典型草甸草原臭氧變化特征及氣象條件分析

買買提·阿布來提 李輝 陳亮 王珂 木拉提 瓦哈提

摘要：本文利用2017年1月-2018年12月烏魯木齊南山白楊溝地區近地面臭氧變化的觀測資料，找出了地面臭氧要素一年中分布、各時段變化及濃度變化分布規律。結果表明：該地區一年中臭氧要素最高出現的時間是在6月-7月，最低出現在12月，年均濃度為45.41μg/m3，月平均濃度變化范圍在20.9～59.36μg/m3 之間;一天時間里在16～20時之間的地面臭氧濃度最高值出現，最低在8～12時;一天內也有濃度變化規律，變化規律在4月份最大，其次在7月，1月和10月的濃度變化比較小;日平均變化規律在25.5～40.5μg/m3之間。

關鍵詞：臭氧;白楊溝地區;濃度

中圖分類號：X16 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）12-0-02

Abstract：Using the observation data of near-surface ozone change in the Baiyanggou area of Nanshan，Urumqi from January 2017 to December 2018，the regular distribution of the distribution of ozone elements in the year，the variation of each time period and the distribution of concentration changes were found.The results showed that the highest occurrence of ozone in one year was from June to July，and the lowest appeared in December. The average annual concentration was 45.41μg/m3，and the monthly average concentration ranged from 20.9 to 59.36μg/m3.The highest value of ground-level ozone concentration between 16 and 20 oclock in one day occurs， the lowest is between 8 and 12 oclock.There is also a law of concentration change within one day， the law of change is the largest in April，followed by a small change in concentration in July，January and October.The daily average variation law is between 25.5 and 40.5 μg/m3.

Key words：Ozone;Baiyanggou area;Concentration

1 研究方法

1.1 監測站點

烏魯木齊南山白楊溝站是中國氣象局沙漠氣象研究所建設的幾個區域大氣成分站之一，位于新疆維吾爾自治區烏魯木齊市南部的烏魯木齊縣甘溝鄉白楊溝村境內，距離烏魯木齊市50km，87°12′E，北緯43°28′N，海拔2090m，該站四周開闊，常年氣溫3.5℃，年均降水量約500mm左右，屬于典型的草甸草原。

1.2 儀器與方法

臭氧儀器安裝于烏魯木齊市南部的烏魯木齊縣甘溝鄉白楊溝村境內專用房子內，采樣傳感器在離地面為5m左右，大氣采樣點的周圍開闊，周圍無高樓，且無任何樹木遮擋。采樣儀器使用美國Thermo公司生產的49i型系列臭氧分析儀，定制范圍0～0.05至200ppm，0-0.1至400mg/m3，該儀器符合美國EPA要求。臭氧儀器每天24h在線連續觀測，每1min記錄1次數據，定期進行儀器定期計量檢定。

1.3 數據處理

本文連續觀測的數據，來自于每分鐘地面臭氧濃度資料，期間對其進行了篩選及部分剔除。儀器選擇每1min觀測一次，其中2017年1—6月，由于剛建站觀測數據不穩定造成有些數據缺測，2018年10—12月，由于監測儀器出現故障，我們使用前后兩個小時反差方法訂正或剔除補充數據，并刪除變化規律明顯有誤的數據。

其次，氣象要素選取烏魯木齊市牧業氣象試驗站野外觀測試驗基地2017—2018年持續監測的10米梯度塔自動氣象站資料。

2 結果分析

2.1 地面臭氧濃度的變化規律

2.1.1 臭氧濃度的月變化規律

2017年1月—2018年12月白楊溝地面臭氧濃度的四季節變化規律明顯，一年中6月—7月份出現在最高值，12月份出現在最低值，年平均地面臭氧濃度為45.41μg/m3，一年中月平均濃度變化規律范圍在20.9～59.36μg/m3之間。

2.1.2 地面臭氧濃度的日變化

圖1為2017—2018年1、4、7、10月及全年白楊溝四季濃度的變化規律，可以看出，該地區的日濃度變化規律非常明顯，一日之中16—20時左右出現最高值，8—12時最低值出現。日變化幅度也有明顯的變化，日變化幅度為：4月份>7月份>10月>1月。變化規律范圍在25.5～40.5μg/m3之間。

2.2 地面臭氧濃度與氣象條件的關系

2.2.1 臭氧濃度與風向/風速的關系

2.2.1.1與風向的關系

圖2選出2017—2018年4個代表月1、4、7、10、四季各風向對應的平均濃度玫瑰圖。可以看出，該地區臭氧濃度的變化與風向有密切的關系，臭氧濃度在SSW—SW—WSW—W風向扇區內濃度較高，平均地面臭氧濃度為38.52μg/m3;而在NNE—NE—ENE—E風向扇區內濃度較低且變化不大，平均地面臭氧濃度為31.61μg/m3。就這2年4個代表月而言，4月份臭氧濃度與風向的關系非常好且變化規律也較大，其次為10月和7月，1月份的變化為最小。

2.2.1.2與風速的關系

白楊溝2017—2018年不同風速的氣象條件下臭氧小時平均濃度變化情況，隨風速的變化而有變化，吹小風時，臭氧濃度變化也較低，風速加大時，臭氧濃度呈現增加的趨勢，尤其是風速在1～3m/s范圍內隨風速增大時，臭氧濃度隨風速增大，風速大于3m/s時，臭氧濃度隨風速增大的速度較減小。

2.2.2 地面臭氧濃度與濕度的關系

白楊溝相對濕度與臭氧濃度的變化規律關系也比較明顯。空氣濕度越小，濃度越高，呈現濃度隨濕度的增加而減小的變化趨勢。空氣濕度在<60%范圍內，濃度隨濕度的增大而減小的變化幅度較大，空氣濕度在>60%后，濃度隨空氣濕度的增大而減小的幅度較小。

2.2.3 臭氧濃度與單位面積上的大氣壓力的關系

白楊溝地區大氣壓力與臭氧濃度的關系也比較密切。單位面積上的大氣壓力越低，臭氧濃度越高，發現地面臭氧濃度有隨大氣壓力的升高而減小的趨向。

3 結論

（1）烏魯木齊南山白楊溝臭氧濃度的四季變化非常有規律性，最高值出現在6—7月，最低值則出現在冬季12月和1月，一年中平均臭氧濃度變化范圍為45.41μg/m3，月平均變化范圍在25.5～40.5μg/m3之間。

（2）白楊溝地區臭氧濃度也有顯著的日變化規律，一日之中最高值出現在16—20時左右，最低則出現在8—12時，日變化規律為4月份>7月份>10月>1月，日平均臭氧濃度的變化范圍在25.5～40.5μg/m3之間。

（3）白楊溝地區臭氧濃度變化規律與風向有密切關系，該區域的臭氧濃度在SSW—SW—WSW—W風向范圍內濃度比較高，平均為38.52μg/m3，而在NNE—NE—ENE—E風向范圍內濃度比較低且變化不大，平均為31.61μg/m3，就2017—2018年4個代表月而言，臭氧濃度與風向的關系在4月份>7月份>10月>1月。

參考文獻

[1]秦瑜，趙春生.大氣化學基礎[M].北京：氣象出版社，2003：85.

[2]王庚辰.大氣臭氧層與臭氧洞[M].北京：氣象出版社，2005：52-55.

收稿日期：2019-11-03

基金項目：中國沙漠氣象科學研究基金（sqj2015008）資助。

作者簡介：買買提·阿布來提（1977-），男，維吾爾族，學士學位，高級工程師，研究方向為應用氣象與草原生態研究。