氣象因子與天氣系統對臨滄市O3 污染影響的探討

邱東云，何劍勇

云南省臨滄市氣象局，云南臨滄 677000

氣象因子與天氣系統是決定空氣質量的兩大關鍵因素，但是在國家工業高度發達的當代社會中，空氣質量始終得不到重視，整體表現水平較低，其中霧霾、酸雨等惡劣氣象狀況頻頻出現，城市環境污染嚴重。為此，深入研究氣象因子與天氣系統之間的相互關系還是有必要的。

1 氣象因子與天氣系統之間的相互關系

我國天氣系統中的空氣質量污染物較多，其中SO2污染最嚴重，NO2吸入顆粒污染物也非常之多，一般在每年4月開始就呈現下降趨勢。在分析天氣系統后可以發現，系統中的相對濕度會導致某些氣象因子污染物濃度下降。例如：SO2的濃度變化會通過濕度下降來形成酸雨，不利于農作物農業生產過程(對農作物傷害較大)，對農業經濟長期可持續發展也極為不利。

對氣象因子產生變化的主要影響因素包括以下幾種：第一種是相對濕度指標，如果空氣中相對濕度偏高，空氣中的污染物就會明顯減少，一般在冬季和初春季節，氣象因子中相對濕度指標較高，但是溫度指標較低，所以天氣系統中的污染物會轉化為固體形態存在于空氣中，如可見性相對偏弱的大霧中，相對濕度指標會明顯上升。

第二種是逆溫影響指標。根據相關研究文獻記載可以發現，由于逆溫所產生的無風或風小情況比較多。這一情況也會出現在冬季和初春。以無風情況為例，天氣系統中的各種污染物是不容易分散的，所以距離地面相對較近的區域污染物濃度會大幅度增加，不利于城市居民的生產生活。

第三種是燃煤影響指標。在我國農村地區存在燃煤取暖指標超標問題，這是因為農村居民未能應用先進的燃煤技術，所產生的污染問題較大。其中，所產生的可吸入顆粒污染物和SO2量大，它們直接加快了空氣質量的惡劣進程。

第四種是浮塵天氣影響指標。這一天氣系統指標存在于春季。因為春季大風氣候特征表現明顯，所以容易產生浮塵天氣，導致空氣中污染物含量進一步增多，空氣質量也會明顯下降。

在深入分析天氣系統中的空氣質量，探討其與氣象因子之間所產生關系時，需要進一步了解污染物濃度與氣象因子之間的單相關系數，如風速、降水量、相對濕度、最高氣溫變化等，都與天氣系統息息相關。在分析天氣系統中空氣質量與氣象因子之間關系時，需要再次舉例說明。例如：每日最高氣溫在SO2影響下逐漸下降，所產生的關系也呈顯著的負相關關系。在每日最高氣溫的影響下，SO2指標水平會逐漸升高，由此判定兩者之間會產生正相關關系。基于上述分析方式可以發現，空氣中的各種污染物濃度與氣象因子有關，當污染物濃度發生變化時，是多種氣象因子影響所致的。所以要充分考慮氣象因子影響，由此了解氣象因子與天氣系統兩者關聯關系[1]。

2 臨滄市O3污染概況

臨滄市位于云南省西南部，是省下轄地級市。當地受到西南季風氣候的影響，所以西南渦流氣候現象較明顯。臨滄市干雨季分明，雨水較多，日照時間較長(年平均日照數超過2 000 h)。所謂西南低渦就是指我國西南地區所存在的中尺度氣旋低壓系統，其尺度可以達到300～500 km，是典型的中尺度渦旋。在臨滄市，由于受到西南低渦影響，城市中的O3濃度變化較大，所產生的影響也是多種多樣的。在臨滄市冬夏半年低渦日與非低渦日的O3濃度差異變化較大，需要結合顯著性檢驗展開，并進行0.05水平的顯著性檢驗。因此，臨滄市是容易受到西南低渦影響的，O3濃度差異性較大，進而導致O3污染產生，治理工作難度越來越大。

3 氣象因子與天氣系統對云南省臨滄市O3污染的影響

3.1 氣象因子對臨滄市O3污染的影響

3.1.1 太陽輻射強度因子對臨滄市O3污染所產生的影響目前，臨滄市深受O3濃度增大影響，其在一天內的變化幅度大，在臨滄市不同月份之間的表現存在顯著的差異。其中，所受到的氣象因子影響較多，包括太陽輻射強度氣象因子影響，它直接影響了臨滄市天氣系統中的O3濃度高度變化，導致NO2被光合分解進而產生O3，為地表提供大量熱量，導致氣溫水平升高。為此，深入分析由O3所產生的熱化學反應也是有必要的，例如：2019—2022年臨滄市的O3小時濃度與輻射強度監測數據分析結果來看，如果臨滄市輻射強度有所下降，其O3小時濃度應該達到0～150 μg/m3濃度范圍。伴隨太陽輻射強度的逐漸增加，低濃度范圍內的數值會逐漸減少；如果輻射強度達到500～600 W/m2范圍時，O3小時濃度會出現較多超標時刻，超標率達到3.3%左右[2]。

綜上所述，需要了解臨滄市中O3、NO2的光解速率變化，包括光解速率與其季節、時刻所產生的密切關系。因為光解速度會伴隨太陽輻射強度的增加而逐漸加快，就會促進O3濃度水平不斷升高。以臨滄市為例，其日出時間大為06:00～07:00，日出后太陽輻射水平逐漸上升，O3小時濃度也會逐漸升高。但在下午太陽輻射水平有所下降，O3的生成速率有所放緩，且濃度大幅度下降。在臨滄市，全年太陽輻射強度規律變化較大，其中夏季最強，冬季最弱，但是O3濃度變化規律相對一致[3]。

3.1.2 溫度因子對臨滄市O3污染所產生的影響溫度因子對于臨滄市O3污染所產生的影響較大，從2019—2022年臨滄市不同溫度區間展開分析，其在1 h之內的濃度變化較大，例如：臨滄市O3小時濃度會伴隨溫度升高而增加，如果溫度低于28 ℃時，O3小時濃度一般都處于低值區，但較少出現超標現象問題。具體來說，O3超標時刻多集中在高于28 ℃，且溫度段內O3濃度水平普遍較高；但如果溫度低于28 ℃時，O3小時濃度是同樣處于高值區的[4]。總體來講，溫度變化對前體物濃度產生的影響更大，導致大量O3的生成，屆時O3濃度變化明顯。溫度因子變化較大，在不斷升高后，O3小時濃度的前體物濃度顯著上升。在臨滄市，要結合溫度與O3濃度變化來展開分析，保證兩者溫度變化趨勢趨于一致，全面證明溫度因子對于O3小時濃度的具體影響[5]。

3.1.3 相對濕度因子對臨滄市O3污染所產生的影響從2019—2022年臨滄市不同的相對濕度區間展開分析，其O3小時濃度變化較大，且伴隨相對濕度因子增加變化后，臨滄市的O3小時濃度會呈現先增加、后減少的發展態勢。如果相對濕度低于50%時，O3小時濃度會不斷增加；如果相對濕度高于50%時，則O3小時濃度與濕度之間呈現負相關關系。再分析臨滄市O3小時濃度達到40%～70%這一濕度范圍時，其相對濕度也會增加70%以上。因此，需要分析相對濕度因子對臨滄市O3污染產生的負面影響，了解其中低于100 μg/m3的濃度段。同時分析O3超標時刻逐漸減少這一問題，其相對濕度大于70%，超標率不足0.1%[6]。

第一，臨滄市如果由于雨季而導致相對濕度較高，需要在臨滄市植物中打開氣孔，大量吸收O3確保O3實現干性沉淀；第二，臨滄市如果相對濕度較高，可以將O3直接轉化為氧化劑，并保證低價態酸性物質轉化為高價態的硝酸鹽和硫酸鹽，了解O3的被消耗過程。如果臨滄市屆時水汽含量相對較高，則需要分析SO2顆粒物表面吸收水汽轉化情況，這樣對提高氧化反應速率大有裨益，有利于加速O3消耗；第三，如果水汽含量較高，則需要保證H2O與O3光解速率不斷提高，形成激發態氧原子反應，最后生成OH自由基，這樣對O3前體物反應變化影響顯著，會導致O3濃度升高。一般來說，相對濕度是能夠通過吸收太陽輻射間接影響O3小時濃度的，而臨滄市天氣系統中的水汽含量變化則會影響地面太陽輻射程度，通過影響光化學反應速率變化來調整O3濃度變化。如果根據2019—2022年臨滄市氣象觀測數據計算，可以了解到當地水汽對太陽總輻射的吸收量與水汽含量之間呈現出正相關變化關系，如果水汽含量增大，所吸收的太陽總輻射量越多，然而太陽輻射強度在接近地面后會大幅度減小，如此就能影響到O3的生成[7]。

3.2 天氣系統對臨滄市O3污染的影響

天氣系統對臨滄市O3污染產生的影響較大，就2019—2022年臨滄市夏半年非低渦日為例(非低渦日天數為590 d)，其中有340 d發生降水情況。臨滄市下半年低渦日天數為120 d，其中濕低渦日為60 d，如果結合這些數據分析O3污染濃度分級變化，則需要了解O3污染濃度天數變化與天氣系統之間所產生的影響關系[8]。總體來講，無論是低渦日還是濕位渦日，都需要了解降水情況變化對O3污染產生的影響，了解高濃度頻率下的濕位渦日變化情況，表明除降水情況以外，引發O3污染效應的問題還有很多。這里重點討論低渦活動，它導致臨滄市中O3小時濃度明顯下降[9]。

根據相關研究對比可以發現，2019—2022年范圍內臨滄市在發生降水的非低渦日發生了O3濃度變化，此時需要分析低渦活動與O3污染效應對于臨滄市O3濃度產生的影響，了解其影響程度[10]。為此，臨滄市采用了概率密度函數PDF來表征說明臨滄市非低渦日情況，了解O3濃度之間所產生的差異變化。在分析臨滄市夏半年濕位渦日變化后，需要了解其O3污染濃度變化中非低渦日顯著差異的問題，基于這一現象表明在低渦活動的影響下O3濃度影響程度變化，此時需要分析降水量。根據相關研究，充分運用2019—2022年污染物監測數據變化過程中，需要結合同期氣象資料分析西南低渦統計數據變化，結合相關數據了解臨滄市O3濃度影響變化，并得出有價值的研究結論[11]。

在深度分析2019—2022年西南低渦活動影響下臨滄市的O3污染變化時，需要深入了解其O3濃度下降變化情況。主要是在夏半年低渦日分析O3濃度是否顯著低于非低渦日。在分析0.05水平下的顯著性檢驗的過程中，需要了解冬半年O3濃度變化，建立顯著性檢驗工作機制。在深入分析濕低渦變化時，需要了解臨滄市中的濕位渦發生情況，保證O3濃度影響程度明顯小于降水所引發的濕清除效應。如果沒有發生降水，低渦活動就會對臨滄市O3污染中O3濃度產生影響，大幅度降低O3濃度[12]。

在分析天氣系統對臨滄市O3污染所產生影響的過程中，需要分析臨滄市O3濃度變化情況，了解O3污染影響城市氣象因子變化過程。同時，需要基于太陽輻射強度對所生成的O3變化展開分析，了解其擴散程度變化，確保混合成高度O3濃度呈現出一定的正相關關系。在這一過程中，若臨滄市的風速小于2 m/s，也需要分析臨滄市出現O3污染后主要表現出的風向變化情況。例如：強太陽輻射有利于臨滄市O3污染變化，其中O3超標集中出現在溫度＞28 ℃時的濕度情況，其濕度范圍控制在40%～80%范圍內，其太陽輻射量大致控制在500 W/m2以上，這一期間O3污染嚴重，O3超標率達到最高水平。

4 氣象因子與天氣系統對云南省臨滄市O3污染影響問題的解決對策

目前，國內對流層中O3污染的形成機理明確，它從單一O3污染逐漸轉變為PM2.5和O3復合污染。在構建監測預警預報機制的過程中，需要明確減排法規標準，分析其中關鍵控制技術。為此，探討了氣象因子與天氣系統對臨滄市O3污染影響問題的解決對策。

臨滄市需要加強對PM2.5和O3復合污染成因機理的深入研究，科學建立協同控制機制，分析其中可能存在的污染演變過程，并將影響因素進行量化處理。總體來講，要結合多種要素、尺度、維度數據來厘清PM2.5和O3復合污染成因機理。在探索過程中，也需要了解臨滄市復合污染擴散模型，同時做好定性定量的環境因子分析。因此，目前臨滄市正在加速建設以VOCs、NOx為主的大氣O3監測網絡體系。

要深入了解O3污染成因，通過長時間、大范圍、大尺度研究理解臨滄市區域的O3污染成因和來源情況。目前，臨滄市已經結合國內大量研究來識別各個敏感區域、解析污染來源、分析影響因素與機理、提出具體防治措施，展開系統性管理工作。在后續的精細化污染防控工作中，臨滄市需要結合氣象、環境以及季節、政策等因素制定適合于臨滄市的“一市一策”防止措施，主要分析不同O3污染等級，制定相應的應急和管制方案，滿足臨滄市O3污染影響問題的針對性、精細化防控管理要求。

臨滄市科學優化了大氣O3評價指標，主要對O3污染影響研究結果進行分析，定期審核設定O3評價指標，解讀其評價指標的科學性和合理性。臨滄市結合國內氣象因素與環境條件分析并提煉數據，制定出符合城市污染影響處理要求的評價指標、考核方法。同時持續推進城市O3污染防控措施的實施。例如：制作VOCs排放清單，同時對O3污染影響進行分區分時管控，制定一系列常態化防控管理辦法。

5 結束語

當前，氣象因子與天氣系統都會影響城市O3污染變化，其中對O3濃度指標的影響最大。因此，需要深入研究臨滄市的空氣質量與氣象因子變化，思考其中的相互關聯關系，分析空氣中各種污染物所呈現出的變化趨勢。同時，基于一定結果分析氣象因子與天氣系統之間關系，為臨滄市O3污染變化與O3超標程度展開深層次分析，為臨滄市未來天氣系統、氣象因子朝良性發展變化創造條件。