在國家自然科學(xué)基金項目（批準號：41722501, 91544212, 51778596）等資助下，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)劉誠教授及其合作者基于自主開發(fā)的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品，在我國大氣污染的長期變化趨勢及其驅(qū)動因素研究方面取得最新進展。研究成果以“Satellite UV-Vis Spectroscopy: Implications for Air Quality Trends and Their Driving Forces in China during 2005–2017”（衛(wèi)星紫外-可見光譜：指示2005-2017年中國空氣質(zhì)量變化趨勢及其驅(qū)動因素）為題，于2019年11月13日在 Light: Science & Applications （《光:科學(xué)與應(yīng)用》）上在線發(fā)表。論文鏈接： https://www.nature.com/articles/s41377-019-0210-6 。

  污染物在大氣中的濃度受到污染源排放和氣象因素的共同影響，準確評估二者的相對貢獻對于大氣污染防治工作具有重要的指導(dǎo)意義，而長期的連續(xù)觀測數(shù)據(jù)是該項研究的有效支撐。衛(wèi)星遙感在大氣污染物的長期變化趨勢和大范圍空間分布觀測以及數(shù)據(jù)質(zhì)量的一致性方面具有獨特的優(yōu)勢，然而國外官方衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品都是基于低氣溶膠濃度的大氣環(huán)境背景開發(fā)，對我國重污染天氣的觀測能力嚴重不足。基于OMI衛(wèi)星載荷光譜信號，中國學(xué)科技術(shù)大學(xué)劉誠教授課題組開發(fā)了適合我國大氣環(huán)境的衛(wèi)星遙感反演算法，獲取了2005-2017年我國中東部地區(qū)二氧化氮（NO₂）、二氧化硫（SO₂）和甲醛（HCHO）等污染氣體對流層垂直柱濃度的時空分布數(shù)據(jù)（圖1），發(fā)現(xiàn)NO₂和SO₂在近年已呈現(xiàn)下降趨勢，但是HCOH濃度仍持續(xù)上升。

  研究團隊進一步結(jié)合氣象參數(shù)構(gòu)建廣義相加模型（GAM），模擬污染物變化趨勢，解析了氣象因素和非氣象因素的各自貢獻（圖2，以NO₂為例）。非氣象因素引起的NO₂和SO₂濃度年際變化與清華大學(xué)MEIC排放清單的年變化趨勢高度一致性，表明非氣象因素指示污染源排放。而HCHO主要由揮發(fā)性有機物（VOC）二次生成，與VOC排放的關(guān)系不顯著。衛(wèi)星遙感觀測的污染物逐日變化和季節(jié)變化與氣象因素引起的變化趨勢較為一致，表明短期變化主要受氣象條件的影響；而年際變化與非氣象因素引起的變化較為一致，并且非氣象因素引起的年際濃度變化幅度遠大于氣象因素，表明年際變化主要受排放的影響。該項研究表明，排放是影響空氣質(zhì)量長期變化的決定性因素，在排放因素的年際變化幅度還遠大于氣象因素時，減排能夠顯著改善空氣質(zhì)量，雖然短期的減排效果可能被氣象條件的變化屏蔽。相關(guān)研究成果為減排措施在空氣質(zhì)量改善過程中所起的決定性作用提供了關(guān)鍵的科學(xué)證據(jù)。

圖1 二氧化氮（NO₂）、二氧化硫（SO₂）和甲醛（HCHO）時空分布。

a-c）我國中東部地區(qū)2005-2017年NO₂、SO₂和HCHO平均空間分布；

d-f）全國（CHN）及京津冀（BTH）、長三角（YRD）、珠三角（PRD）和四川盆地（SCB）4個重點區(qū)域NO₂、SO₂和HCHO的年均濃度變化

圖2 a）衛(wèi)星遙感觀測NO2和GAM模型模擬對比；

b）氣象因素引起的污染物濃度逐日變化；

c）排放引起的污染物濃度逐日變化；  

d）氣象（紅線）、排放（綠線）引起的污染物濃度年際變化，

衛(wèi)星遙感觀測的污染物濃度年際變化（藍線）及MEIC排放清單的年際變化（三角形）。

縱坐標零點為2005-2017年觀測濃度的平均值

新聞鏈接：http://www.nsfc.gov.cn/publish/portal0/tab448/info77089.htm?from=singlemessage&isappinstalled=0