重的 NO2 鄄玉类别
增加显著,而在森林和草地类型上空,则表现为污染较轻的 NO2 鄄芋类别增加显著。
关键词:对流层 NO2;OMI;时空动态;土地利用
Characters of the OMI NO2 column densities over different ecosystems in
Zhejiang Province during 2005—2009
CHENG Miaomiao1, JIANG Hong1, 2,*, CHEN Jian2, GUO Zheng2
1 International Institute for Earth System Science, Nanjing University, Nanjing 210093, China
2 International Research Center of Spatial Ecology and Ecosystem Ecology, Zhejiang A & F University, Lin忆an 311300, China
Abstract: Measurements of the global distribution of tropospheric NO2 column densities have become available with the
Ozone Monitoring Instrument (OMI) which is launched in September 2004 on board the Aura satellite. The spatial and
temporal characters of NO2 over Zhejiang Province is analyzed using monthly averaged tropospheric NO2 column densities
from OMI measurement from January 2005 to December 2009. In addition, with the NO2(2005 2009) column densities
data and the land鄄use map of Zhejiang province, the characters of NO2 concentration over different ecosystem have been
analyzed in Zhejiang Province. The results indicated that the tropospheric NO2 column densities in Zhejiang increased
distinctly from 2005 to 2009, and it showed distinct regional and seasonal variation characteristics. It has the highest
concentration in winter while lowest in summer. It also presents zonal distribution and decreasing from northern to southern.
Under the influence of the urbanization process, the highest NO2 column densities appeared at cities and metropolis which
are located in the Hangzhou鄄Jiaxing鄄Huzhou plain, northern area of Ningbo as well as the west and east of Zhejiang.
Moreover the lowest column densities appeared at the forest areas which are in the south and west of Zhejiang. The
Tropospheric NO2 column densities have been significantly distinction over different ecosystems. In addition, it has the
higher NO2 column density over urban, cropland and water while lower values over forest. There are different performance
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characteristics in five land use types along with the NO2 column densities increasing year by year. The serious pollution of
NO2 鄄玉type increased significantly over the troposphere of cropland, water bodies and urban land, while the performance of
less contaminated NO2 鄄芋 type increased significantly over the troposphere of forest and grass land.
Key Words: tropospheric NO2 column densities; temporal and spatial dynamics; land use; regional characters
大气中的氮氧化物在对流层化学结构当中扮演着重要角色[1],它是生成对流层臭氧及其他光化学二次
污染物(如 PAN、二次气溶胶等) 最重要的前体物之一,是形成硝酸性酸雨、酸雾以及光化学烟雾的主要污染
物[1鄄2]。 二氧化氮(NO2)是大气中能以比较稳定的状态存在的氮氧化物之一,其来源可分为自然源和人为源
两部分,其中自然源包括:闪电过程、平流层光化学过程、土壤和海洋释放以及自然燃烧释放等[3];人为源指
由人为使用化石燃料和生物质的燃烧以及人类工农业活动释放等[1,3鄄4]。 随着人类社会的发展,人类活动产
生的 NO2成为对流层 NO2的主要来源[2]。
近地面不同区域人为活动强度以及土地利用类型对对流层 NO2浓度影响具有显著差异。 因此考虑到
NO2来源分布以及其在大气中化学寿命较短的因素,对流层 NO2柱浓度在一定程度上反映了其下垫面所释放
的 NO2总量[5]。 不同的土地利用类型对对流层 NO2柱浓度的贡献不尽相同。 城市作为人类活动最为强烈的
地区之一,对其上空对流层 NO2贡献包括许多方面,如:汽车尾气排放、工业释放、火电厂排放等,其中汽车尾
气排放对大气污染的影响日趋显著[2]。 而在人类干扰较小的地区,如森林、草地等,其对流层 NO2的主要来源
为污染地区的大气传输和自然排放源[1]。 此外农业用地中大量含 N肥料的使用也极大促进了农田对含 N气
体的排放[6],同时,这些地区的生物质燃烧也是其对流层 NO2主要来源之一。
人为活动产生的 NO2进入大气层后通过干沉降和湿沉降的方式又回到陆地和海洋生态系统。 大气氮沉
降作为营养源和酸源,其数量的急剧变化对陆地及海洋生态系统的生产力和稳定性产生重要影响[7]。 在缺
氮的生态系统中,通过大气沉降输入到该生态系统的氮可以增加系统的初级生产力以及生物量和土壤有机物
质的积累;而在氮饱和的生态系统中,沉降的氮非但不会起到营养作用,反而会加速陆地生态系统氮的流失和
水体富营养化[8]。 综上所述,针对不同土地利用类型来研究其对流层 NO2柱浓度的变化趋势具有重要意义。
自 1995 年起,卫星遥感可以长时间在全球范围内直接测量氮氧化物的浓度分布[9],这些遥感数据为研究
对流层 NO2分布及化学变化提供了可能。 通过星上搭载的多种高光谱分辨率大气成分探测仪的观测,欧美科
学家已经获得了全球长时间序列的 NO2时空分布情况[9鄄14]。 而臭氧层观测仪 OMI卫星资料于 2004 年 9 月底
才发射上空,利用 OMI卫星数据分析对流层 NO2柱浓度变化的研究才刚刚起步。 K. Pickering 等利用模型和
观测数据评价了 OMI大气产品的可靠性[15]。 K. F. Boersma 等利用 OMI 卫星资料获取对流层 NO2柱浓度的
算法[16]。 S. A. Carn等利用 OMI 卫星资料分析了由于火山喷发而引起的平流层 NO2浓度变化[17]。 K. F.
Boersma等利用 OMI卫星资料和 GEOS鄄Chem模型估算了美国南部和墨西哥地区对流层 NO2的排放[9]。 张彦
君等利用 OMI卫星数据分析中国城市对流层 NO2的变化趋势[18]。
近 20a来,浙江省作为中国经济发展最快的区域之一,人为排放的污染物,如工矿企业排放的烟气,城居
民燃煤的煤烟和机动车排放的废气,对农林业生产以及区域气候的影响引起广泛关注[19]。 由于大气污染物
在不同地理条件和地表植被分布具有很大差异[20],因此本文针对浙江省不同的地理区域与生态系统,选择
2005—2009 年 OMI卫星数据 OMNO2,分析了该地区不同土地利用类型中大气对流层 NO2柱浓度时空变化,
为浙江省生态环境、大气环境研究和空气质量控制提供一定的科学依据。
1摇 材料和方法
1. 1摇 数据来源
本文所涉及的 NO2卫星数据来源于美国国家航空航天局(NASA)提供的对流层垂直柱密度 OMI L3 NO2
全球产品。 该产品是由搭载在 Aura卫星上的臭氧层观测仪(Ozone Monitoring Instrument, OMI)所提供。 其波
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段范围为 270—500 nm,光谱分辨率约为 0. 5 nm,空间分辨率为 24km伊13km,视场大小为 114毅,相应的地面扫
描幅宽为 2 600 km。 关于 OMNO2垂直柱密度的算法和反演技术以及误差分析已有报道[16鄄17]。
近地面观测数据来源于浙江省环保局公布空气污染指数(API)计算得出,根据表 1 中 NO2污染指数对应
的浓度限值和污染指数的计算方法,推导下列分段函数, 通过 NO2污染指数计算地面 NO2日均质量浓度值
(滋g / m3),如表 1。 各城市 API的计算方法为:
表 1摇 API向质量浓度转换公式
Table 1摇 The conversion formula of API to mass concentration
分段公式
Subsection formulas
阈值范围
Threshold range
C=1. 6I 0
度值;
2)然后再求该污染物在全市的日均值;
3)分别将各种污染物代入 API 计算式可得到每
项污染物的 API值;
4)选取 API值最大的污染物作为该市的空气污
染指数。
这种计算方法使得发布的 API 指数是一个面上
的量,适合与卫星观测数据进行比较验证[4]。 浙江省
各城市除了给出城市空气污染指数外,还给出了各污
染物的 API分指数,可以直接从中获得 NO2的空气污染指数,通过公式转化为日均浓度值,并计算其月平
均值。
土地利用数据为 NASA鄄EOS数据中心提供的 2005—2009 年的 MODIS 地表反射率 8d 合成数据 MOD09。
由于 EVI对植被类型季节性变化较 NDVI更为敏感,而且克服了一些 NDVI 的不足[21],因此本文采用多时相
EVI植被指数作为波谱物候特征。 考虑到本区各类别在地形上的差异,地形特征选用了中国 1km 格网的
DEM(地面数字高程模型)影像:
EVI=G
籽NIR-籽Red
籽NIR+C1籽Red-C2籽Blue+L
(1)
式中,籽NIR、籽Red、籽Blue分别为经过大气校正的近红外波段、红光波段和蓝光波段反射值;L=1,为土壤调节参
数;C1 =6,为大气修正红光校正参数;C2 =7. 5,为大气修正蓝光校正参数;G=2. 5,为增益系数。
1. 2摇 数据处理
本文利用 Matlab R2007a软件,从 OMNO2原始数据中提取出 NO2柱浓度,然后输出为带有地理坐标 Shape
格式数据。 为了便于分析,利用 ArcGIS 9. 2 Desktop软件中的反距离权重(Inverse Distance Weighted,IDW)插
值法将其插值成等长宽、空间分辨率为 0. 83 度的 tiff格式文件。
MODIS鄄EVI影像首先进行地理几何校正与重采样,采样方法为邻近法,投影体系为双标准纬线等积圆锥
投影(ALBERS),椭球为 Krosovsky体系,分辨率统一到 250m,最终影像大小为 4725 列伊5543 行。 利用 ENVI
软件构建专家分类系统,对处理后影像进行分类[22],得到 2005—2009 年土地利用类型图,数据格式为 tiff 格
式。 土地利用类型分类按照国家土地资源分类系统大类分为耕地、林地、草地、水域和城市居民用地(图 1)。
1. 3摇 研究区概况
浙江位于我国东部沿海(图 2),属典型的亚热带季风气候区。 浙江大陆总面积 10. 18 万 km2,境内地形
起伏较大,浙江西南、西北部地区群山峻岭,中部、东南地区以丘陵和盆地为主,东北地区地势较低,以平原为
主。 浙江省大气环境质量总体较好, 但受到上海和江苏南部大都市圈的影响,再加上浙江省经济发展水平提
高,其部分城市和地区的大气污染有日益严重的趋势。 大气中主要污染物为烟尘和 NO2,而近几年氮氧化物
则呈上升趋势。 在这些酸性物质的影响下,酸雨污染较为严重,酸雨发生频率有所升高,对大气环境、生态环
境和人体健康都有严重危害。
1521摇 5 期 摇 摇 摇 程苗苗摇 等:2005—2009 年浙江省不同土地类型上空对流层 NO2变化特征 摇
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图 1摇 浙江省土地利用类型图
Fig. 1摇 Types of land use in Zhejiang province 图 2摇 研究区示意图
Fig 2摇 Study area and the main cities in Zhejiang province
2摇 结果与分析
2. 1摇 地面观测数据对 OMI卫星数据的验证
利用长期的浙江省地面观测 NO2质量浓度数据和 NASA发布的 OMI 传感器监测的大气对流层 NO2柱浓
度月均值进行验证分析。 选取浙江省湖州、嘉兴、杭州、宁波、丽水、台州、温州、金华等 8 个城市地区的空气污
染指数计算得出该地区地面 NO2日均值质量浓度,其时间尺度为 2005 年 1 月—2008 年 3 月。 值得注意的是
地面观测数据为多时多点的平均值,而卫星观测数据则是某一时刻的观测范围内对流层垂直总量信息。 虽然
二者在观测尺度和时间上有一定差异,但对流层 NO2来源主要是近地面的源排放,因此,二者具有一定的可
比性[4]。
本文首先根据浙江环境监测网站所公布 API数据中,挑选出首要污染物为 NO2的城市和日期,然后提取
相应城市和时间的对流层 NO2柱浓度,二者进行比较验证,以检验卫星产品的准确性。 结果如图 3 所示。 大
气中的 NO2主要存在于排放源的附近以及低层对流层中,其日均质量浓度反映了局地地面大气 NO2污染程
度,NO2柱浓度值则反映了局地低层大气 NO2污染程度。 由图可见,2005 年 1 月至 2008 年 3 月的卫星观测与
地面观测在趋势上有较好的一致性。
图 3摇 对流层 NO2柱浓度与地面观测数据的比较
Fig. 3摇 The comparison between the column densities of tropospheric NO2and the concentration of near surface NO2
2521 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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图 4摇 对流层 NO2柱浓度与地面观测数据的相关性分析
摇 Fig. 4摇 The analysis of relationship between the column densities
of tropospheric NO2and the concentration of near surface NO2
摇 摇 图 4 为 2005 年 1 月—2008 年 3 月浙江省城市地区
NO2柱浓度日均值与地面 NO2质量浓度日均值的相关
性分析图。 从图中可以看出,两者呈现较好的正相关关
系,相关系数 R2 达 0. 85。 因此可以利用该卫星遥感资
料来分析浙江省大气对流层 NO2时空分布特征。
2. 2摇 浙江省对流层 NO2柱浓度时空分布特征
图 5 是利用 OMI卫星数据给出的 2005—2009 年浙
江省上空对流层 NO2柱浓度平均值分布。 由图可以看
出,浙江省 NO2污染最严重的高值区出现在浙江省北部
的杭州鄄嘉兴鄄湖州平原地区和宁波地区。 其北部地区
(30毅—31毅N,119. 5毅—122毅E)和南部地区(27毅—28毅N,
119. 5毅—122毅E)形成明显反差,北部地区近 4a 的 NO2
柱浓度平均值为 2. 5 伊1016mol / cm2,是南部地区 2. 6 伊
1015mol / cm2近 10 倍。 此外在西部的金衢盆地和东部沿海的台州和温州地区也形成一个 NO2浓度的高值区。
这些地区人口密集,城市分布集中,汽车使用量高,人类活动频繁,尤其是浙江省北部地区靠近上海大都
市,其汽车尾气排放、工业排放、飞机和轮船排放以及农业烧荒都增加对流层 NO2的含量[9]。
为了定量地描述 NO2柱浓度的月均值变化特征,采用正弦曲线模型[23]:
Yt =A+BX t+Csin 2
仔
D X t+
æ
è
ç
ö
ø
÷E (2)
式中,A+BX t 描述 2005 年 1 月至 2009 年 12 月对流层 NO2柱浓度的线性变化趋势,Csin 2
仔
D X t+
æ
è
ç
ö
ø
÷E 描述其
季节性循环规律;X t 代表月份,Yt 代表 X t 月对流层 NO2柱浓度。 A、B、C、D、E为模型参数,B 代表月平均变化
趋势,C代表季节性变化的振幅,D代表变化的周期。 利用公式 2 对 2005 年 1 月—2009 年 12 月浙江省对流
层 NO2柱浓度的月均值进行拟合,拟合结果如图 6。
从图 6 中的趋势线可以看出在本文研究时间尺度内(2005—2009 年)浙江省上空对流层 NO2柱浓度月均
值总体呈现增加趋势。 从正弦模型拟合结果来看,浙江省对流层 NO2柱浓度也呈现一定的季节循环特征,但
模型拟合精度较低(R2 =0. 505)。 有研究表明,在人类活动较小的地区,对流层 NO2的来源主要以自然源为
主,其季节变化规律较为显著,模型拟合效果较好[24];而在人类活动干扰强烈的地区,如本文的研究区域浙江
省地区,对流层 NO2的来源主要以人为源为主,受人类活动影响其季节变化规律不明显,模型拟合效果较
差[24]。 在本研究区其对流层 NO2来源受人为因素干扰强烈,模型模拟精度较低。
由于受季节气象特征影响,NO2呈现明显的季节变化规律[9]。 图 7 给出不同季节(春季 3—5 月; 夏季
6—8 月; 秋季 9—11 月;冬季 12—2 月)NO2柱浓度的变化趋势。 从年际变化来看,2007 年 NO2污染最严重,
春、秋和冬季 NO2浓度大幅增加,夏季增加趋势较小。 与之相比,2008 年秋、冬季节 NO2柱浓度下降趋势明显。
2009 年浙江省 NO2 柱浓度总体大于 2008 年,其季节变化趋势为夏季具有最低值,冬季具有最高值。 大气中
NO2浓度受局部地区源排放、大气扩散和太阳辐射影响[1]。 在本研究期间浙江省年际大气条件和太阳辐射基
本一致,但 NO2源排放量却有很大差别。 统计资料显示[25],在本研究期间浙江省机动车保有量持续上升,机
动车污染成为城市的主要污染源之一。 2005—2008 年浙江省机动车保有量分别是 728. 2、798. 6、873. 1、
929郾 6 万辆[25],其中 2007 年增长幅度较大。 此外在燃料燃烧废气排放方面,2005—2009 年的排放量分别为
8148、9216、11542、10824 万 t[25],其中 2007 年浙江省的排放量远大于其他年份。 这些都使得 NO2的排放量大
大增加,因此同时期比较 2007 年浙江省 NO2污染较严重。 因缺少 2009 年统计数据,在此 2009 年未作分析。
研究发现中国的人口分布与 NO2的浓度分布密切相关,人口多、人为活动频繁的地区都是 NO2的高值
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图 5摇 浙江省对流层 2005—2009 年 NO2柱浓度年平均值分布图
Fig. 5摇 Distribution of the tropospheric NO2 column average densities from 2005 to 2009 in Zhejiang Province (伊1015mol / cm2)
区[2]。 浙江省地处长三角经济发达地区,毗邻上海、江苏南部城市群,其人口密度大,人为活动剧烈,NO2人为
源排放量较大,再加上冬季太阳辐射较弱,其气象因子不利于大气扩散,污染物可以长时间留存在对流层
中[1],因此冬季对流层 NO2柱浓度值较高,一般最高值出现在冬季;而浙江省地区春、夏季节太阳辐射较强,光
化学反应较强,对流层中的 NO2很快被氧化,并以干湿沉降的方式回到地面[26],因此春、夏两季的 NO2柱浓度
值较低,一般最低值出现在夏季。
2. 3摇 不同土地利用类型上空对流层 NO2柱浓度分布特征
由于不同的区域环境特征和污染排放来源, 对流层 NO2浓度具有显著不同特征[9]。 本文根据 MODIS 植
被增强型指数得到 2005—2009 年土地利用类型数据,并分析其上空对流层 NO2柱浓度分布特征。
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摇 图 6摇 2005—2009 年浙江省对流层 NO2柱浓度正弦模型拟合结果
Fig. 6 摇 Fitted results using sine model in tropospheric column
densities of NO2 in Zhejiang during 2005—2009
摇 图 7摇 2005—2009 年浙江省对流层 NO2柱浓度季节变化
Fig. 7摇 The seasonal change of tropospheric NO2 column densities
in Zhejiang
2. 3. 1摇 不同类型土地上空对流层 NO2柱浓度的月变化分析
由图 8 可见各土地利用类型上空的 NO2柱浓度变化趋势与浙江省总的 NO2柱浓度变化趋势一致,随着时
间的增加呈现上升趋势和明显的季节变化特征。 其中城市用地上空 NO2柱浓度上升趋势明显,而森林上空
NO2柱浓度则无明显上升趋势。 二者均呈现明显的季节变化特征。 对比不同土地利用类型上空 NO2柱浓度
月均值可以看到,城市用地上空具有 NO2柱浓度的最高值,森林上空则出现最低值。 在不同土地利用类型中
NO2柱浓度呈现城市用地>水体和农田>草地>森林的规律,其中水体和农田上空 NO2柱浓度值较接近。 人类
活动已经成为增加对流层 NO2浓度的主要来源之一[4],其中城市地区废气排放尤其是汽车尾气排放影响最为
严重,因此城市用地上空 NO2柱浓度具有最高值。 农田和水体中的微生物过程以及农业烧荒等产生的 NO2也
是对流层 NO2的主要来源[27],农田和水体上空 NO2柱浓度也较高,仅次于城市用地,此外由于大气条件的影
响,城市地区排放的 NO2有可能输送到农田和水体地区,对农田和水体地区上空 NO2的柱浓度产生一定影响。
图 8摇 不同土地类型上空对流层 NO2柱浓度的月均值变化
Fig. 8摇 Trends of monthly column densities of tropospheric NO2 in five land use types during 2005—2009a
2. 3. 2摇 不同土地利用类型上空对流层 NO2柱浓度的季节变化分析
不同土地利用类型上空对流层 NO2柱浓度均有一致的季节变化(图 9)。 各土地利用类型对流层 NO2柱
浓度均有增加现象,且冬春季节增加显著。 值得注意的是秋季 NO2柱浓度都呈现先增加后减少趋势,2007 年
具有最大值;而其他 3 个季节 NO2柱浓度均呈线性增加。 2005 年和 2006 年各土地利用类型上空对流层 NO2
柱浓度增加趋势不明显,且基本表现为冬季>秋季>春季>夏季。 2007 年 NO2柱浓度显著上升,各土地利用类
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型上空均表现为秋季>冬季>春季>夏季。 与 2007 年相比,2008 年 NO2柱浓度增加趋势不明显,且各土地利用
类型上空均表现为冬季>春季>秋季>夏季。 2009 年其各土地利用类型上空 NO2 柱浓度变化趋势与 2008 年
一致。
图 9摇 不同土地利用类型上空对流层 NO2柱浓度季节变化特征
Fig. 9摇 Character of seasonal column densities of tropospheric NO2 in five land use types
2. 3. 3摇 不同土地利用类型与其 NO2柱浓度之间的动态变化
为了分析不同土地利用类型上空 NO2柱浓度的分布结构,本研究将 NO2柱浓度分为 5 个等级(表 2)。 由
于对 NO2柱浓度的等级划分没有先例可循,本文在划分等级时主要是通过统计软件对 NO2柱浓度值范围进行
5 等级划分,然后取整数而得出的结果。 其中 NO2 鄄玉为 NO2柱浓度最高、污染最严重等级,NO2 鄄吁为 NO2柱浓
度最低、污染最轻等级。 2005—2009 年间,不同土地利用类型上 NO2柱浓度等级发生了显著的变化(图 10)。
表 2摇 NO2柱浓度等级划分
Table 2摇 scale of column densities of NO2 in five grades
等级 Grades
NO2 柱浓度
NO2 column densities / (伊1015mol / cm2)
NO2 鄄吁 <4. 5
NO2 鄄郁 4. 5—5. 5
NO2 鄄芋 5. 5—7. 5
NO2 鄄域 7. 5—9. 4
NO2 鄄玉 >9. 4
对比不同土地利用类型可见,NO2在其面积上的等级
分布特征主要分成两类:一类表现为污染较重的
NO2 鄄玉、NO2 鄄域和 NO2 鄄芋为主体,包括农田、水体和
城市居民用地;另一类表现为 NO2 鄄郁和 NO2 鄄吁等级
为主体,包括森林和草地。 2005—2009 年间,分布在
污染最严重 NO2 鄄玉上的面积在农田、水体和城市用
地上的比例不断升高。 其中城市用地表现最为显著,
由 36%上升到 60% (图 10)。 随着 NO2柱浓度的增
加,它们具有共同的变化特征:分布在 NO2 鄄玉上的面
积显著增加,NO2 鄄芋上面积基本不变,分布在其他等
级的面积则不同程度减少(水体在 NO2 鄄芋上面积呈现增加现象),在 NO2污染最严重时期(2007 年)NO2 鄄吁缺
失。 分布在森林和草地的 NO2等级主要为 NO2 鄄郁和 NO2 鄄吁,在污染较轻的时期(2005—2006 年)NO2 鄄玉缺
失。 随着 NO2柱浓度的增加,NO2 鄄玉、NO2 鄄域和 NO2 鄄芋面积逐渐增加,其中 NO2 鄄芋的面积增加最为显著,而
NO2 鄄郁和 NO2 鄄吁面积则逐渐减少。
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图 10摇 不同土地利用类型上 NO2柱浓度等级分布结构
Fig. 10摇 NO2 grade Structure of five land use types
由此可见,随着 NO2柱浓度的增加,在农田、水体和城市居民用地类型上空 NO2 鄄玉所占的面积增加最为
显著;而在森林和草地类型上空则表现为 NO2 鄄芋所占面积增加最为显著。
3摇 结论与讨论
本文利用 OMI卫星所提供的对流层 NO2柱浓度数据和 MODIS鄄EVI 数据所获得的土地利用类型,研究了
浙江省对流层 NO2柱浓度的时空分布特征以及在不同土地利用类型上的变化趋势,得出以下结论:
(1)在 2005—2009 年间,浙江省对流层 NO2柱浓度呈现显著的增长趋势,同时也呈现明显的季节变化特
征,其中 NO2柱浓度最高值出现在冬季,而最低值则出现在夏季。 在区域上对流层 NO2柱浓度的最高值分布
在靠近上海大都市的杭州鄄嘉兴鄄湖州平原和宁波地区以及人口密集的西部和沿海城市区。
(2)研究发现不同土地利用类型上 NO2柱浓度分布差异显著。 农田、水体和城市地区 NO2柱浓度较高,其
中城市用地明显高于其他土地利用类型;森林上空 NO2柱浓度值最低。 对流层 NO2柱浓度逐年增加的主要表
现趋势为,在农田、水体和城市居民用地类型上主要表现为污染严重 NO2 鄄玉类别增加显著;而在森林和草地
类型上,则表现为污染程度较轻的 NO2 鄄芋增加显著。
文本仅对不同土地利用上空对流层 NO2柱浓度时空分布特征进行分析,得出以上结论。 进一步的工作将
围绕不同土地利用类型上空对流层 NO2柱浓度的变化原因,以及土地利用类型对对流层 NO2柱浓度的影响进
行研究,此外,对流层 NO2柱浓度的变化对不同的地表生态系统的影响也是下一步研究内容。
致谢:感谢 NASA / OMI研究人员提供的对流层 NO2卫星资料。
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ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 5 March,2011(Semimonthly)
CONTENTS
Root system characters in growth and distribution among three littoral halophytes YI Liangpeng, WANG Zuwei (1195)………………
Population dynamics of endophytic bacteria isolated from the roots of infected Cymbidium faberi YANG Na, YANG Bo (1203)………
Spatial variability of forest soil total nitrogen of different soil layers
ZHANG Zhenming, YU Xinxiao, WANG Yousheng, et al (1213)
……………………………………………………………………
…………………………………………………………………
Habitat prediction for forest musk deer (Moschus berezovskii) in Qinling mountain range based on niche model
LUO Chong,XU Weihua, ZHOU Zhixiang, et al (1221)
………………………
……………………………………………………………………………
Growth release determination and interpretation of Korean pine and Koyama spruce in Shengshan National Nature Reserve, Hei-
longjiang Province, China WANG Xiaochun, ZHAO Yufang (1230)………………………………………………………………
Growth tolerance and accumulation characteristics of the mycelia of two macrofungi species to heavy metals
LI Weihuan, YU Lanlan, CHENG Xianhao, et al (1240)
…………………………
…………………………………………………………………………
Characters of the OMI NO2 column densities over different ecosystems in Zhejiang Province during 2005—2009
CHENG Miaomiao, JIANG Hong, CHEN Jian, et al (1249)
……………………
………………………………………………………………………
The forest gap diameter height ratio in a secondary coniferous forest of Guan Di Mountain
FU Liyong,TANG Shouzheng, LIU Yingan (1260)
……………………………………………
…………………………………………………………………………………
Landscape responses to changes in water levels at Poyang Lake wetlands
XIE Dongming, ZHENG Peng, DENG Hongbing, et al (1269)
………………………………………………………………
……………………………………………………………………
Effect of simulated nitrogen deposition on litter decomposition in a Bambusa pervariabilis × Dendrocala mopsi plantation, Rainy
Area of West China TU Lihua, DAI Hongzhong, HU Tingxing, et al (1277)……………………………………………………
Effect of aromatic plant-derived nutrient solution on the growth, fruit quality and disease prevention of pear trees
GENG Jian, CUI Nannan, ZHANG Jie, et al (1285)
……………………
………………………………………………………………………………
Influences of different plastic film mulches on temperature and moisture of soil and growth of watermelon in gravel-mulched land
MA Zhongming, DU Shaoping, XUE Liang (1295)
……
…………………………………………………………………………………
Effects of drought stress on photosynthetic traits and protective enzyme activity in maize seeding
ZHANG Renhe, ZHENG Youjun, MA Guosheng, et al (1303)
………………………………………
……………………………………………………………………
Photosynthetic diurnal variation characteristics of leaf and non-leaf organs in winter wheat under different irrigation regimes
ZHANG Yongping, ZHANG Yinghua, WANG Zhimin (1312)
…………
………………………………………………………………………
The root system hydraulic conductivity and water use efficiency of alfalfa and sorghum under water deficit
LI Wenrao,LI Xiaoli,ZHANG Suiqi,et al (1323)
……………………………
……………………………………………………………………………………
Latitudinal gradient in beta diversity of forest communities in America
CHEN Shengbin, OUYANG Zhiyun,ZHENG Hua, et al (1334)
…………………………………………………………………
……………………………………………………………………
Influence of silts on growth and development of Acorus calamus and Acorus tatarinowii in turbid water
LI Qiang, ZHU Qihong, DING Wuquan, et al (1341)
………………………………
……………………………………………………………………………
Roles of earthworm in phytoremediation of pyrene contaminated soil PAN Shengwang, WEI Shiqiang,YUAN Xin,et al (1349)………
Population dynamics of Frankliniella occidentalis (Thysanoptera:Thripidae) along with analysis on the meteorological factors
influencing the population in pomegranate orchards LIU Ling, CHEN Bin, LI Zhengyue, et al (1356)…………………………
Geophagy of Macaca Thibetana at Mt. Huangshan, China YIN Huabao,HAN Demin,XIE Jifeng,et al (1364)………………………
The structure and dynamic of insect community in Zhalong Wetland MA Ling, GU Wei, DING Xinhua,et al (1371)………………
Analysis of layer progressive discriminant relationsbetween the occurrence of Bipectilus zhejiangensis and soil
DU Ruiqing,CHEN Shunli, ZHANG Zhengtian,et al (1378)
…………………………
………………………………………………………………………
New mutations in hind wing vein of Apis cerana cerana (Hymenoptera: Apidae) induced by lower developmental temperature
ZHOU Bingfeng, ZHU Xiangjie, LI Yue (1387)
………
……………………………………………………………………………………
18S rRNA gene variation and phylogenetic analysis among 6 orders of Bivalvia class
MENG Xueping, SHEN Xin, CHENG Hanliang,et al (1393)
…………………………………………………
………………………………………………………………………
Laboratory study on ethology of Spinibarbus hollandi LI Weiming, CHEN Qiuwen,HUANG Yingping (1404)…………………………
Dynamic change in ecological footprint of energy consumption for traction of locomotives in China HE Jicheng (1412)………………
Approach to spatial differences analysis of urban carrying capacity:a case study of Changzhou City
WANG Dan, CHEN Shuang, GAO Qun, et al (1419)
……………………………………
……………………………………………………………………………
Social adaptive capacity for water resource scarcity in human systems and case study on its measuring
CHENG Huaiwen, LI Yuwen, XU Zhongmin (1430)
………………………………
………………………………………………………………………………
Effects of physical leaf features of host plants on leaf-mining insects DAI Xiaohua,ZHU Chaodong, XU Jiasheng, et al (1440)……
Review and Monograph
Progresses of free-air CO2 enrichment (FACE) researches on C4 crops: a review
WANG Yunxia, YANG Lianxin, Remy Manderscheid,et al (1450)
………………………………………………………
………………………………………………………………
Scientific Note
Influence of limestone powder doses on fine root growth of seriously damaged forests of Pinus massoniana in the acid rain
region of Chongqing, China LI Zhiyong, WANG Yanhui, YU Pengtao, et al (1460)……………………………………………
Leaf surface microstructure of Ligustrum lucidum and Viburnum odoratissimum observed by Atomic force microscopy (AFM)
SHI Hui, WANG Huixia, LI Yangyang, LIU Xiao (1471)
…………
…………………………………………………………………………
2009 年度生物学科总被引频次和影响因子前 10 名期刊★
(源于 2010 年版 CSTPCD数据库)
排序
Order
期刊 Journal
总被引频次
Total citation
排序
Order
期刊 Journal
影响因子
Impact factor
1 生态学报 11764
2 应用生态学报 9430
3 植物生态学报 4384
4 西北植物学报 4177
5 生态学杂志 4048
6 植物生理学通讯 3362
7
JOURNAL OF INTEGRATIVE
PLANT BIOLOGY
3327
8 MOLECULAR PLANT 1788
9 水生生物学报 1773
10 遗传学报 1667
1 生态学报 1. 812
2 植物生态学报 1. 771
3 应用生态学报 1. 733
4 生物多样性 1. 553
5 生态学杂志 1. 396
6 西北植物学报 0. 986
7 兽类学报 0. 894
8 CELL RESEARCH 0. 873
9 植物学报 0. 841
10 植物研究 0. 809
★《生态学报》 2009 年在核心版的 1964 种科技期刊排序中总被引频次 11764 次,全国排名第 1; 影响因
子 1． 812,全国排名第 14;第 1—9 届连续 9 年入围中国百种杰出学术期刊; 中国精品科技期刊
编辑部主任: 孔红梅 执行编辑: 刘天星 段 靖
生 态 学 报
(SHENGTAI XUEBAO)
(半月刊 1981 年 3 月创刊)
第 31 卷 第 5 期 (2011 年 3 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
(Semimonthly,Started in 1981)
Vol． 31 No． 5 2011
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