近日，南方科技大学环境科学与工程学院助理教授朱雷课题组在地学领域著名期刊Geophysical Research Letters（GRL）发表题为“利用TROPOMI和VIIRS卫星数据研究亚洲NMVOC对城市化的响应”（Response of Anthropogenic Volatile Organic Compound Emissions to Urbanization in Asia Probed with TROPOMI and VIIRS Satellite Observations）的最新研究成果。

大气污染作为城市化最严重的环境问题之一，对亚洲的公共健康和生态系统都构成重大的威胁。大气污染物及其前体的排放物对城市化的响应各不相同。例如，SO₂对城市化的响应呈倒U形，而PM_2.5对城市化的响应则呈线性。由于自下而上估算NMVOC排放的不确定性，亚洲人为源非甲烷挥发性有机化合物（NMVOC）对城市化的响应模式仍不清楚。现在，对流层监测仪（TROPOMI）的甲醛（HCHO）柱浓度和可见光红外成像辐射仪（VIIRS）的夜间灯光数据（NTL）为探索NMVOC对城市化的响应模式提供了新的数据基础。

研究利用TROPOMI的甲醛(HCHO)柱浓度作为NMVOC的示踪排放物和VIIRS的NTL数据和人口密度数据作为表征城市化的参数，来探索人为的NMVOC排放对亚洲城市化的响应模式。为了排除天然源VOC和NOx对于响应模式的影响，还用到了美国宇航局气象再分析数据（MERRA-2），全球火灾排放数据（GFED 4），排放清单数据（EDGAR）和大气化学传输模式（GEOS-Chem）。

图1. TROPOMI HCHO柱浓度与VIIRS NTL的关系

结果表明（图1），日本、印度尼西亚、菲律宾和印度（相关系数最高的4个国家）的HCHO柱浓度与NTL之间存在显着正相关关系。总之，我们在24个亚洲国家中的19个国家中发现了显着的线性关系，相关系数（r）介于0.64到0.99之间。同样，HCHO柱浓度与亚洲主要国家的人口密度密切相关（0.70≤r≤0.99）。此外，基于5次GEOS-Chem的敏感性模拟实验结果（图2）和TROPOMI NO₂数据量化了NOx对响应模式的影响，发现NOx排放的空间差异性对HCHO柱浓度的影响在大多数亚洲国家是轻微的。

图2. GEOS-Chem敏感性模拟结果

研究分析了各国家平均的HCHO柱浓度、NTL和人口密度的关系（图3）。结果显示，HCHO柱浓度和NTL之间的线性关系弱于和人口密度之间的线性关系，表明人口密度可能是工业、地面交通和住宅部门NMVOC排放的总体指标，而NTL与电能消耗更相关。尽管如此，卫星NTL数据具有实时更新、扫描范围大、响应速度快等优点，仍具有表征城市化特征的巨大潜力。

图3. HCHO柱浓度对NTL（图a）和人口密度（图b）的响应。NTL辐射与人口密度的关系（图c），以及TROPOMI和基于EDGAR的HCHO柱浓度之间的关系（图d）。

这项研究工作确认了TROPOMI HCHO柱浓度为亚洲人为NMVOC排放的可靠示踪物。探索了人为NMVOC排放（用HCHO柱浓度表示）与亚洲主要国家城市化（用NTL和人口密度表示）的关系（0.64 ≤ r ≤ 0.99），发现目前亚洲人为NMVOC排放与城市化之间存在线性响应，未出现明显的拐点。

哈工大-南科大联培博士生蒲东川为论文第一作者，朱雷为论文通讯作者，论文的共同作者还包括比利时皇家航天航空研究院学者Isabelle DeSmedt和南科大环境科学与工程学院讲席教授杨新、教授傅宗玫等。

以上工作受到广东省科学技术厅野外台站、广东省科学技术厅重点领域研发计划、广东省教育厅创新团队、广东省基础与应用基础研究基金委员会、广东省教育厅青年创新人才、深圳市科技创新委员会等项目支持。计算资源由南方科技大学科学与工程计算中心（太乙超级计算机）提供。

论文链接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2022GL099470 

供稿：环境科学与工程学院

通讯员：晏梓添

主图：丘妍

编辑：朱增光