福州市CO時空分布特征與影響因素

王宏，鄭秋萍，余華，陳彬彬，蔣冬升

1. 福建省氣象科學(xué)研究所，福建 福州 350001；2. 福州市環(huán)境監(jiān)測站，福建 福州 350011；3. 福建省環(huán)境監(jiān)測中心站，福建 福州 350008

福州市CO時空分布特征與影響因素

王宏1*，鄭秋萍1，余華2，陳彬彬1，蔣冬升3

1. 福建省氣象科學(xué)研究所，福建 福州 350001；2. 福州市環(huán)境監(jiān)測站，福建 福州 350011；3. 福建省環(huán)境監(jiān)測中心站，福建 福州 350008

摘要：國家環(huán)境保護(hù)部2012年修訂的“環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)”將CO列入環(huán)境空氣污染物基本項目，因預(yù)報業(yè)務(wù)迫切要求構(gòu)建福建省重點城市福州CO的預(yù)報概念模型。利用2011─2013年福州市6個環(huán)境空氣國控點CO小時質(zhì)量濃度觀測資料，結(jié)合NO2、O3等污染物濃度、氣象常規(guī)觀測資料以及通過聚類分析法將天氣進(jìn)行環(huán)流分型，分析CO的時空分布規(guī)律，與其它污染物濃度的相關(guān)性以及天氣形勢、氣象要素等對CO質(zhì)量濃度變化的影響。結(jié)果表明，福州CO年平均質(zhì)量濃度的高值出現(xiàn)在工業(yè)源較多、交通源密集的監(jiān)測點；市區(qū)濃度高于郊區(qū)和高山站點，24 h平均質(zhì)量濃度沒有出現(xiàn)過超標(biāo)現(xiàn)象。冬季平均質(zhì)量濃度最高，其次是春季、秋季，夏季最低是冬季的0.68倍；峰值出現(xiàn)在1月和4月，冬半年CO質(zhì)量濃度整體高于夏半年。日分布高峰出現(xiàn)在7:00─10:00和17:00─20:00，低谷出現(xiàn)在13:00─16:00，白天濃度值波動大，夜間穩(wěn)定處于低值區(qū)。CO與NO2質(zhì)量濃度呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)性，秋季最高相關(guān)系數(shù)0.658；與O3質(zhì)量濃度呈現(xiàn)反相關(guān)性（夏季除外）。CO質(zhì)量濃度出現(xiàn)相對高值的天氣型依次是鋒前暖區(qū)>高壓后部>切變、高空槽>地面倒槽；出現(xiàn)相對低值的天氣型依次是副熱帶高壓<臺風(fēng)（熱帶輻合帶）外圍<臺風(fēng)（熱帶輻合帶）<副熱帶高壓邊緣<高壓脊<高壓底部。大氣擴散條件的好壞、光化學(xué)作用是否明顯以及風(fēng)速的大小是決定CO質(zhì)量濃度高低的主要因素，與降水量關(guān)系不大。

關(guān)鍵詞：CO；時空分布；天氣形勢；潛勢預(yù)報

引用格式：王宏，鄭秋萍，余華，陳彬彬，蔣冬升. 福州市CO時空分布特征與影響因素[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 2015, 24(7): 1191-1196.

WANG Hong, ZHENG Qiuping, YU Hua, CHEN Binbin, JIANG Dongsheng. Temporal and Spatial Variation Characteristics and the Impact Factors of CO in Fuzhou [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(7): 1191-1196.

一氧化碳（CO）是大氣環(huán)境中一種非常重要的反應(yīng)性氣體，是OH自由基主要的匯，是對流層臭氧（O3）的重要前提物，是引發(fā)光化學(xué)污染事件重要的反應(yīng)性氣體。CO無色無嗅，不易被人察覺，當(dāng)濃度超過400 mg·m-3時，會導(dǎo)致CO急性中毒，又稱煤氣中毒。近年來，國內(nèi)許多學(xué)者針對北方冬季發(fā)生的CO中毒事件，開展了CO中毒事件與氣象條件關(guān)系的研究（路屹雄等，2008；王曉明等，2007），研發(fā)CO的潛勢預(yù)報、預(yù)警系統(tǒng)（薛波等，2002；梁寒等，2009）。由于北方冬季多以燒煤自供暖的方式采暖，如果建筑物通風(fēng)不好，容易導(dǎo)致室內(nèi)CO濃度處于較高水平，引發(fā)CO中毒，此類事件也被稱作為“非職業(yè)性”CO中毒事件（張曉云等，2007；張德山等，2009），普查文獻(xiàn)資料，福建歷史上沒有發(fā)生過非職業(yè)性CO中毒事件，這類事件的高發(fā)區(qū)在東北、華北地區(qū)，高發(fā)時段在12月─翌年2月。2006年2月13─14日吉林延邊州發(fā)生了一起史無前例的大面積居民CO中毒事件，中毒人數(shù)高達(dá)291人，死亡16人，產(chǎn)生了非常嚴(yán)重的社會影響，分析認(rèn)為這是一次典型的“高影響天氣”事件（王元等，2007；謝靜芳等，2006），并采用天氣學(xué)分析方法，探討了造成大面積一氧化碳中毒的不利的氣象因素，根據(jù)大氣流體力學(xué)原理對煙囪內(nèi)流場的變化進(jìn)行了數(shù)值模擬。目前在建立CO中毒預(yù)報中（劉燕等，2013）利用北京冬半年逐日CO中毒人次與北京觀象臺氣象要素等資料，采用準(zhǔn)多元回歸指數(shù)概率分級技術(shù)，建立了CO中毒指數(shù)（4分級）預(yù)報及相應(yīng)風(fēng)險水平評估模式。有研究分析了一氧化碳中毒事件發(fā)生日的地面天氣形勢和局地氣象條件特征（李明香等，2006），歸納出弱高壓、低壓和均壓是CO中毒事件的高發(fā)天氣形勢；氣壓梯度小，風(fēng)速小，氣溫變化小等不利于污染物擴散的氣象條件是引發(fā)CO中毒的主要天氣原因。還有利用全國CO中毒病例資料（陳輝等，2011），對CO中毒的氣象條件進(jìn)行了分析研究，利用閾值加權(quán)平均的方法，初步建立了區(qū)域性CO中毒氣象潛勢預(yù)報模型。

5～10年前，福建省環(huán)境氣象研究領(lǐng)域的主要對象是SO2、NO2、PM10及API；近3～4年研究的重點轉(zhuǎn)向了PM2.5、O3、灰霾天氣和光化學(xué)煙霧事件，而由于CO監(jiān)測資料比較缺乏，對CO的研究甚少。近地層大氣中CO的主要來源是工廠廢氣和汽車尾氣，是含碳物質(zhì)不充分燃燒時產(chǎn)生的，如堵車時燃油的不充分燃燒以及化石燃料煤，石油，烷烴之類的不完全燃燒等。國家環(huán)境保護(hù)部2012年修訂的“環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)”將CO列入環(huán)境空氣污染物基本項目，成為空氣質(zhì)量預(yù)報的要素之一。目前因預(yù)報業(yè)務(wù)的需求，迫切開展CO的源與匯特性，時空分布規(guī)律，與其它污染物濃度，特別是NO2、O3等反應(yīng)性氣體濃度的相關(guān)關(guān)系，以及與天氣形勢、氣象要素等關(guān)系的研究，初步構(gòu)建CO的預(yù)報概念模型，解決CO業(yè)務(wù)預(yù)報科技支撐不足的問題。本文分析福州市CO的時空分布規(guī)律和探討CO的預(yù)報技術(shù)，以期為提高CO的預(yù)報準(zhǔn)確率提供技術(shù)支持。

1　資料與方法

CO質(zhì)量濃度資料為2011─2013年福州市6個環(huán)境空氣國控點位（鼓山、快安、師大、五四北路、楊橋西路和紫陽，其中鼓山為高山對照點）逐時觀測資料，剔除無效值后計算得到日平均（00:00─23:00）質(zhì)量濃度。根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095─2012）和《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定（試行）》（HJ 633─2012）的有關(guān)規(guī)定，CO 24 h平均限值為4 mg·m-3，大于4 mg·m-3時Ⅲ級超標(biāo)，輕度污染；1 h平均限值超過10 mg·m-3時Ⅲ級超標(biāo)，輕度污染，其他級別（參見HJ 633─2012）。SO2、NO2、O3、PM10、PM2.5質(zhì)量濃度資料為市區(qū)各點位（00:00─23:00）的日平均濃度值。

地面和高空天氣形勢是利用8:00或20:00東亞地面天氣圖以及850、500 hPa高空圖，通過聚類分析法將天氣進(jìn)行環(huán)流分型（王宏等，2008a，2008b）。氣象常規(guī)觀測資料為溫度、降水、相對濕度、風(fēng)向、風(fēng)速等逐時觀測資料。

天氣形勢分型說明：選取20°～35°N、110°～125°E為關(guān)鍵區(qū)，以850 hpa高空圖為主，根據(jù)廈門、福州、邵武、南昌、贛州、大陳、衢州、汕頭、臺北和花蓮10個探空站的氣壓位勢什米、風(fēng)向進(jìn)行劃分，將天氣形勢分為高壓脊、高壓底部、高壓后部、鋒前暖區(qū)、切變（高空槽）、地面倒槽、副熱帶高壓及其邊緣（500 hPa）、臺風(fēng)（熱帶輻合帶）及其外圍10種。

2　結(jié)果與分析

2.1空間分布規(guī)律

對比市區(qū)5個監(jiān)測點以及鼓山（對照點）的CO年平均質(zhì)量濃度，最高值出現(xiàn)在工業(yè)源較多的紫陽監(jiān)測點（0.929 mg·m-3），次高值出現(xiàn)在交通源密集的五四北路監(jiān)測點（0.826 mg·m-3），最低的是快安0.743 mg·m-3較鼓山（對照點）的年平均質(zhì)量濃度（0.756 mg·m-3）還低，可能的原因是快安離市中心距離較遠(yuǎn)，靠近海邊，風(fēng)速大，可能是CO質(zhì)量濃度低的原因。總體上，市區(qū)CO年平均質(zhì)量濃度高于鼓山11.8%。

快安、師大、五四北路、楊橋西路、紫陽、鼓山6個監(jiān)測點CO小時最大質(zhì)量濃度分別為：5.1、28.1、5.1、4.8、5.2、3.0 mg·m-3。小時最大質(zhì)量濃度的最高值出現(xiàn)在師大監(jiān)測點，高達(dá)28.1 mg·m-3（出現(xiàn)時間：2013年4月17日10:00），較其他站點明顯高出許多，而且?guī)煷蟊O(jiān)測點共出現(xiàn)過3次小時平均質(zhì)量濃度超標(biāo)（>10 mg·m-3）事件，均發(fā)生在2013年4月，其它監(jiān)測點均沒有出現(xiàn)小時平均質(zhì)量濃度超標(biāo)現(xiàn)象，鼓山小時最大質(zhì)量濃度值最低，其它站點相近。

2.2時間分布規(guī)律

2.2.1年分布

2011─2013年福州市CO年平均質(zhì)量濃度呈現(xiàn)逐年下降的趨勢。

福州CO 24 h平均質(zhì)量濃度沒有出現(xiàn)過超標(biāo)現(xiàn)象（>4 mg·m-3），也沒有出現(xiàn)過24 h平均質(zhì)量濃度>2 mg·m-3（Ⅱ級）的個例，空氣質(zhì)量分指數(shù)（IAQI）全部為Ⅰ級；最大值出現(xiàn)在2011年5月7日，質(zhì)量濃度為1.962 mg·m-3（受鋒前暖區(qū)天氣形勢影響，福州溫高濕重，大氣擴散條件較差，有利于CO聚集，濃度升高）；最小值出現(xiàn)在2012年7月21日，質(zhì)量濃度為0.395 mg·m-3（受臺風(fēng)外圍天氣形勢影響，風(fēng)速大，有利于CO稀釋、擴散，濃度降低）。

CO 1 h平均質(zhì)量濃度只有師大監(jiān)測點在2013 年4月7日5:00（13.3 mg·m-3）、4月17日5:00（15.9 mg·m-3）、4月17日10:00（28.1 mg·m-3），共3次出現(xiàn)Ⅲ級超標(biāo)，輕度污染，其他監(jiān)測點均無超標(biāo)現(xiàn)象。

2.2.2季節(jié)分布

由圖1可見，福州CO濃度的季節(jié)分布規(guī)律是冬季最高，其次是春季和秋季，夏季最低。冬季CO的平均質(zhì)量濃度是夏季的1.47倍，這一方面與夏季熱力條件好，大氣湍流運動活躍，水平輸送和垂直擴散條件好于冬季有關(guān)；另一方面與夏季太陽輻射強、氣溫高，大氣光化學(xué)反應(yīng)效率高有關(guān)，作為光化學(xué)前提物的CO，經(jīng)過光化學(xué)反應(yīng)后濃度下降。

CO質(zhì)量濃度季節(jié)排序為冬季>春季>秋季>夏季，與PM10和NO2的季節(jié)排序規(guī)律一致，原因是CO與PM10、NO2質(zhì)量濃度的高低根本上取決于大氣的稀釋、擴散和清除能力，冬季空氣污染擴散條件較差，平均擴散能力為四季中最弱的，其次是春季和秋季，夏季空氣污染擴散條件較好，平均擴散能力最強。

圖1　CO質(zhì)量濃度季節(jié)分布圖Fig. 1 The seasonal variation of the mass concentration of CO

但CO與O3質(zhì)量濃度的季節(jié)排序規(guī)律（秋季>夏季>春季>冬季）近似相反（王宏等，2012），這與O3質(zhì)量濃度的高低根本上取決與太陽輻射強度、日照時間、氣溫高低、光化學(xué)反應(yīng)速率等，O3濃度升高會消耗反應(yīng)一部分CO，二者存在反相關(guān)性，

所以季節(jié)分布規(guī)律近似相反。

2.2.3月分布

由圖2可見，市區(qū)CO質(zhì)量濃度的月分布規(guī)律明顯，呈現(xiàn)“雙峰型”，峰值出現(xiàn)在1月和4月，11月─翌年5月是CO月平均質(zhì)量濃度的高值區(qū)，濃度在0.850～1.050 mg·m-3之間，5月之后月平均質(zhì)量濃度出現(xiàn)明顯下降，7月降至最低，6─10月是CO月平均質(zhì)量濃度的低值區(qū)，濃度在0.630～0.730 mg·m-3之間，10月之后月平均質(zhì)量濃度出現(xiàn)明顯上升。

圖2　市區(qū)與鼓山監(jiān)測點CO質(zhì)量濃度月分布圖Fig. 2 The monthly variation of the mass concentration of CO in urban monitoring points and Gushan

鼓山CO質(zhì)量濃度的月分布規(guī)律呈現(xiàn)“多峰型”，峰值出現(xiàn)在1月、4月和6月，上半年CO月平均質(zhì)量濃度波動很大，6月之后平均質(zhì)量濃度出現(xiàn)明顯下降，8月降至最低，比市區(qū)滯后一個月，7 ─10月是CO月平均質(zhì)量濃度的低值區(qū)，濃度在0.510～0.610 mg·m-3之間，10月之后月平均質(zhì)量濃度出現(xiàn)明顯上升。

2.2.4日分布

由圖3可見，福州6個監(jiān)測點CO日分布規(guī)律基本一致，除了快安和鼓山站日分布呈現(xiàn)“單峰型”外，其他站點均呈現(xiàn)“雙峰型”，最高峰出現(xiàn)在上午7:00─10:00，次高峰出現(xiàn)在傍晚17:00─20:00，即上下班交通高峰期和工業(yè)生產(chǎn)廢氣排放時段，汽車尾氣和石燃不完全燃燒的排放是導(dǎo)致CO質(zhì)量濃度升高的主要原因。

圖3　不同監(jiān)測點CO質(zhì)量濃度日分布圖Fig. 3 The daily variation of the mass concentration of CO in different monitoring points

一天中CO質(zhì)量濃度的低谷時段出現(xiàn)在13:00 ─16:00，即一天中光化學(xué)作用較強的午后，CO經(jīng)過與NO2、OH等氣體光化學(xué)反應(yīng)后濃度下降；CO小時質(zhì)量濃度值日分布的低谷時段正是O3小時質(zhì)量濃度的高峰時段（王宏等，2012）。

白天時段（6:00─20:00）CO的質(zhì)量濃度值波動較大，高值與低值之比為1.25倍左右。夜間至凌晨時段（21:00─翌日5:00）CO質(zhì)量濃度值相對穩(wěn)定地維持在低值區(qū)，6:00開始出現(xiàn)明顯上升，這與夜間CO的排放量少，光化學(xué)反應(yīng)基本停止有關(guān)，所以CO的質(zhì)量濃度值在夜間波動不大，而且處于一天中的低值區(qū)。

表1　不同季節(jié)CO與NO2、O3質(zhì)量濃度的相關(guān)系數(shù)Table 1 The correlation coefficients between the mass concentration of CO and NO2, O3in different seasons

2.3與污染物濃度的相關(guān)性

由表1分析可見，不同季節(jié)CO與NO2質(zhì)量濃度呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)性，因為二者的來源主要都是汽車尾氣和石化燃料燃燒排放，前者是含碳物質(zhì)不完全燃燒時產(chǎn)生的，后者是空氣在高溫下燃燒時產(chǎn)生的，二者都是形成光化學(xué)煙霧的重要物質(zhì)，是形成O3的前提物，經(jīng)過光化學(xué)反應(yīng)后濃度下降，其中秋季二者的相關(guān)性最高0.658，夏季最低0.448。

春季、秋季和冬季CO與O3質(zhì)量濃度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)在（-0.295～-0.330）之間，通過α=0.001信度檢驗（下同）。CO是形成光化學(xué)煙霧的重要物質(zhì)，是生成O3的前提物，所以二者濃度呈現(xiàn)反相關(guān)關(guān)系。但CO與O3質(zhì)量濃度在夏季卻呈現(xiàn)正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)0.239。原因是雖然夏季太陽輻射最強，大氣的光化學(xué)反應(yīng)效率最高，但CO 和NOX等O3前提物濃度因大氣擴散條件好，本身濃度就較低，光化學(xué)反應(yīng)生成O3，O3也因擴散條件好容易被擴散、稀釋掉，處于低濃度狀態(tài)，有研究表明，我國東部地區(qū)O3質(zhì)量濃度普遍在6─8月處于低值區(qū)（Wang et al.，2001；Xu et al.，2008），所以夏季不易產(chǎn)生高濃度的CO和O3。綜合多種原因分析，夏季CO與O3質(zhì)量濃度處于相對低值區(qū)，因此二者本真的反相關(guān)性沒有表現(xiàn)出來，反而呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。

CO與SO2質(zhì)量濃度的相關(guān)性為0.329，與PM2.5質(zhì)量濃度的相關(guān)性0.244，與PM10質(zhì)量濃度的相關(guān)性0.381，均為正相關(guān)關(guān)系，可能的原因是CO生成后，其聚集、擴散、清除等機制與這幾種污染物類似。CO為反應(yīng)性氣體，與氣溶膠顆粒物，如PM2.5、PM10之間應(yīng)該存在一定聯(lián)系，因此在預(yù)報CO濃度時，應(yīng)注意不同季節(jié)CO與不同污染物濃度變化趨勢的判斷。

2.4與天氣形勢的關(guān)系

表2是不同天氣形勢下CO質(zhì)量濃度的分布情況，由表2分析可得：

2011─2013年福州CO年平均質(zhì)量濃度為0.844 mg·m-3，在4種天氣形勢影響下，CO平均質(zhì)量濃度高于或接近年平均值，從高到低排序依次是：鋒前暖區(qū)>高壓后部>切變、高空槽>地面倒槽。另外6種天氣形勢影響下，CO平均質(zhì)量濃度低于年平均值，從低到高排序依次是：副熱帶高壓<臺風(fēng)（熱帶輻合帶）外圍<臺風(fēng)（熱帶輻合帶）<副熱帶高壓邊緣<高壓脊<高壓底部。

表2　不同天氣形勢下CO質(zhì)量濃度分布情況Table 2 The mass concentration of CO in different synoptic situations

由表2可見，相同天氣形勢影響下CO質(zhì)量濃度最大值與最小值之間跨度很大，因此以下描述的是不同天氣形勢影響下CO質(zhì)量濃度值高、低分布的大概率情況，即在相同天氣形勢下，不同氣象要素場，如風(fēng)向、風(fēng)速、降水量、相對濕度等的變化與配置對CO質(zhì)量濃度變化起到了重要作用（另文分析）。

2.4.1CO質(zhì)量濃度出現(xiàn)相對高值的天氣型

在鋒前暖區(qū)天氣形勢下CO平均質(zhì)量濃度值最高，原因是該系統(tǒng)位于冷空氣前部，氣壓場較弱，受暖氣團控制地面氣溫回升、風(fēng)速小，西南暖濕氣流使低層濕度加大，大氣層結(jié)穩(wěn)定，持續(xù)12 h以上的鋒前暖區(qū)屬于超靜穩(wěn)天氣型，也是最不利于擴散的天氣型（李明香等，2006），因此在鋒前暖區(qū)天氣形勢下CO質(zhì)量濃度值高的原因是大氣擴散條件較差引起的。若天氣形勢維持時間短，暖區(qū)系統(tǒng)較弱，CO質(zhì)量濃度不高。

高壓后部系統(tǒng)影響較鋒前暖區(qū)不同的是氣壓高，風(fēng)速梯度大，類似的地方是氣溫回升、濕度增加，受其影響，天氣以多云為主，云層厚時太陽輻射弱，大氣擴散條件一般，光化學(xué)反應(yīng)效率低，因此CO質(zhì)量濃度值較高。當(dāng)系統(tǒng)強大而穩(wěn)定，不會隨著其東移入海而明顯減弱，天氣多晴朗，太陽輻射強烈，升溫明顯，大氣光化學(xué)作用強，湍流交換劇烈時CO質(zhì)量濃度會出現(xiàn)低值。

切變和高空槽系統(tǒng)屬于降水系統(tǒng)，受其影響CO的平均質(zhì)量濃度值0.925 mg·m-3，僅次于鋒前暖區(qū)和高壓后部系統(tǒng)。通常來說降水系統(tǒng)，除了暖區(qū)輻合弱降水（通常24降水量小于5 mm，受東南、西南暖濕氣流影響）不利于污染物的稀釋和清除外，其他類型的降水，如低渦鋒面系統(tǒng)引發(fā)的冷性降水，短時強降水、陣雨或雷陣雨等對流天氣，暖式切變、副熱帶高壓邊緣、高空槽過境引發(fā)的降水等對污染物的稀釋、清除和濕沉降都有很好的作用。但分析發(fā)現(xiàn)，多數(shù)降水對降低反應(yīng)性氣體CO的質(zhì)量濃度來說作用不大，降水量與CO質(zhì)量濃度變化的相關(guān)系數(shù)很小-0.083，發(fā)生降水時，光化學(xué)反應(yīng)基本沒有，CO水溶性較差，以及沒有被反應(yīng)消耗是導(dǎo)致CO質(zhì)量濃度高的可能原因；降水時，2 min平均風(fēng)速超過3 m·s-1，CO會出現(xiàn)低值，風(fēng)速與CO濃度顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)-0.558。從降水樣本與全部樣本統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)（表3），CO質(zhì)量濃度越低，對應(yīng)的平均風(fēng)速值越大；CO質(zhì)量濃度特別低或特別高時小時降水量小，隨著雨量的增大CO質(zhì)量濃度呈現(xiàn)增加的趨勢，既使出現(xiàn)30 mm以上的短歷時強降水，CO質(zhì)量濃度值也不低；可見風(fēng)速大對降低CO質(zhì)量濃度的作用明顯，而降水的稀釋、清除作用不明顯，這在后面分析臺風(fēng)、熱帶輻合帶及其外圍天氣系統(tǒng)影響下CO質(zhì)量濃度值低，風(fēng)速大起到了決定性作用，理由相似。

地面倒槽系統(tǒng)影響下氣壓場均勻，西南氣流加強，明顯增溫、增濕，類似于鋒前暖區(qū)系統(tǒng)，屬于不利于污染物擴散的靜穩(wěn)天氣型，在該系統(tǒng)控制下CO質(zhì)量濃度值高的原因是大氣擴散條件較差引起的。

2.4.2CO質(zhì)量濃度出現(xiàn)相對低值的天氣型

副熱帶高壓及其邊緣影響下CO質(zhì)量濃度值較低，其中副熱帶高壓控制下CO平均質(zhì)量濃度值是所有系統(tǒng)中最低的。副熱帶高壓及其邊緣系統(tǒng)主要出現(xiàn)在夏季，導(dǎo)致CO質(zhì)量濃度低的原因有二，一是大氣熱力條件和動力條件較好，大氣層結(jié)不穩(wěn)定，垂直湍流交換明顯，大氣擴散條件非常有利于污染物的垂直輸送和水平擴散，所以CO質(zhì)量濃度較低；二是由于白天太陽輻射強烈，日照時間長，氣溫高，大氣光化學(xué)反應(yīng)效率高，CO參加光化學(xué)反應(yīng)后質(zhì)量濃度降低。

臺風(fēng)（熱帶輻合帶）及其外圍系統(tǒng)主要出現(xiàn)在夏季，受其影響下CO質(zhì)量濃度低的原因有二，一是臺風(fēng)（熱帶輻合帶）及其外圍引發(fā)的大風(fēng)，導(dǎo)致CO被清除、稀釋，所以濃度值低；二是在降水沒有發(fā)生之前，臺風(fēng)（熱帶輻合帶）外圍強烈的干熱、下沉氣流和顯著的光化學(xué)作用影響，使CO質(zhì)量濃度迅速降低。研究表明，臺風(fēng)（熱帶輻合帶）及其外圍系統(tǒng)影響下O3平均質(zhì)量濃度是所有天氣系統(tǒng)影響值中最高的（王宏等，2011）。

高壓脊又稱強冷高壓系統(tǒng)，主要出現(xiàn)在秋末和冬季，即一年中最冷的時候，屬于有利于擴散的天氣型，且受高壓脊控制時一般天氣晴好，陽光充裕，所以CO質(zhì)量濃度值低的主要原因是這兩點。特例是，受北方外來污染物輸送的影響，CO質(zhì)量濃度可能出現(xiàn)高值；或汽車尾氣或工業(yè)排放源強突然增加，導(dǎo)致CO質(zhì)量濃度升高。

高壓底部是介于高壓脊和高壓后部系統(tǒng)的中間過程，受高壓底部系統(tǒng)影響時主導(dǎo)風(fēng)向為偏東氣流，一般云層厚，大氣擴散條件一般，光化學(xué)作用弱，CO質(zhì)量濃度值較高；但在高壓東移過程中，風(fēng)速增大，有時增強為東風(fēng)急流時，CO質(zhì)量濃度會明顯降低。

表3　不同CO小時質(zhì)量濃度區(qū)間對應(yīng)平均風(fēng)速值以及小時降水量分布情況Table 3 Mean wind speed and hour precipitation with different mass concentration ranges of CO

3　結(jié)論與討論

3.1結(jié)論

（1）福州CO年均質(zhì)量濃度最高值出現(xiàn)在紫陽監(jiān)測點，次高值出現(xiàn)在五四北路監(jiān)測點，最低值出現(xiàn)在快安；市區(qū)CO年平均質(zhì)量濃度高于鼓山對照點。

（2）CO年平均質(zhì)量濃度呈現(xiàn)下降趨勢。季節(jié)分布規(guī)律是冬季最高，夏季最低，比值1.47；月分布規(guī)律呈現(xiàn)“雙峰型”，峰值出現(xiàn)在1月和4月，11─翌年5月是CO月平均質(zhì)量濃度的高值區(qū)，6 ─10月處低值區(qū)；日分布小時質(zhì)量濃度高峰出現(xiàn)在上午7:00─10:00，次高峰出現(xiàn)在傍晚17:00─20:00，低谷時段為13:00─16:00正是O3小時質(zhì)量濃度的高峰時段。

（3）CO與NO2質(zhì)量濃度呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)性，與O3質(zhì)量濃度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性（夏季除外），與SO2、PM10、PM2.5質(zhì)量濃度均呈現(xiàn)正相關(guān)性。

（4）在鋒前暖區(qū)天氣形勢下CO平均質(zhì)量濃度值最高，其次是高壓后部和切變、高空槽等降水系統(tǒng)；副熱帶高壓控制下CO平均質(zhì)量濃度值是所有系統(tǒng)中最低的；CO質(zhì)量濃度與風(fēng)速的大小有密切關(guān)系，風(fēng)速越大，CO質(zhì)量濃度值越低，與降水量的關(guān)系不大。

（5）綜合分析CO質(zhì)量濃度的高、低取決于大氣擴散條件的好壞、大氣光化學(xué)反應(yīng)效率的高低以及風(fēng)速的大小。

3.2討論

本文對福建省省會城市福州CO的天氣學(xué)概念模型做了初步研究，是CO潛勢-統(tǒng)計預(yù)報的一部分，下一步將建立CO的多元回歸預(yù)報公式，將2014 年CO的預(yù)報與實況值進(jìn)行對比分析，檢驗預(yù)報準(zhǔn)確率，對開展2015年的CO預(yù)報工作有較好的參考作用，值得推廣到全省其他城市。

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Temporal and Spatial Variation Characteristics and the Impact Factors of CO in Fuzhou

WANG Hong1, ZHENG Qiuping1, YU Hua2, CHEN Binbin1, JIANG Dongsheng3
1. Fujian Institute of Meteorological Science, Fuzhou 350001, China; 2. Fuzhou Environmental Monitoring Station, Fuzhou 350011, China; 3. Fujian Environmental Monitoring Central Station, Fuzhou 350008, China

Abstract:CO was listed in basic ambient air pollution items in “ambient air quality standards” revised by Ministry of Environmental protection of the People’s Republic of China in 2012. For forecast operation, there’s a pressing need to establish the forecast conceptual model of CO for Fuzhou, which is the key city in Fujian. The temporal and spatial variation characteristics of CO，the relationship between CO and other pollutants, and the effect of synoptic situations and meteorological factors on CO were analyzed using observation data in Fuzhou. The pollutant parameters observed from 2011 to 2013 included mass concentrations of CO, NO2and O3from 6 environmental monitoring points, and conventional meteorological observation data and synoptic situations recorded by cluster analysis method．The results showed that high annual average mass concentration of CO was in the environmental monitoring point where had more industrial and traffic sources. Mass concentration was higher in urban monitoring points than that in suburb and mountain. The 24-hour average mass concentration didn’t exceed standard. Quarterly average mass concentration was highest in winter, and then in spring and autumn, lowest in summer, which was 0.68 times that in winter. The highest mass concentration was in January and April, and it was higher in winter half year than that in summer half year. The highest mass concentration in a day appeared at 7:00─10:00 and 17:00─20:00, while lowest at 13:00─16:00. The mass concentration fluctuated in the daytime, while kept low and steady-going in the night. There was a significant positive correlation between the mass concentration of CO and NO2, and the correlation coefficient was highest in autumn 0.658, and there was a negative correlation between the mass concentration of CO and O3(except in summer). Higher mass concentration of CO was in the pre frontal warm sector, posterior of high pressure, shear and upper trough, ground inverse trough, successively. Lower mass concentration of CO was in the subtropical high, outside of typhoon (intertropical convergence zone), typhoon (intertropical convergence zone), near the subtropical high, pressure ridge, bottom of high pressure, successively. Atmospheric diffusion conditions, photochemical effect, and wind speed were the major factors of the mass concentration of CO, while rainfall wasn’t an important factor.

Key words:CO; temporal and spatial variation; synoptic situation; potential prediction

收稿日期：2015-03-08

作者簡介：王宏（1976年生），女，高級工程師，主要從事空氣質(zhì)量預(yù)報技術(shù)研究。E-mail: wh1575@163.com

基金項目：福建省科技廳重點項目（2012Y0009）

中圖分類號：X16；P42

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1674-5906（2015）07-1191-06

DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.07.017