氣象因素對攀枝花市臭氧濃度影響研究

梁 緣，黃丹，李佳琪，宋民豪，鐘可意，程馨

(1.成都理工大學 土壤與水污染協同控制與聯合治理國家環境保護重點實驗室，四川 成都 610059；2.成都理工大學 生態環境學院，四川 成都 610059；3.成都理工大學 地球科學學院，四川 成都 610059)

1 引言

隨著社會經濟的發展，我國的污染問題逐漸從以往單一煤煙型污染向復合型污染轉變，臭氧問題成為日趨凸顯的問題之一。臭氧是一種強氧化劑，若近地面或對流層大氣中臭氧濃度增加，會危害動植物的生長及人類健康[1，2]，給生態環境帶來嚴重危害[3]。國內外許多研究均表明，O3濃度除了受前體物排放的影響，還受氣象因素等因素的綜合影響。

盡管在不同地區，氣象因素對O3濃度的影響略有差異，但是對氣溫、相對濕度等氣象因子得出的結論大致相同。鄧雪嬌[4]、吳鍇[5]等研究表明O3濃度與紫外輻射、氣溫呈正相關關系，與相對濕度、降水呈負相關關系。由于地區不同，O3濃度與這些因素的相關性可能會略有差異。本文采用攀枝花市環保局O3監測數據與同期氣象臺數據，進一步分析了當地氣象與O3濃度間的相關性，以期為攀枝花市政府制定臭氧污染物的防護與管理政策提供相應參考。

2 資料與方法

2.1 站點的選擇

選取攀枝花市5個國控環境監測站的數據進行平均分析，即弄弄坪站、河門口站、炳草崗站、仁和站、四十中小站。

2.2 資料說明

選用 2015 年1月1日至12月31日弄弄坪站、河門口站、炳草崗站、仁和站、四十中小站5個站點逐日地面O3觀測資料、逐日地面氣象要素(包括溫度、相對濕度、風速)觀測資料進行分析。數據均根據《環境空氣質量標準》(GB 3095-2012)[6]進行了篩選，扣除了質控校準和停電故障。

3 結果與討論

3.1 臭氧濃度總體情況

攀枝花市2015年5個國控監測點的O3 8h-max濃度均值為79.38 μg/m3，整體濃度在10.2～174.80 μg/m3間波動。

3.2 氣象因素

3.2.1 氣溫

太陽輻射是影響O3形成的重要條件之一，由于缺少太陽輻射的數據，本文以溫度的變化來反映出太陽輻射強度的變化，利用溫度數據代替太陽輻射數據，將一年內不同時刻的O3與溫度相擬合，得到圖1。由圖1可以明顯的看到溫度與臭氧濃度成正比，且二者的相關性較高，與崔蕾等得出的結論一致[7]。一定程度上說明了在晴朗高溫的天氣條件下，O3污染更為嚴重。為進一步顯示O3濃度在不同溫度區間上的變化，對不同溫度區間下的O3濃度進行統計。從圖1中可看出，溫度升高，O3逐漸遞增，且增量變化不大。溫度在10～15 ℃之間時，O3均值為50 μg/m3，但溫度大于30 ℃時，O3的濃度超過了100 μg/m3，濃度增加超過了一倍，因此當溫度超過30 ℃時，需重點關注 O3污染問題，并提前做好應急預案。攀枝花市夏季均溫為30 ℃左右，冬季平均溫度也大于10 ℃，在冬季也不能松懈對O3的防護。

圖1 O3與溫度散點圖和不同溫度區間O3濃度均值

3.2.2 相對濕度

繪制相對濕度與O3濃度的關系圖(圖2)，可看出相對濕度增大時，O3濃度有下降的趨勢，但二者相關性不是很高，存在此狀況的原因可能是為控制其他因素(如太陽輻射等)保持不變，對O3濃度也有相應的影響。從不同濕度區間O3均值示意圖(圖2)中可以看出，除了濕度區間由20%～25%變為25%～30%，O3濃度略有較大上升外，其余區間濕度增加，O3濃度大部分呈現持平或者下降趨勢，相對濕度在55%～60%左右時O3已經下降到了很小的濃度。由此可以看出，降雨時，O3濃度會有所降低，這可能是由于水汽作用下因消光機制而使紫外輻射衰減[8]，并且相對濕度較高有利于O3干沉降作用的發生[9]，大氣中的水蒸氣與O3發生反應直接消耗O3[10]。

圖2 O3與相對濕度散點圖以及不同相對濕度區間O3濃度均值

攀枝花市為干熱河谷氣候，降水少而集中，降水主要集中在6～10月，因此在其他月份相對濕度較小，水汽阻攔紫外輻射較弱，因此旱季的O3污染要尤其得到高度重視。

3.2.3 風速

由風速與臭氧散點圖(圖3)可看出，風速增加時O3的濃度先增加后降低。從不同風速區間O3均值示意圖(圖3)可看出O3濃度在風速為4～4.5 m/s時達到最大值，當風速大于4.5 m/s時，O3濃度又有明顯下降趨勢。一項對北京市夏季O3污染特征的分析結果表明，O3富集層的向下輸送作用及穩定的邊界層對大氣擴散的不利影響是引起O3污染的重要原因[11]。風速大小不僅可以反映出污染物的清除速率，還在一定程度上反映了大氣邊界層內穩定度的強度。由此可知攀枝花市O3增加可能是因為風速的增加導致大氣層邊界高度的抬高，垂直動量輸送增加，進而促進對流層頂高濃度的O3向地面傳輸；O3降低的原因可能為風速增加了O3的水平擴散運動。攀枝花市內常年風速較低，加之以工礦業為主，因此政府應該根據風速風向來控制工礦業的運作。

圖3 O3與風速散點圖和不同風速區間O3濃度均值

4 結論

(1)攀枝花市的臭氧與溫度、相對濕度、風速等多種氣象因素有關。其中臭氧濃度變化與氣溫呈正相關性，相關性較高。與相對濕度、風速呈負相關性，相關性較低。

(2)攀枝花市夏季溫度較高，太陽輻射強，應當注意O3污染，在旱季和靜風頻率較大的時期也應注意臭氧污染的防治。提示有關部門在溫度較高、旱季以及風速在4～4.5m/s時要注意提前研判及時向管理部門預警，做好臭氧污染防控。其次提示有關部門在設立有污染物排放的工廠應當在風速與風向的綜合考慮下進行。

(3)除氣象因素外，臭氧還受前體物等因素的影響，攀枝花市作為工礦業城市應當采取排污收費以及區域聯合管控、產業轉型等措施來減小臭氧污染以及其對動植物和人類的影響。