云南近地面O3濃度的影響因素探討

王 健，竇 艷,2，楊鴻亮，邱 飛，向 峰

(1.云南省環(huán)境監(jiān)測中心站，云南 昆明 650034；2.云南大學(xué)，云南 昆明 650000；3.保山市環(huán)境監(jiān)測站，云南 保山 678000)

云南近地面O3濃度的影響因素探討

王 健1，竇 艷1,2，楊鴻亮3，邱 飛1，向 峰1

(1.云南省環(huán)境監(jiān)測中心站，云南 昆明 650034；2.云南大學(xué)，云南 昆明 650000；3.保山市環(huán)境監(jiān)測站，云南 保山 678000)

利用2015年云南地區(qū)38個國控監(jiān)測站的數(shù)據(jù)對O3與顆粒物及氣象要素進行分析，結(jié)果表明：O3與顆粒物濃度有一致的變化規(guī)律；不同的氣象要素與O3濃度的變化有很大差異，其中濕度與O3濃度之間有很明顯的反向變化趨勢，氣溫與O3有較好的一致性，而O3與氣壓、風(fēng)速變化的關(guān)系并不明顯。

O3；顆粒物；氣象要素；云南

0 引言

O3具有很強的氧化性、極不穩(wěn)定，90%的O3集中分布在平流層，能夠減少到達地面的紫外輻射從而對地球上的生命有保護作用；在對流層中的O3含量雖少，但其濃度的變化對人體健康和農(nóng)作物有很大影響[1-2]。當(dāng)O3濃度較低時，有助于降低血壓，促進新陳代謝，增強機體的免疫力，對一些疾病有很好的治療效果，還能作為消毒劑和保鮮劑。當(dāng)O3濃度較高時，O3會阻礙血液輸氧功能，誘發(fā)淋巴染色體畸變，損害某些酶的活性和產(chǎn)生溶血反應(yīng)[3]。因此，研究近地面O3濃度的變化對人類的生產(chǎn)生活有重要意義。對于近地面O3濃度變化的成因目前尚無定論，本文就氣象條件的變化與O3濃度變化進行了分析，旨在為近地面O3變化特征研究積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 監(jiān)測概況

1.1 監(jiān)測點位

云南省16個城市共40個國控監(jiān)測點位，如圖1 所示，文章利用了38個常規(guī)站數(shù)據(jù)進行分析(除去昆明市西山森林公園與麗江市西南郊兩個背景站)。

1.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)與統(tǒng)計方法

利用2015年云南省15個(除玉溪外)城市的O3監(jiān)測數(shù)據(jù)及相關(guān)氣象數(shù)據(jù)，共計天數(shù)為365d。按《GB-2012 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中O3日最大8h的二級標(biāo)準(zhǔn)的濃度限值100μg/m3進行O3污染的判定標(biāo)準(zhǔn)，即當(dāng)O3日最大滑動8h平均值>100μg/m3，則當(dāng)日為O3污染；采用Microsoft excel、ArcGIS軟件進行處理。

2 污染特征

從圖2中2015年云南16個城市O38h濃度的分布情況可以看到昭通是受O3污染天數(shù)最多的城市，其次是曲靖、保山、蒙自、芒市。污染情況在各城市間有很大的差異性，有的城市總的污染天數(shù)多，但輕度污染天數(shù)比例低；有的城市總的污染天數(shù)少，但輕度污染的天數(shù)比例高。因此，探究影響O3濃度變化的因素應(yīng)該分城市、分區(qū)域考慮，才能找到更客觀、更接近城市實際狀況的影響因子。

3 全年相關(guān)性分析

3.1 O3與顆粒物

云南地區(qū)顆粒物濃度與O3濃度變化呈正相關(guān)，通常情況下顆粒物在空氣中會減弱到近地面的太陽輻射不利于生成O3的光化學(xué)反應(yīng)，但是云南特殊的地理位置導(dǎo)致了顆粒物濃度與O3濃度變化具有協(xié)同性。當(dāng)以晴好天氣為主時，空氣濕度普遍下降，此時空氣中的顆粒物(如道路揚塵、地面揚塵等)濃度增加。顆粒物含量上升能夠部分減弱太陽輻射，但云南地區(qū)海拔較高，大部分地區(qū)海拔在1500～2800m，顆粒上升的濃度不足以有效地削弱太陽輻射，而此時晴好的天氣狀況較陰雨天有更多的輻射到達近地面使得O3濃度升高；云南地區(qū)受西南季風(fēng)控制，當(dāng)天氣以陰雨為主時，來自孟加拉灣和印度洋的水汽使空氣中的濕度含量增加，使得顆粒物濃度與O3濃度一致變化，同時，云量的增加使得到達近地面的太陽輻射減少，O3濃度降低。最終導(dǎo)致了全年顆粒物日均濃度與O3日最大8h濃度變化有正的相關(guān)性。其中蒙自、景洪、普洱、臨滄、芒市5個城市O3濃度變化與PM10、PM2.5的相關(guān)性都達到了0.5以上，可視為高度相關(guān)的地區(qū)。這些城市位于云南偏南偏西地區(qū)，是西南氣流首先影響到的區(qū)域，空氣中水汽含量較高容易使顆粒物沉降，也容易形成較多的云量使得O3濃度下降，因此在這些地區(qū)顆粒物的濃度變化與O3濃度變化有很好的一致性。

表1 云南16個城市O3與顆粒物相關(guān)系數(shù)表

3.2 O3與氣象要素

由于玉溪市未能獲取到氣象數(shù)據(jù)，文章僅對余下15個城市進行分析。

3.2.1 O3與風(fēng)速

從表2中可以看出城市O3的濃度變化與風(fēng)速變化有弱正相關(guān)，這與通常對污染物濃度變化的認(rèn)識不一致。這是由于云南地區(qū)全年風(fēng)速變化不大，風(fēng)速對O3的擴散基本無影響。有部分研究表明近地面O3的變化與垂直方向的傳輸有關(guān)，與近地面水平擴散基本沒有太大關(guān)系。其中普洱在5月6日—5月11日，5月13日—6月14日的風(fēng)速都超過10m/s，仍有2d O3日最大8h濃度達到輕度污染，說明普洱地區(qū)近地面風(fēng)速大小與O3的擴散無直接關(guān)系。也有研究表明[4]當(dāng)風(fēng)速較大時在O3未消散前能被儀器檢測到。

表2 云南15個城市O3與氣象要素相關(guān)系數(shù)表

3.2.2 O3與氣壓

氣壓的變化影響水平方向的氣流輸送，通常情況下污染物從密度高的空氣向密度低的空氣流動，當(dāng)局地氣壓下降時，O3含量升高；當(dāng)局地氣壓上升時，氣壓下降地區(qū)的O3含量下降。氣壓的變化也影響垂直方向的氣流輸送，當(dāng)處于低壓時氣壓降低，上升氣流增強會使O3濃度降低，同時會使云量增多，到達地面的太陽輻射減少使得O3含量降低；當(dāng)處于低壓時氣壓上升，同時會使云量減少，更多的太陽輻射到達地面上升氣流減弱會使O3濃度上升，使得O3含量降低。當(dāng)處于高壓時，情況與之相反。結(jié)合云南省地區(qū)2015年全年氣壓與O3的變化趨勢可以看出，本地區(qū)氣壓與O3濃度變化沒有很明顯的相關(guān)性。

3.2.3 O3與氣溫

昭通、昆明、曲靖、保山、蒙自5個城市O3濃度變化與氣溫的一致性較高，相關(guān)系數(shù)都在0.35以上。其中昭通O3濃度變化與氣溫有很好的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達到0.56，O3的濃度隨氣溫的增加而增加，如圖3所示。當(dāng)?shù)孛娼邮盏捷^多的太陽輻射時為O3的生成提供了良好的前提條件，此時近地面空氣也被加熱使得溫度上升，于是O3和氣溫具有良好的一致性，與其他地區(qū)的研究結(jié)果一致[5-6]。

3.2.4 O3與濕度

云南地區(qū)O3與濕度有很好的反相關(guān)，除香格里拉有很弱的正相關(guān)外，在文山、景洪、芒市、普洱4個城市全年的相關(guān)系數(shù)高達-0.8。對于這些城市而言，O3的濃度會隨濕度的增加而下降。濕度增加產(chǎn)生的云量較多，不利于太陽輻射達到地面，同時濕度大也是降水的前體條件，有降水時天氣主要以陰雨為主，達到地面的輻射減少更為明顯，使得O3濃度降低；當(dāng)以晴好天氣為主時，到達地面輻射增加，有利于O3生產(chǎn)，近地面水汽受熱上升隨風(fēng)消散，同樣呈負相關(guān)關(guān)系。

4 結(jié)論

在云南不同地區(qū)氣象因子對O3濃度的影響存在差異，但總的說來大部分城市的O3濃度變化與顆粒物及氣象因子保持了一致的變化規(guī)律。O3濃度與顆粒物濃度變化有一致性。

O3與風(fēng)速的變化一致性不明顯，在風(fēng)速較大時，并未表現(xiàn)出O3濃度減少，還有待進一步研究。

O3與氣壓的變化也沒有很明顯的一致性，在不同天氣系統(tǒng)下，O3的變化不同使得全年未見明顯相關(guān)性。

O3與氣溫也呈一致變化，太陽輻射增強氣溫上升，有利于O3濃度上升。

O3與濕度具有很強的負相關(guān)，當(dāng)濕度變大，云量增加，達到地面輻射減弱，O3生成減少。

[1]金明紅, 黃益宗. 臭氧污染脅迫對農(nóng)作物生長與產(chǎn)量的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 2003, 12(4):482-486.

[2]沈琰, 楊衛(wèi)芬, 蔡惠文. 常州市典型臭氧污染天氣過程及成因分析研究[J]. 環(huán)境科學(xué)與管理, 2013, 38(12):173-177.

[3]郭遠珍. 臭氧與生態(tài)環(huán)境[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 2013.

[4]王闖,王帥, 楊碧波,等. 氣象條件對沈陽市環(huán)境空氣臭氧濃度影響研究[J].中國環(huán)境監(jiān)測,2015,31(3).

[5]吳有恒, 倪雷. 淺析近地面層臭氧濃度與氣溫的關(guān)系[J]. 貴州氣象, 2009, 33(6):18-19.

[6]劉瓊. 上海地區(qū)氣溶膠對近地面臭氧的影響研究[D]. 上海：東華大學(xué), 2012.

Study on the Factors Impacting Ozone Concentration at Ground Level in Yunnan Province

WANG Jian1, DOU Yan1,2, YANG Hong-liang3, QIU Fei1, XIANG Feng1

(1.Yunnan Environmental Monitoring Center, Kunming Yunnan 650000 ,China)

The monitoring data of 38 State-Controlled stations in Yunnan was adopted to analyze the correlation between ozone concentration and particulate matter and meteorological elements. The results showed that ozone and particulate matter concentrations kept consistent tendency. However, ozone concentration changed dramatically with different meteorological elements. Humidity demonstrated significantly negative trend with ozone concentration, while temperature and ozone were consistent. The relationship between ozone concentration, air pressure, and wind speed was not obvious.

ozone; particulate matter; meteorological elements; Yunnan

2016-08-18

2016年云南省環(huán)保廳“云南省城市大氣臭氧污染成因調(diào)查”課題支持。

王健(1979-)，男，漢族，云南昆明人，學(xué)士，高級工程師，主要從事大氣污染治理工作。

X51

A

1673-9655(2017)01-0042-04