西昌市臭氧污染特征及其與氣象要素的關系

劉佳

摘要 基于2016—2021年涼山州生態環境局監測中心逐日質量濃度監測資料與同期的西昌國家基本氣象站常規氣象觀測資料，對西昌市臭氧污染特征及其與氣象條件之間的關系進行了研究，結果表明：春夏季節，隨著太陽輻射加強，臭氧已成為西昌輕度污染防治首要污染物，3—8月O3濃度高，超標時段主要出現在14：00～17：00；臭氧含量與溫度、日照時數呈正相關；臭氧濃度與相對濕度呈明顯的負相關性，高濕條件不利于臭氧的生成，相對濕度在30%～50%時較利于臭氧生成；臭氧濃度還與降雨時段有關系，降雨出現在白天，則O3濃度降低；降雨出現在夜間，則對降低O3的濃度無明顯作用。

關鍵詞 臭氧；氣象因素；空氣質量

中圖分類號：TQ123.2 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）07–0189-03

近地臭氧污染（以下簡稱O3）主要是由人類活動通過復雜的大氣化學過程形成的NOx和VOC二次污染造成的。O3污染不僅影響氣象因素和天氣系統，還因臭氧濃度高，對陸地生物，尤其是人類的健康造成巨大損害。

西昌地處川西南山地（海拔1 500～2 500 m，101°46′E～102°25′E、27°32′N～28°10′N），安寧河谷縱貫南北。西昌的低緯度海拔相對較高，印度洋西南季風和東南部旱季交替出現，中亞熱帶高原山區旱季和濕季氣候特點獨特。全年干濕季分明，夏秋多雨，冬春少雨；冬暖夏涼。夏半年5—10月的降雨占全年降雨總量的92.5%；冬半年11—翌年4月降雨極少。中國臭氧污染天氣的客觀差異化研究主要集中在中國東部地區。近年來，隨著經濟的發展，西昌工業和汽車廢氣排放量持續增長，夏季易受臭氧污染天氣的影響。以西昌市為例，將西昌市的氣象要素與O3數據結合分析，尋找與其的相關性。在業務工作中，基于天氣要素氣象預報，可推算出未來一段時間內的臭氧濃度，為臭氧污染預警和科學防治提供參考。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

氣象要素資料來自西昌國家基本氣象本站（102°16′E，27°54′N），觀測場海拔高度1 590.9 m，資料年份為2016—2021年）。觀測要素包括氣溫、相對濕度、氣壓、風向、風速、地溫、降水等。

空氣質量資料來自涼山州生態環境局提供的每日空氣質量監測資料，采用24 h自動采樣。西昌市環境空氣質量功能區為二類區，執行國家《環境空氣質量標準》（GB 3095－1996）二級標準（表1）。

1.2 研究方法

主要利用臭氧濃度逐日數據，分析西昌市臭氧污染時間分布特征。在計算西昌市臭氧污染數據與氣象因素相關系數的基礎上，比較其相關系數，選擇具有代表性的氣象要素，并重新分析選定的臭氧要素和臭氧濃度，得出了各要素對臭氧濃度的影響。

2 臭氧的變化特征

2.1 臭氧的日變化特征

2016—2021年，西昌市O3日濃度變化范圍為1.00～248.00 μg/m3。平均值為63.5 μg/m3。O3日最大值為248.00 μg/m3，出現在2019年8月17日（圖1）。O3超標時段主要出現在14：00～17：00，其中，4、6、8月出現次數較多，分別為5、3、11 d。O3日變化呈現單峰型分布的特征，平均日變化范圍在35.00～100.00 μg/m3。變化模式與Fujita等的研究結果相似，可分為3個階段：O3階段和前體積累階段、O3光化學形成階段、O3消耗階段。00：00～08：00臭氧濃度全天處于低水平。這種變化的原因可能是夜間光化學反應弱，導致地表附近持續消耗O3，導致O3濃度持續下降。溫度、濕度和風速也會影響O3的濃度。低溫、高濕條件不利于O3的產生，最低濃度出現在05：00～08：00。之后，光化學學生階段開始了。隨著大量O3前體的釋放、溫度的升高和太陽輻射的增強，光化學反應增強，導致O3濃度增加并逐漸積累，在17：00左右達到最大值。由于太陽輻射減弱，O3達到最大值后溫度下降，使O3濃度又一次下降。

2.2 臭氧濃度的月變化特征

分析O3濃度月均值發現，西昌市O3濃度每月定期變化。一般來說，它的特點是中間濃度高、兩側濃度低。每年3—8月，O3濃度都很高，峰值集中在3—5月，9月明顯下降，在10月達到最小值。3—5月O3濃度最高，平均為119 μg/m3 ；6—8月的O3含量略低，分別為99 μg/m3；9—11月最低，為71 μg/m3。3—5月隨著溫度的升高，冬季風轉春季風，容易出現均壓場，不利于O3擴散，從而誘發O3污染。6—8雖然溫度高，但由于降雨日數的增多，不利于O3濃度的上升，以及豐富的降雨有利于O3及其前體物的清除，臭氧濃度也逐漸降低；而9—11月雖然降雨減少，但溫度也開始下降，仍不利于臭氧濃度的升高[1-2]。

3 O3濃度與氣象要素的相關分析

影響O3濃度的氣象要素眾多，現選取平均本站氣壓、平均氣溫、平均相對濕度、日照時數、20：00～翌日20：00降雨量進行相關分析。由表2可知，O3濃度與平均氣溫、日照時數等呈正相關，與平均相對濕度、降水量、本站氣壓等呈負相關。

3.1 溫度、日照時數對O3的影響

西昌市每年3—5月氣溫逐漸升高回暖、日照時間明顯長于其他月份，且風速較大，有利于平流層或對流層上部的高濃度臭氧向下輸送；6—8月雖然日照時數因雨日增多的原因，月平均日照時數低于3—5月，但因為中國的夏季，太陽直射在赤道、北回歸線區域，高溫炎熱和太陽光更強烈，紫外線強度增加，氮氧化物和揮發性有機物在紫外線的作用下生成臭氧更多，因此，在6—8月也易發生臭氧污染[3]；秋季，氣溫逐漸下降，陽光經常縮短，太陽輻射減弱，不利于光化學反應（圖2）。

此外，在秋季，大氣分層相對穩定，大氣顆粒物濃度增加，導致氣溶膠光學厚度增加，抑制光化學反應，導致臭氧濃度下降[4]。2016—2021年輕度以上臭氧污染日數21 d均出現在4—8月溫度較高的時刻，最高氣溫均高于24 ℃，

平均氣溫也高于該月平均溫度。這發生在日前最高溫度突然升高5～7 ℃的當天，或日最高溫度達到最近的極端值后2～3 d，由此可見，臭氧含量與溫度、日照時數之間呈正相關。

3.2 相對濕度對O3的影響

將臭氧月平均值與相對濕度的月平均值相比較，相對濕度較低的3—5月臭氧含量最高，當相對濕度小于60%時，臭氧平均濃度隨相對濕度的增加呈現升高趨勢，相對濕度在50%左右，臭氧含量平均值達到最高；當相對濕度大于60%時，臭氧濃度隨濕度增加呈顯著降低，說明高濕條件不利于臭氧的生成，這主要是因為水蒸氣會影響太陽紫外線輻射的強度（圖3）。

在高相對濕度的條件下，空氣中水蒸氣中的自由基，如OH和HO2，迅速將O3分解為O2，從而降低O3濃度。雖然水蒸氣不吸收太陽的紫外線，但其消光機制會導致紫外線輻射減少，從而影響O3濃度。由此可以得出結論，相對濕度高是形成污染物濕處理條件的重要指標，不利于O3濃度的積累[5-7]。相對濕度在30%～50%時較利于臭氧生成，臭氧與相對濕度兩者具有明顯的負相關性。

3.3 降雨對O3濃度的影響

降水偏多有利于O3濃度的下降和O3及其前體物的清除。用2016—2021年輕度及以上首要污染物為臭氧污染的日數與各年的年總降水日數相比較，降水日數最少的為2019年，臭氧污染日數最多，而降水日數較多的2016年和2020年則無臭氧超標日數。

臭氧濃度還與降雨時段有關系，圖4將2016—2020年各級雨量對應的臭氧平均濃度和超標率進行對比，結果顯示：暴雨量級小時臭氧平均濃度最高，降雨出現在夜間，白天停止，溫度升高，太陽輻射增強，一樣有利于臭氧濃度的升高，相反降雨出現在白天，則有利于O3濃度的下降。總體來看，O3是經復雜的光化學反應產生的二次污染物，其成因復雜，氣溫、日照和降水都是影響O3濃度變化的主要氣象因子。O3濃度的月變化趨勢受多種氣象因子的影響，無法用單一的氣象因子進行預報分析。

4 結論

（1）西昌市空氣質量輕度污染的首要污染物為臭氧，4—8月為O3濃度大值區，超標時段主要出現在14：00～17：00。

（2）臭氧含量與溫度、日照時數呈正相關。

（3）高濕條件不利于臭氧生成，相對濕度在30%～50%時較利于臭氧生成，兩者具有明顯的負相關性。

（4）臭氧濃度與降雨日數、降雨時段有關系，雨日偏多且出現在白天，則有利于O3濃度的下降和O3及其前體物的清除。

（5）O3是經復雜的光化學反應產生的二次污染物，其成因復雜，O3濃度的變化趨勢受多種氣象因子的影響，無法用單一的氣象因子進行預報分析。

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Characteristics of Ozone Pollution in Xichang City and Its Relationship with Meteorological Elements

Liu Jia （Liangshan Meteorological Bureau， Liangshan， Sichuan 615000）

Abstract Based on the daily quality concentration monitoring data from the Monitoring Center of Liangshan Prefecture Ecological Environment Bureau from 2016 to 2021 and the conventional meteorological observation data from the Xichang National Basic Meteorological Station during the same period， studied the characteristics of ozone pollution in Xichang City and its relationship with meteorological conditions. The results showed that during the spring and summer seasons， with the strengthening of solar radiation， ozone has become the primary pollutant for the prevention and control of light pollution in Xichang. The O3 concentration was high from March to August， The exceeding standard period occurred occured from 14：00 to 17：00; The ozone content was positively correlated with temperature and sunshine hours; There was a significant negative correlation between ozone concentration and relative humidity. High humidity conditions were not conducive to ozone generation， while relative humidity around 30%～50% was more conducive to ozone generation; The concentration of ozone was also related to the duration of rainfall. Rainfall occurred during the day， and O3 concentration decreases. Rainfall occurred at night， but it has no significant effect on reducing O3 concentration.

Key words Ozone; Meteorological factors; Air quality