李美欣，吳瑩，鮑艷松

摘要：基于2018年12月—2019年11月臭氧層觀測儀（Ozone Monitoring Instrument，OMI）和對流層觀測儀（TROPOspheric Monitoring Instrument，TROPOMI）遙感反演產(chǎn)品數(shù)據(jù)，統(tǒng)計兩種數(shù)據(jù)在中國區(qū)域?qū)α鲗覰O2柱濃度數(shù)據(jù)缺失率，分析得出兩者的時空分布差異。結(jié)果表明：（1）該時間段內(nèi)，兩種傳感器數(shù)據(jù)缺失率呈現(xiàn)“S”形的變化趨勢，TROPOMI月數(shù)據(jù)缺失率低于OMI，TROPOMI年平均數(shù)據(jù)缺失率為3.98%，OMI年平均數(shù)據(jù)缺失率為36.22%，造成該結(jié)果的原因可能是不同儀器的分辨率不同。（2）在中國區(qū)域內(nèi)，兩種數(shù)據(jù)存在一定的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.844，但TROPOMI獲得的對流層NO2年平均柱濃度值大于OMI；從季節(jié)差異上來看，TROPOMI獲得的結(jié)果同樣相對OMI的結(jié)果高出57.5%，造成OMI結(jié)果偏低的原因可能是OMI傳感器在有云（非晴空）情況下用其他衛(wèi)星觀測進行校正，使得結(jié)果平均降低15%，但不會影響季節(jié)變化趨勢。（3）季節(jié)相關(guān)性方面，秋、冬兩季相關(guān)性較好，春、夏兩季相對較差，是由于春、夏季節(jié)NO2柱濃度易受其他氣體污染物的影響，且兩種傳感器在反演方法上有所不同，會造成一定的系統(tǒng)誤差。（4）在重污染情況下，TROPOMI傳感器獲得的地域范圍相比于OMI大1.54%，只有在冬季污染最為嚴(yán)重的情況下，TROPOMI獲得的污染區(qū)域相比于OMI小0.86%。（5）在時空差異上，東部地區(qū)兩者差異明顯，TROPOMI獲得的月平均結(jié)果相比于OMI的結(jié)果大10.21%，西部差異不大，中國不同城市群之間的結(jié)果也存在差異。

關(guān)鍵詞：對流層NO2柱濃度；TROPOMI；OMI；中國；時空分布差異

中圖分類號：P407；P402? ? 文獻標(biāo)志碼：A? ? ? 文章編號：2096-3599（2023）01-0001-11

DOI：10.19513/j.cnki.issn2096-3599.2023.01.008

Spatial and temporal comparison of tropospheric NO2 pollution data from OMI and TROPOMI in China

LI Meixin1，2，3， WU Ying1，2，4， BAO Yansong1，2，4

（1. Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters， Nanjing University of Information Science & Technology， Nanjing 210044， China; 2. CMA Key Laboratory for Aerosol-Cloud-Precipitation， Nanjing University of Information Science & Technology， Nanjing 210044， China; 3. Focused Photonics （Hangzhou） Inc.， Hangzhou 310052， China; 4. School of Atmospheric Physics， Nanjing University of Information Science & Technology， Nanjing 210044， China）

Abstract： Based on the remote sensing retrieval products of the Ozone Monitoring Instrument （OMI） and the TROPOspheric Monitoring Instrument （TROPOMI） from December 2018 to November 2019， the data miss rate of the tropospheric NO2 column concentration from the two sensors in China is calculated， and the difference in spatial and temporal distribution of the two sensors data is also analyzed. The results are shown below. （1） During this period， the data miss rates from both sensors present a “S” shape change; the monthly data miss rate from TROPOMI is lower than that from OMI; the annual mean data miss rates from TROPOMI and OMI is 3.98% and 36.22%， respectively. The different resolutions of different sensors may account for the result. （2） In China， there is a certain correlation between the tropospheric NO2 concentration data from the two sensors， and the correlation coefficient is 0.844. The annual mean tropospheric NO2 column concentration from TROPOMI is higher than that from OMI. As for seasonal difference， the result of TROPOMI is 57.5% higher than that of OMI， because the OMI data is modified using other satellite observations in the presence of clouds， which reduces the result by 15% on average but does not affect seasonal variation trend. （3） Furthermore， the correlation is found satisfactory in autumn and winter， but relatively poor in spring and summer. This is because the NO2 column concentration in spring and summer is easily affected by other gaseous pollutants， and the retrieval methods of the two sensors are different， which causes some systematic errors. （4） In the case of heavy pollution， the pollution area detected by TROPOMI is 1.54% larger than that by OMI for most seasons， and the pollution area obtained by TROPOMI is 0.86% smaller than that by OMI only in the case of the most serious pollution in winter. （5） The spatial and temporal differences between TROPOMI and OMI data are obvious in eastern China， and the monthly mean result of TROPOMI is 10.21% larger than that of OMI， while the differences in western China are not significant. In addition， the results of different urban agglomerations in China are also different.

Keywords： tropospheric NO2 column concentration; TROPOspheric Monitoring Instrument （TROPOMI）; Ozone Monitoring Instrument （OMI）; China; difference in spatial and temporal distribution

引言

氮氧化物（NOx）是大氣中一種重要的微量氣體，所有的燃燒都會釋放出氮氧化物，它們的壽命很短（在大氣中存在的時間為1～12 h）[1]，但在光化學(xué)誘導(dǎo)臭氧過程中起著關(guān)鍵作用，會導(dǎo)致光化學(xué)煙霧的產(chǎn)生，增加全球?qū)α鲗映粞鯘舛炔⒃斐蓞^(qū)域空氣質(zhì)量的惡化[2]。其中一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）是兩種主要的氮氧化物，在大氣氣溶膠和對流層臭氧形成中也起著關(guān)鍵作用。NO2柱濃度是衡量地面空氣質(zhì)量的一項重要指標(biāo)[3]，它的柱濃度過高會危害到人體健康、氣候變化和生態(tài)環(huán)境等[4-5]。NO2也是平流層和對流層化學(xué)中的關(guān)鍵物質(zhì)之一，在平流層中參與自身的分解并將活性鹵素氧化物轉(zhuǎn)化為活性比較低的儲集層[6]。在對流層中，NO2是一種有毒氣體，通過氧化生成HNO3，在特定環(huán)境條件下NO2還可以起到溫室氣體的作用，直接或間接地導(dǎo)致輻射強迫[7]，并且是氣溶膠顆粒物、揮發(fā)性有機物（volatile organic compounds，VOCs）等大氣污染物生成的重要前體物之一[8-9]，參與了氧化劑O3在光化學(xué)反應(yīng)中的形成[10-11]。NO2的來源包括人為源和自然源，其中人為源以化石燃料所產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物為主，另一部分來自其他大多數(shù)的人類排放，自然源主要為土壤排放和閃電產(chǎn)生等[12-14]。

現(xiàn)如今中國地區(qū)大氣中的NO2柱濃度迅速增加，在污染嚴(yán)重的區(qū)域，50%～90%的NO2集中在對流層，且大部分位于行星邊界層中[15]。利用地面站點監(jiān)測NO2氣體時，只能獲得小范圍的污染物柱濃度狀況，且容易受到其他氣體的干擾，無法獲得空間范圍內(nèi)連續(xù)且長時間序列的不同高度層的痕量氣體柱濃度變化趨勢[16]。但遙感技術(shù)可以利用其全天時、全天候、覆蓋范圍廣的優(yōu)點進行監(jiān)測，獲得全球范圍內(nèi)長時間序列的氣體在不同高度層的柱濃度及其分布特征，使得評估大區(qū)域NO2的污染變化具有可行性[17]。

衛(wèi)星遙感反演NO2柱濃度數(shù)據(jù)在分析區(qū)域和全球尺度空間變化趨勢上的研究已經(jīng)有不少成果[18-19]，大部分研究都是基于一種或者兩種衛(wèi)星反演產(chǎn)品數(shù)據(jù)。Richter等[20]結(jié)合大氣層制圖掃描成像吸收頻譜儀（SCanning Imaging Absorption spectroMeter for Atmospheric CHartographY，SCIAMACHY）和全球臭氧層監(jiān)測儀（Global Ozone Monitoring Experiment，GOME）兩種衛(wèi)星遙感觀測數(shù)據(jù)，分析中國東部地區(qū)1996—2006年NO2柱濃度變化，發(fā)現(xiàn)兩組數(shù)據(jù)在不同的地區(qū)和季節(jié)都具有很好的一致性。胡春梓等[21]利用GOME、GOME-2和SCIAMACHY等3種傳感器NO2柱濃度產(chǎn)品數(shù)據(jù)，對河北地區(qū)1996—2012年對流層NO2柱濃度變化趨勢進行了分析。章吳婷等[22]根據(jù)GOME、SCIAMACHY和臭氧層觀測儀（Ozone Monitoring Instrument，OMI）兩兩建立相關(guān)關(guān)系，利用線性正弦曲線模型對1996—2016年華北地區(qū)長時間序列對流層NO2變化的空間分布特征進行了研究。章吳婷等[23]對GOME、SCIAMACHY、GOME-2和OMI等4種傳感器產(chǎn)品利用回歸分析，得出它們之間存在一致性。Chen等[24]比較了GOME、SCIAMACHY、GOME-2和OMI反演數(shù)據(jù)間的差異，研究表明傳感器數(shù)據(jù)之間并不是具有很好的一致性。

有關(guān)OMI和對流層觀測儀（TROPOspheric Monitoring Instrument，TROPOMI）兩種傳感器數(shù)據(jù)國內(nèi)外學(xué)者也有相應(yīng)的研究?；贠MI傳感器的數(shù)據(jù)，He等[25]利用機器學(xué)習(xí)和加權(quán)擬合的方法，改善了中國地區(qū)OMI傳感器監(jiān)測對流層NO2柱濃度數(shù)據(jù)。張岳軍等[26]基于OMI傳感器數(shù)據(jù)，分析了2007—2018年汾渭平原SO2和NO2對流層柱濃度時間變化及空間分布特征，并討論了社會經(jīng)濟因素對SO2和NO2柱濃度變化的影響。然而，基于TROPOMI傳感器反演NO2柱濃度數(shù)據(jù)在中國地區(qū)的研究較少。Wang等[27]針對不同數(shù)據(jù)質(zhì)量控制下TROPOMI傳感器NO2柱濃度數(shù)據(jù)在中國地區(qū)的適用性進行了研究。Wang等[28]利用TROPOMI對流層NO2數(shù)據(jù)對中國地區(qū)空氣質(zhì)量評估和預(yù)測能力進行了改善。鑒于TROPOMI和OMI兩種傳感器對流層NO2柱濃度數(shù)據(jù)在中國地區(qū)時空對比分析和研究較為缺乏，本文主要通過分析兩種傳感器二級和三級產(chǎn)品的數(shù)據(jù)，計算中國地區(qū)大氣對流層NO2垂直柱濃度在全球范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)缺失率，利用回歸分析兩種數(shù)據(jù)的相關(guān)性，并對NO2柱濃度時空差異進行分析，其結(jié)果有望對中國對流層NO2反演和時空變化特征的進一步研究提供一定的參考和依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)

使用數(shù)據(jù)為2018年12月—2019年11月OMI傳感器三級格點數(shù)據(jù)和TROPOMI傳感器對流層NO2柱濃度二級數(shù)據(jù)，均由對流層排放監(jiān)測互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)（Tropospheric Emission Monitoring Internet Service，TEMIS）網(wǎng)站（www.temis.nl）提供。

OMI傳感器是2004年7月15日由美國國家航空航天局發(fā)射的EOS/Aura太陽同步軌道衛(wèi)星上攜帶的臭氧監(jiān)測儀，該儀器可獲得每天全球大氣對流層各種痕量氣體如NO2、SO2等柱濃度分布結(jié)果[25-26]，在紫外-可見光光譜區(qū)域有3個通道，具體參數(shù)見表1，星下點像元空間分辨率為13 km×24 km，穿越赤道的時間為當(dāng)?shù)貢r間的13：40—13：50[29]。OMI對流層NO2柱濃度產(chǎn)品是先由Domino方法得出大氣整層NO2垂直柱濃度，再利用平流層估計算法得出平流層NO2柱濃度[30]，最后分離出對流層NO2柱濃度。OMI對流層NO2三級格點數(shù)據(jù)是基于二級產(chǎn)品格點化的結(jié)果，空間分辨率為0.25°×0.25°。

TROPOMI傳感器是2017年10月13日由歐洲航天局發(fā)射的“Sentinel-5P”衛(wèi)星上攜帶的對流層觀測儀，可有效監(jiān)測全球大氣中各種痕量氣體[27-28]。該傳感器在3大光譜區(qū)域內(nèi)有7個通道，具體見表2，成像分辨率達到7.0 km×3.5 km，自2019年8月6日起，分辨率提高為5.5 km×3.5 km，星下點過赤道時間為當(dāng)?shù)貢r間13：30前后。TROPOMI對流層NO2柱濃度產(chǎn)品是基于OMI傳感器Domino方法，在光譜擬合、平流層對流層分離和計算大氣質(zhì)量因子方面做出了改進。TROPOMI對流層NO2產(chǎn)品有兩種：一種是近實時（near-realtime）對流層NO2產(chǎn)品，一種是離線（offline）模式對流層NO2產(chǎn)品。選取TROPOMI離線模式對流層NO2數(shù)據(jù)質(zhì)量大于0.75的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)排除被雪/冰覆蓋區(qū)域、錯誤數(shù)據(jù)的觀測像元。

2 分析與討論

2.1 數(shù)據(jù)缺失率

衛(wèi)星傳感器在反演痕量氣體柱濃度時，會存在缺值的情況，不同傳感器之間數(shù)據(jù)缺失率會有所不同。文中針對TROPOMI和OMI傳感器對流層NO2柱濃度數(shù)據(jù)缺失率方面進行相應(yīng)的研究。利用重采樣為0.25°×0.25°的TROPOMI對流層NO2二級數(shù)據(jù)和OMI三級格點數(shù)據(jù)，不進行任何參數(shù)剔除，比如云參數(shù)、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制等，得到1個全球區(qū)域內(nèi)格點化結(jié)果，計算其中的空值，公式如下：

，? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中：R表示每日全球NO2柱濃度數(shù)據(jù)缺失率，表示每日全球數(shù)據(jù)重采樣后的空值，n表示每日空值的數(shù)量。通過計算每日的數(shù)據(jù)缺失率情況，進而得到一個月和一年時間范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)缺失率情況。

由表3可以看出，2018年12月—2019年11月，TROPOMI年平均數(shù)據(jù)缺失率為3.98%，OMI年平均數(shù)據(jù)缺失率為36.22%，TROPOMI對流層NO2垂直柱濃度月數(shù)據(jù)缺失率相比于OMI的結(jié)果低得多，TROPOMI傳感器在對流層NO2柱濃度數(shù)據(jù)可利用率方面比OMI高。從圖1中可以看出，一年內(nèi)兩種傳感器月數(shù)據(jù)缺失率變化趨勢相同，呈現(xiàn)出 “S”形變化的趨勢。其中，兩種傳感器均在2019年6、7月達到數(shù)據(jù)缺失率的最高值，OMI傳感器數(shù)據(jù)缺失率達40.32%，TROPOMI傳感器數(shù)據(jù)缺失率在7.50%以上。這是由于中國夏季溫度高，蒸發(fā)量大，暖濕氣流供應(yīng)充足，是云量最多的時期。而冬季氣流主要為西北干冷空氣，溫度低，蒸發(fā)量少，云量較少，從而造成夏季數(shù)據(jù)缺失率明顯高于冬季。TROPOMI傳感器自2019年8月6日起，將星下點分辨率由7.0 km×3.5 km提高為5.5 km×3.5 km，其數(shù)據(jù)缺失率相較于前期月份降低，由此推斷導(dǎo)致兩種傳感器數(shù)據(jù)缺失率存在差異的原因，可能是來自儀器本身觀測分辨率的不同，導(dǎo)致獲得的太陽輻亮度值、云量等反演對流層NO2垂直柱所需的觀測數(shù)據(jù)分辨率存在差異。此外兩個傳感器反演NO2時，對數(shù)據(jù)處理方式的不同，也會造成兩者數(shù)據(jù)缺失率存在差異。

2.2 時空分布特點差異分析

2.2.1 空間差異

由NO2柱濃度年空間分布（圖2a、b）可以看出，兩種傳感器獲得的對流層NO2柱濃度，在中國均表現(xiàn)出明顯的空間分布差異——東部地區(qū)柱濃度最高，中部次之，西部柱濃度最低。其中，在華中平原大部分地區(qū)和東部沿海地區(qū)出現(xiàn)連續(xù)性高值區(qū)域，最大值均超過20×1015 mol·cm-2，其他大值地區(qū)散布在中國其他地區(qū)，例如廣東南部、重慶和四川交界處、陜西中部以及新疆烏魯木齊地區(qū)。2018年12月—2019年11月，OMI柱濃度大于10×1015 mol·cm-2的區(qū)域占中國的5.1%，大于15×1015 mol·cm-2的區(qū)域占中國的1.47%；而TROPOMI柱濃度大于10×1015 mol·cm-2的區(qū)域占中國的6.45%，大于15×1015 mol·cm-2的區(qū)域占中國的2.03%，由此可見。OMI對流層污染區(qū)域范圍均小于TROPOMI，TROPOMI在污染地區(qū)數(shù)據(jù)可利用率高，區(qū)域分布也更為精細(xì)。這一點由圖2c可以更直觀地看出來，圖2c是TROPOMI和OMI兩種探測器反演結(jié)果的差值圖。造成這種差異的原因，可能是由于兩種傳感器自身參數(shù)設(shè)置存在差異，并且在反演對流層NO2柱濃度算法方面存在不同，例如在光譜范圍、波長校正、計算對NO2柱濃度有影響的痕量氣體以及云和氣溶膠的影響方面存在差異[31]。

由圖3可以看出，TROPOMI和OMI得到的對流層NO2柱濃度存在明顯的相關(guān)性，兩組數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)為0.844，回歸方程為：

y=0.68x+0.07? ?。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

總體上，在中國區(qū)域范圍內(nèi)，兩種傳感器獲得的對流層NO2垂直柱濃度數(shù)據(jù)存在一定的相關(guān)關(guān)系。TROPOMI傳感器獲得的對流層NO2柱濃度，不管從分布區(qū)域上還是從柱濃度數(shù)值上，均大于OMI傳感器所獲得的柱濃度，但由于TROPOMI傳感器觀測時間較短，在長時間段內(nèi)是否能夠存在這種關(guān)系還有待研究。

2.2.2季節(jié)差異

由于大氣中NO2易受季節(jié)特征因素的影響，并會呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化特征?？傮w分析4個季節(jié)污染柱濃度較高的地區(qū)主要集中在華北平原、珠三角、長三角、兩湖地區(qū)、川渝地區(qū)和新疆烏魯木齊地區(qū)，這些地區(qū)由于人口較為密集，工業(yè)區(qū)較多，給污染源的形成創(chuàng)造了有利的條件。

圖4、5為同期兩種傳感器4個季節(jié)（冬季：12月—次年2月；春季：3—5月；夏季：6—8月；秋季：9—11月）對流層NO2平均柱濃度分布，圖6則是兩種傳感器反演結(jié)果的差值分布。冬季，由于氣象條件不利于大氣擴散，污染物會長時間停留在對流層，因此容易出現(xiàn)高值[17]。兩種傳感器的大值區(qū)都主要集中在華北平原和東部沿海地區(qū)，并且呈現(xiàn)高柱濃度區(qū)域化分布現(xiàn)象，但TROPOMI傳感器在此區(qū)域內(nèi)，存在小范圍高柱濃度聚集區(qū)將大區(qū)域分割的現(xiàn)象，這可能是由于TROPOMI獲得對流層NO2柱濃度的算法在云的剔除方面更加嚴(yán)格，導(dǎo)致一些低污染區(qū)域被剔除，使得結(jié)果存在差異。TROPOMI傳感器在川渝東南部和新疆地區(qū)明顯反演出污染嚴(yán)重的區(qū)域，但OMI傳感器在此區(qū)域內(nèi)污染相對較輕，這可能是由于兩種不同傳感器之間存在差異，導(dǎo)致衛(wèi)星觀測的一級數(shù)據(jù)質(zhì)量不同，會對反演結(jié)果產(chǎn)生影響[32]。春季，TROPOMI傳感器對流層NO2柱濃度在區(qū)域分布和數(shù)值上比OMI的結(jié)果偏大，并且TROPOMI能反演出分布零散的污染大值區(qū)域。夏季，由于降水量多、溫度高、太陽輻射較強，會有助于污染物的沉降、稀釋和擴散，更有利于NO2光化學(xué)作用機制分解產(chǎn)生O3，所以夏季NO2柱濃度在一年四季中是最低的[33-34]，表現(xiàn)在兩種傳感器上差異不大，TROPOMI傳感器獲得的結(jié)果相比于OMI傳感器數(shù)值大、范圍廣、靈敏度高，如圖6c所示。秋季，從分布范圍和柱濃度數(shù)值來說，兩者差異較明顯，OMI傳感器的結(jié)果比TROPOMI傳感器小，TROPOMI所獲得的結(jié)果能夠更加明顯地反映出華北平原地區(qū)、江淮流域和川渝地區(qū)等地的對流層NO2污染嚴(yán)重情況。

表4為兩種傳感器得到的對流層NO2柱濃度在4個季節(jié)的比較，可以看出，TROPOMI傳感器在中國區(qū)域四季對流層NO2柱濃度的平均值都大于OMI傳感器獲得的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，這和圖6顯示的結(jié)果相一致。在相關(guān)性方面，污染程度較高的秋冬季節(jié)，兩種傳感器的相關(guān)系數(shù)在0.8以上，存在明顯的相關(guān)性；污染程度較輕的春夏季節(jié)，相關(guān)系數(shù)為0.6～0.8，兩者相關(guān)性一般。這可能是由于春夏季節(jié)，NO2氣體柱濃度偏低，容易受到其他氣體污染物的影響，且兩種傳感器在反演方法上有所不同，會造成一定的系統(tǒng)誤差。

在重污染情況下，TROPOMI傳感器獲得的地域范圍相比于OMI大1.54%，只有在冬季污染最為嚴(yán)重的情況下，TROPOMI獲得的污染區(qū)域比OMI小0.86%。表5為中國區(qū)域兩種傳感器NO2重污染占比情況，選擇四季中對流層NO2柱濃度大于10×1015 mol·cm-2和15×1015 mol·cm-2的像元，通過對比像元在中國區(qū)域占比情況，得出兩種傳感器反演中國重污染區(qū)域的差異。冬季，TROPOMI柱濃度大于15×1015 mol·cm-2的重污染區(qū)域范圍小于OMI的結(jié)果，其余3個季節(jié)柱濃度在大于10×1015 mol·cm-2和15×1015 mol·cm-2的情況下，TROPOMI傳感器獲得的區(qū)域范圍均大于OMI的結(jié)果。而且，TROPOMI的觀測結(jié)果比OMI的結(jié)果高57.5%。關(guān)于這一點，可以根據(jù)Boersma等[35]的研究結(jié)果給出解釋，即OMI和SCIAMACHY傳感器之間會通過驗證數(shù)據(jù)集來排除陰天的因素，使得NO2柱濃度平均降低15%，但并不會影響季節(jié)的變化。TROPOMI傳感器則使用O2-A波段的輻射觀測值作為NO2反演云校正部分的輸入[36]，但同時氣溶膠也會對NO2柱濃度造成影響，而O2-A波段無法糾正氣溶膠的存在，所以TROPOMI目前的算法未明確處理氣溶膠對對流層NO2的影響[27]，需要進行進一步研究。

2.2.3 區(qū)域差異

圖7是2018年12月—2019年11月中國東西部地區(qū)兩種傳感器對流層NO2柱濃度月平均趨勢圖。由于東部地區(qū)人為活動頻繁、人口數(shù)量大，導(dǎo)致東部地區(qū)NO2柱濃度明顯大于西部地區(qū)，兩種傳感器在東部地區(qū)（22°～34°N，103°～123°E）的對流層NO2柱濃度差異顯著大于西部地區(qū)（24°～50°N，80°～100°E）。兩者的NO2柱濃度月平均值，在西部地區(qū)大約為1×1015 mol·cm-2，一年內(nèi)無明顯波動；在東部地區(qū)，兩者差異明顯，TROPOMI的月平均結(jié)果比OMI的月平均結(jié)果高10.21%，并且有數(shù)據(jù)波動，兩者相差最大為2.8×1015 mol·cm-2。

圖8為同期兩種傳感器在三大城市群對流層NO2柱濃度月變化，這些地區(qū)都存在著明顯的季節(jié)差異。從污染程度上來看，京津冀>長三角>珠三角。對比兩種傳感器在同一地區(qū)的結(jié)果可以看出，長三角和珠三角地區(qū)秋冬季節(jié)TROPOMI傳感器獲得的柱濃度值小于OMI，春夏兩季TROPOMI的結(jié)果大于OMI。京津冀地區(qū)與這兩個地區(qū)略有不同，只有在冬季TROPOMI傳感器的結(jié)果小于OMI，其他3個季節(jié)的結(jié)果正好相反。這可能是由于該地區(qū)擁有高密度的工業(yè)排放和汽車尾氣排放，并且冬季存在燃煤取暖的問題，使得污染嚴(yán)重。

2.3時空分布特點差異分析

根據(jù)地面監(jiān)測小時柱濃度數(shù)據(jù)，選取每月15日（每個月固定的一天）的數(shù)據(jù)與衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行匹配分析，匹配方法是在每一個地面站點周圍25 km范圍內(nèi)選擇距離該站點最短的衛(wèi)星數(shù)據(jù)。由于TROPOMI衛(wèi)星的空間分辨率更高，可以匹配到衛(wèi)星數(shù)據(jù)的地面站相對較多。由OMI和TROPOMI傳感器與地面NO2監(jiān)測站點的相關(guān)性分析結(jié)果（圖9）來看，OMI傳感器12 d共與地面監(jiān)測站點匹配到5 269個有效數(shù)據(jù)點，并且兩組數(shù)據(jù)的可決系數(shù)為0.336。而TROPOMI傳感器12 d共匹配到7 785個有效數(shù)據(jù)點，這是由于TROPOMI的空間分辨率明顯高于OMI傳感器的結(jié)果，所以可以匹配到更多有效的數(shù)據(jù)點。TROPOMI與地面監(jiān)測NO2柱濃度的可決系數(shù)為0.469，這個結(jié)果比OMI傳感器的結(jié)果高，說明TROPOMI傳感器反演結(jié)果與地面監(jiān)測更為接近。

3 結(jié)論

利用TROPOMI和OMI兩種傳感器獲取的1 a時間內(nèi)對流層NO2柱濃度數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)缺失率統(tǒng)計和回歸分析，同時對兩種傳感器在中國區(qū)域反演產(chǎn)品結(jié)果時空分布差異進行分析，得出以下結(jié)論：

（1）兩種傳感器獲得的對流層NO2柱濃度數(shù)據(jù)在空間分布和季節(jié)上具有一定的一致性，同時也存在差異。兩種傳感器對流層NO2柱濃度均存在缺值的情況，月平均數(shù)據(jù)缺失率均呈現(xiàn)“S”形趨勢。TROPOMI傳感器的年平均數(shù)據(jù)缺失率為3.98%，OMI傳感器的年平均數(shù)據(jù)缺失率為36.22%，OMI傳感器月數(shù)據(jù)缺失率為TROPOMI傳感器的5～10倍。造成對流層NO2柱濃度TROPOMI傳感器數(shù)據(jù)缺失率要明顯小于OMI傳感器的結(jié)果，可能與兩種傳感器探測分辨率不同有關(guān)。

（2）兩種傳感器均表現(xiàn)出東部污染最為嚴(yán)重，中部次之，西部最輕的趨勢，并且兩者存在著一定的相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.844?？臻g差異方面，TROPOMI傳感器得到的對流層NO2柱濃度要大于OMI的結(jié)果，具體表現(xiàn)在中國的中東部地區(qū)，尤其是東部沿海和華北平原等地NO2柱濃度高。兩種傳感器柱濃度四季變化情況基本相同，均呈現(xiàn)出春夏柱濃度小、秋冬大的趨勢。四季TROPOMI的平均柱濃度大于OMI的結(jié)果，只有在冬季污染較為嚴(yán)重的情況下，TROPOMI的污染區(qū)域要小于OMI的結(jié)果。兩者在污染嚴(yán)重的秋冬兩季相關(guān)性較好，污染程度較輕的春夏季相關(guān)性一般。

（3）由東西部兩片區(qū)域來看，東部地區(qū)兩者存在明顯差異，TROPOMI獲得的月平均結(jié)果要大于OMI的結(jié)果，西部差異則不大。三大城市群區(qū)域內(nèi)，長三角和珠三角地區(qū)在污染嚴(yán)重的季節(jié)，TROPOMI得到的結(jié)果小于OMI，但在污染較輕的春夏季節(jié)，TROPOMI則大于OMI。對于京津冀地區(qū)，只有冬季污染嚴(yán)重的時期，TROPOMI的結(jié)果小于OMI，其余季節(jié)均大于OMI反演產(chǎn)品的結(jié)果。

（4）兩種傳感器監(jiān)測的結(jié)果與地面監(jiān)測NO2柱濃度相比，TROPOMI傳感器的結(jié)果與地面的結(jié)果的相關(guān)性更好，可決系數(shù)為0.469，而OMI傳感器與地面的可決系數(shù)則為0.336。由此可以看出，TROPOMI傳感器的結(jié)果能更好地反映中國地區(qū)對流層NO2柱濃度分布情況。

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