最新 | 全球NO2交互地图发布，高清卫星观测大气污染

科学家运用卫星观测地球大气污染物，就如同医生使用CT检查人体——CT可以在短时间内精准清晰地扫描人体的病症部位，而卫星则可以快速测量全球大气的污染状况。例如，通过2005-2015年的卫星数据，科学家已证实我国的大气污染治理政策在控制二氧化硫和二氧化氮污染上取得了一定成效 。

利用欧洲航天局提供的最新高清卫星数据，环保机构绿色和平国际（Greenpeace International）在本周公布了一个全球二氧化氮（NO2）污染交互地图，为我们提供了更精准的数据来监测大气污染。

详细示意图解读请参考英国网站unearthed的报道（点击最下面的"阅读原文"）：
https://unearthed.greenpeace.org/2018/10/29/nitrogen-dioxide-no2-pollution-world-map/

为什么二氧化氮也是观测大气污染的重要指数？全球二氧化氮浓度的具体分布如何？中国的二氧化氮治理进度何如？大嘴君第一时间翻译了外媒的相关报道，帮助读者了解这个全球NO2交互地图可以怎么玩——

目前最先进的全球大气“CT扫描仪”：

2017年12月1日，欧洲航天局 European Space Agency (ESA) 公布了担负监测大气污染的使命的Sentinel-5P卫星在进入轨道一个月后，发回的首张地球大气污染高清图像，展示全球尺度的大气污染状况，ESA称Sentinel-5P为大气观测中的一次量子飞跃 。

为什么这么说呢？这是由于Sentinel-5P携带迄今为止最先进的多光谱成像光谱仪: TROPOMI。Sentinel-5P卫星一天覆盖全球一次，大概在当地时间的每天中午经过各地上空，此时TROPOMI仪器就会通过光谱分析测量大气中二氧化硫、臭氧、二氧化氮、甲烷、一氧化碳等重要痕量气体和气溶胶的含量，以及云层高度、分布和反照率的参数。

欧洲航天局公布的Sentinel-5P于2017年发回的首张地球大气污染高清图像——欧洲大气中的二氧化氮（NO2）污染状况

精确到区县尺度内的污染来源：

由欧洲航天局拍摄和记录下的高清图，除了能告诉我们哪里的大气污染更严重，还有更重要的用途。利用这些高度精确的数据，环境和气候研究人员可以了解这些影响空气质量和引起气候变化的污染物的分布状况，快速识别高污染区域，为制定治理方案提供依据，也可以改进模拟模型，做出更准确的预测。

与上一代大气监测卫星搭载的OMI传感器（空间分辨率13km×24km，2004年7月15日发射）相比，TROPOMI（空间分辨率3.5km×7km）具有更高的空间分辨率。相当于在太空给地球大气拍照，OMI拍的是标清照，TROPOMI拍的可是高清照呢。这样一来，卫星监测能够更准确的识别空气污染及其来源。例如，识别燃煤发电厂、炼油厂，以及识别汽车尾气排放和工业锅炉燃烧引起的小到区县尺度内的区域污染。

最新全球NO2污染交互地图出炉：

经过半年的校准，2018年6月1日，欧洲航天局开始对外提供Sentinel-5P的近实时（在观测后三小时内提供）二氧化氮数据服务，全球用户均可自由使用。绿色和平国际办公室的研究人员，利用该数据库中2018年6月—8月的信息进行绘制，于本周公开发布了全球二氧化氮污染交互地图。

全球用户均可在交互地图上，免费查询到各个国家/地区的二氧化氮浓度。数据来源：欧洲航天局2018年6月-8月。

通过这个交互地图，我们可以直观地看到二氧化氮浓度高值区的50个热点，在全球六大洲均有分布。绿色和平国际办公室进一步结合全球大气研究排放数据库（Emission Database for Global Atmospheric Research，EDGAR）梳理了上述全球50个热点所在城市的潜在主要污染源。

DU为卫星观测分析得到NO2柱浓度单位，数据来源：欧洲航天局、全球大气研究排放数据库。

这份二氧化氮地图还有一个非交互式的“简化版”。结合EDGAR，大嘴君看到印度、南非和德国的几个城市的二氧化氮污染主要来自当地燃煤电厂，中国10个城市的二氧化氮污染主要来自当地密集的煤电和工业，全球14个特大城市是由于交通排放严重，此外还有些热点城市是由农业生产燃烧生物质造成的二氧化氮污染。而首尔、雅加达、新德里的二氧化氮污染来自交通、煤电和工业等多个来源。

NO2污染需引起全球更大关注：

近些年来，中国乃至全球对于PM2.5这一主要大气污染物都给予了很大关注度，并进行了很多相关的健康研究。然而除PM2.5之外，包括二氧化氮在内的其他大气污染物所受到的关注度就少了很多。大气中二氧化氮浓度的不断升高对生态环境和人体健康都具有很大的危害。二氧化氮既是形成硝酸性酸雨、酸雾的主要污染物，也是影响气候变化的一个重要因子。

越来越多的研究显示，长期暴露于二氧化氮污染与死亡率呈正相关 。在欧盟，二氧化氮污染每年导致约75000人过早死亡 。在中国，越来越多的研究表明呼吸系统和心血管疾病死亡率与二氧化氮污染显著相关 。此外，二氧化氮是臭氧和PM2.5等二次污染物最重要的前体物。

印尼首都雅加达街头的巨幅艺术喷绘装置，呼吁加强对空气污染的重视。图片来源：Greenpeace International

中国二氧化氮污染的现状及展望：

在对全球范围二氧化氮污染状况进行了“全身扫描”后，相信大家最好奇中国的整体污染情况，以及哪些污染区域最需要加速污染治理进程。欧洲航天局的Sentinel-5P卫星数据显示，中国的二氧化氮污染主要集中在京津冀、长三角、珠三角地区，辽宁中部、山东、武汉及其周边、成渝、山西中北部、陕西关中、新疆乌鲁木齐城市群等。

左图是根据欧洲航天局2018年6-8月卫星数据绘制的中国城市二氧化氮浓度分布图示；右图是国控环境监测站点同期数据绘制的主要城市二氧化氮平均浓度分布地图。

如果将卫星数据显示的，二氧化氮污染热点所在城市和地面监测数据显示的污染严重城市进行比较，可以看到，两种监测方法识别的二氧化氮高污染区域重合度高，热点和高污染城市有一多半都处于相同或相近位置。

在对于空气质量的监测上，目前中国国内主要是基于地面固定站点的观测仪器获取大气污染物的浓度，但是站点的观测结果往往只能代表站点所在区域一定范围内的大气污染情况，难以全方位反映区域大气污染特征。而卫星遥感监测正好弥补了监测点分布不均的问题。通过卫星遥感数据，可以快速反映区域大气污染物的空间分布和变化过程，能更宏观地从“面”上观测空气质量，还可以捕捉到地面监测站没有覆盖的排放源。

大嘴快评 1）“十二五”期间已超额完成既定减排目标

2011年，《国家环境保护“十二五”规划》，把氮氧化物（NOx）当作新的总量排放控制对象，制定了氮氧化物排放总量2015年比2010年下降10%的目标 。全社会对于氮氧化物减排的关注度急速得到提高，最终“十二五”期间全国氮氧化物排放总量累计下降18.6% 。 由于火电厂排放占到氮氧化物总量约38%，火电厂尾气排放氮氧化物是治理氮氧化物排放量下降的重中之重 。“十二五”减排目标超额完成，其中一条重要的措施就是治理燃煤电厂的大气污染排放，到2015年，全国脱硝机组容量占煤电总装机容量从2010年的约13.8%提高到92%，完成煤电机组超低排放改造1.6亿千瓦 。

中国的研究人员最新利用多源卫星遥感数据（SCIAMACHY、GOME和OMI）研究华北地区大气二氧化氮浓度时空变化，表明中国华北平原地区的二氧化氮柱浓度自2011年开始持续降低，2015年较2010年下降14.67% 。可见，卫星观测大气污染既能为治理大气污染找到“靶子”，也能用于量化评估治理政策和措施的有效性，避免人为干扰。

大嘴快评 2）“十三五”头两年NO2污染不降反升，需深挖减排潜力

随着近几年我国大气污染治理的持续深化，全国大部分城市的PM2.5、二氧化硫年均浓度已经得到有效改善，但统计数据也显示，臭氧和二氧化氮的年均浓度却不降反升 。有研究人员对2018年9月全国二氧化氮数据进行分析发现，“二氧化氮浓度悄悄上升，高值区呈喷发的火山” ，京津冀多个城市进入生态环保部9月169个重点城市排名后20位，主要也是由于二氧化氮上升幅度较大引起 。

“十二五”期间，煤电减排在治理二氧化氮污染上功不可没，但是，在“十三五”前两年，尽管煤电减排工作大力推进，大气中的二氧化氮浓度却没有显著降低，可能的原因是来自非电力行业和交通的排放增长抵消了煤电减排的努力。

2018年5月，中国生态环境部发布《钢铁企业超低排放改造工作方案（征求意见稿）》，钢铁改造标准，直接对标火电的超低排放标准，并明确了全国各区域分阶段改造时间节点 。这标志着非电行业（钢铁、石化、水泥等行业）在全国范围内的大气治理工作即将拉开序幕。此外，北京 、上海 、广州等一线城市已经着手重点治理机动车尾气，措施包括加强重型柴油车监管、加快淘汰老旧机动车、改善车用燃油品质、加快推进公交车电动化替代等。

大嘴君希望，通过对电力行业、非电力行业和机动车尾气污染的治理，二氧化氮污染治理的成果能够得到巩固。待2021年，我们回头看时，Sentinel-5P卫星数据可以呈现中国污染热点区域大幅减少的高清画面。

【大嘴君在本文中提及的数据及文献来源，请手指往下滑动查阅】

1. https://www.atmos-chem-phys.net/17/1775/2017/acp-17-1775-2017.pdf

2. Sentinel-5P卫星于2017年10月13日发射进入轨道，https://www.bbc.com/news/science-environment-41604186

3. Sentinel-5P - a quantum leap in atmospheric observationhttps://www.dlr.de/dlr/en/desktopdefault.aspx/tabid-10260/370_read-25294#/gallery/29252

4. http://www.temis.nl/airpollution/no2.html

5. https://s5phub.copernicus.eu/dhus/#/home

6. http://edgar.jrc.ec.europa.eu/

7. https://journals.lww.com/epidem/Fulltext/2018/07000/Long_term_Concentrations_of_Nitrogen_Dioxide_and.2.aspx

8. https://www.eea.europa.eu/highlights/improving-air-quality-in-european/premature-deaths-2014

9. https://www.nature.com/articles/srep38328

10. https://www.nature.com/articles/jes201621#ref2

11. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5486332/

12. http://www.actasc.cn/hjkxxb/ch/reader/create_pdf.aspx?file_no=20101207002

13. 国家环境保护“十二五”规划，http://www.gov.cn/zwgk/2011-12/20/content_2024895.htm

14. “十三五”生态环境保护规划，http://www.gov.cn/zhengce/content/2016-12/05/content_5143290.htm

15. 氮氧化物减排形势不乐观，http://energy.people.com.cn/h/2011/1020/c227931-3507992571.html

16. http://news.bjx.com.cn/html/20160113/700672.shtml，http://www.gov.cn/zhengce/content/2016-12/05/content_5143290.htm

17. 章吴婷,张秀英,刘磊,赵丽敏,卢学鹤.多源卫星遥感的华北平原大气NO_2浓度时空变化[J].遥感学报,2018,22(02):335-346.

18. 《环境空气质量标准》（GB 3095—2012），http://bz.mep.gov.cn/bzwb/dqhjbh/dqhjzlbz/201203/t20120302_224165.shtml

19. 历年中国环境状况公报，http://www.mee.gov.cn/hjzl/zghjzkgb/lnzghjzkgb/

20. https://www.zq12369.com/article.php?gid=2405

21. https://www.zq12369.com/article.php?gid=2414

22. 2017年中国电力发展情况综述，http://www.cec.org.cn/yaowenkuaidi/2018-06-14/181768.html

23. http://data.eastmoney.com/report/20180516/hy,APPIQAlcdq5GIndustry.html

24. 北京市“十三五”时期移动源污染防治工作方案，http://zhengce.beijing.gov.cn/library/192/33/50/438650/1290650/index.html

25. http://www.shanghai.gov.cn/nw2/nw2314/nw2319/nw2404/nw33292/nw33294/u26aw42419.html http://auto.people.com.cn/n1/2018/0409/c1005-29913921.html

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