氣象條件對福州市夏季臭氧（O3）濃度的影響研究

謝祖欣，馮宏芳*，林文，張福旺，李丹，陳彬彬，蔣永成

1. 福建省災害天氣重點實驗室，福建 福州 350001；2. 福建省氣象科學研究所，福建 福州 350001；3. 福建省環境監測中心站，福建 福州 350003；4. 海峽氣象開放實驗室，福建 廈門 361012

近年來，隨著《大氣污染行動計劃》的頒布實施，中國大氣顆粒物污染得到了有效控制（Chen et al.，2018）；然而，以臭氧（O3）污染為代表的大氣光化學污染問題日益凸顯（Madaniyazi et al.，2016；Wang et al.，2016；Lu et al.，2018），成為中國大氣污染防治面臨的新挑戰。除卻少量平流層輸送，城市中絕大部分臭氧是由人類活動排放的揮發性有機物（VOCs）、氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）等前體物在太陽光作用下，通過一系列光化學反應生成的二次污染物（Seinfeld et al.，2006；Zhang et al.，2014；唐孝炎等，2016）。前體物的濃度、比例與O3產生速率之間呈復雜的非線性關系。同時，氣象條件在臭氧的形成、轉化和擴散過程中也扮演著重要角色（Lu et al.，2019；Lin et al.，2008），如溫度的升高可以通過改變光化學反應速率直接

促進臭氧生成（Lee et al.，2014；Fu et al.，2015）；相對濕度的增加可以導致對流層下部臭氧濃度的降低（Kalabokas et al.，2015；He et al.，2017）；氣象條件通過改變化學反應速率、干濕沉降、輸送等間接影響臭氧濃度（Lin et al.，2008；Lu et al.，2019）；太陽輻射、氣溫、相對濕度、風速風向等是造成臭氧濃度日、季節和年際變化的重要原因（Gao et al.，2005；Tie et al.，2009；Ding et al.，2013）。作為氧化性較強的反應性氣體，O3對大氣化學過程、氣候變化、人體健康和生態環境等都有重要影響。作為溫室氣體，O3通過產生正輻射強迫影響全球氣候；同時 O3也可通過在光化學反應中影響溫室氣體（如甲烷）濃度而間接影響氣候變化（Solomon et al.，2007）。高濃度O3會對人體健康造成危害：如刺激呼吸系統、破壞人體免疫機能等，長期暴露可能對人體造成慢性健康影響（Ito et al.，2005；Bell et al.，2007；Chen et al.，2016）。此外，近地面高濃度 O3還會影響農作物生長、加速建筑材料老化等（Lee et al.，1996；金明紅等，2003；鄭啟偉等，2005；Kavassalis et al.，2017）。

針對氣象條件對臭氧污染的影響，通過統計分析和數值模擬方法，近年來國內開展了大量研究工作。王燕麗等（2017）通過對京津冀地區夏季臭氧污染輸送特征研究發現，京津冀城市群臭氧污染受區域傳輸貢獻顯著（＞80%），而本地源貢獻相對較小。王磊等（2018）研究了氣象條件對南京地區近地面臭氧濃度的影響，結果表明高濃度臭氧污染是多因子綜合作用的結果，典型氣象條件表現為太陽輻射強，低云量少，相對濕度適宜，地面小風速及特定風向。Yin et al.（2019a）利用 KZ（Kolmogorov-Zurbenko）濾波法分析了2014—2018年廣州的臭氧濃度，結果表明，太陽輻射、溫度、相對濕度和風速對臭氧濃度變化的貢獻達到76%。Li et al.（2020）利用城市空氣質量數據研究分析地面臭氧濃度并指出，2013—2019年，中國夏季最大8 h平均臭氧濃度為以 3.7 μg·m?3·a?1的速率增加；華北地區的增長速率最快，為 6.4 μg·m?3·a?1；珠三角的增長速率為 μg·m?3·a?1；其中氣象條件對中國、華北和珠三角地區臭氧濃度的貢獻分別為 1.4 μg·m?3·a?1、2.7 μg·m?3·a?1和 1.6 μg·m?3·a?1。Liu et al.（2020）利用區域化學運輸模型 CMAQ（Community Multiscale Air Quality modeling system）評估了2013—2017年中國各地區氣象條件變化和人為排放對夏季臭氧水平的貢獻，結果表明，氣象對臭氧趨勢的影響因地區和年份而異，在中國東部城市，氣象條件對臭氧濃度的影響比人為排放變化的影響更顯著；風場的變化對中國許多地區地面臭氧的增加有顯著的貢獻。

盡管目前已有大量研究分析了氣象條件對近地面臭氧濃度及其變化的影響，但中國幅員遼闊，氣候背景、氣象條件、地形地貌等都有很大差距，大氣污染狀況、污染成因、輸送機制等也各不相同。福建省夏季持續時間長，多晴熱、高溫、強輻射天氣，沿海地區夏季首要污染物多為臭氧（O3）。以福州市為例，2013—2016年，福州市大氣污染以顆粒物污染為主；而從 2017年起，臭氧濃度明顯上升，且首要污染物連續3年均為臭氧，臭氧污染已成為福州市繼大氣顆粒物污染之后面臨的主要大氣環境問題。本研究利用環保部門公開發布的大氣成分監測數據，結合氣象資料，分析了福州市夏季O3污染特征和典型污染過程，重點關注氣象條件對O3污染的影響，以期為近地層O3污染控制、O3濃度預報預警提供科學參考。

1 數據與方法

1.1 空氣質量數據

空氣質量數據來自中國環境監測總站“全國城市空氣質量實時發布平臺”（http://113.108.142.147:20045/emcpublish）。福州市共有6個國控點，其中師大、五四北路、楊橋西路、紫陽和鼓山為城市站點，九龍為背景站點。數據處理過程中，為確保數據統計的有效性，參考GB 3095—2012《環境空氣質量標準》、HJ 633—2012《環境空氣質量指數(AQI) 技術規定》和HJ 663—2013《環境空氣質量評價技術規范(試行)》等標準，對數據進行了如下質量控制：8 h平均至少有6個小時平均濃度值，否則視為無效。自然日內臭氧日最大 8 h平均濃度（ρ(O3-8h)）有效性規定當日08:00—24:00至少有14個有效的8 h平均濃度值。2017年，福州市ρ(O3-8h)有效樣本數量為347。

1.2 氣象數據

氣象資料主要來源于，（1）福州國家基準氣象站提供的地面氣象數據；（2）中國氣象局公開發布的中國陸面數據同化系統（CLDAS）中的短波輻射同化數據（http://data.cma.cn/）；（3）氣團軌跡模擬采用了NOAA（National Oceanic and Atmospheric Administration，美國國家海洋和大氣管理局）HYSPLIT4軌跡模式（Draxlerand Hess，1997），初始氣象場為 NCEP（National Centers for Environmental Prediction，美國國家環境預報中心）(https://ready.arl.noaa.gov/HYSPLIT.php)、GDAS（Global Data Assimilation System）0.5°×0.5°全球數據同化系統資料(https://rda.ucar.edu/datasets/ds083.3/）；（4）高空氣象場采用了 NCEP FNL 1°×1°全球再分析資料（final analyses data)(http://dss.ucar.edu/datasets/ds083.2）。

根據《中華人民共和國氣候圖集》的四季起止期標準，侯平均氣溫≥22 ℃即進入夏季，按照這一標準，2017年，福州市的夏季約從每年5月持續至9月，本文選取2017年5—9月為研究時段，分析氣象條件對福州市夏季臭氧濃度的影響及污染特征。

2 結果與討論

2.1 O3總體分布特征及其與氣象因子的關系

2017年，福州市ρ(O3-8h)有142 d良，14 d輕度污染；臭氧1 h平均濃度ρ(O3)有121時次良，25時次輕度污染。結合近年來關于臭氧時空分布的研究（Yin et al.，2019b；Li et al.，2020；Liu et al.，2020）可知，福州市夏季ρ(O3-8h)與華南地區的平均濃度相當，普遍低于華北和華東。在華南地區，珠三角城市群夏季臭氧污染最嚴重，其次是福建中南部沿海，其中大中城市的近地面臭氧污染與人為排放關系密切（Fu et al.，2012）。根據福建省環境保護廳發布的“城市環境空氣質量通報”（http://www.fjepb.gov.cn/zwgk/kjjc/hjzl/），2017年5—9月，福州市首要污染物均為 O3。臭氧空氣質量分指數IAQIO3達到或超過二級的情況有87.8%發生在5—9月。表1為5—7月氣溫、短波輻射強度與臭氧濃度的月平均分布情況，可以看到，7、8月平均氣溫、日最高氣溫的平均值和短波輻射平均值在數值上相當，是全年最高的月份，二者小時臭氧濃度的最高值、ρ(O3-8h)的月平均值也是全年最高，超標天數均為4 d，共占了全年超標天數的57.1%，IAQIO3二級以上比例分別為 67.8%和 54.8%。5月是夏季平均氣溫、最高氣溫、短波輻射最低的月份，而其臭氧濃度的最高值、ρ(O3-8h)的月平均值卻僅次于7、8兩月，超標率也較高，5月處于春夏之交，除卻太陽輻射和氣溫對 O3生成的直接影響外，擴散條件也對近地面臭氧濃度有顯著影響。2017年6月降水量和降水日異常偏多，而氣溫、日照低于常年同期水平，臭氧優良率高，空氣質量較好。

作為光化學反應的產物，對流層臭氧濃度除了受其前體物（NOx、VOCs、CO等）的直接影響外，氣象條件對臭氧的形成、轉化和擴散也起著重要作用。表2統計了5—9月福州市臭氧濃度與主要氣象要素的相關系數（r）和顯著性水平（P），采用逐時數據，各要素的統計樣本量（n）均為3646。結果顯示，ρ(O3)與相對濕度的相關系數最大（r=?0.596，P＜0.001）；與短波輻射、氣溫和風速為正相關，相關系數分別為 0.537、0.401和 0.365（P＜0.01）；與水平能見度的相關系數僅為0.070；與降水量則無線性相關。短波輻射和氣溫有明顯日變化特征，且對光化學反應速率有直接影響，在2.2節中分析了氣溫和太陽輻射對 O3濃度的影響。而相對濕度和風向風速對臭氧污染造成的影響，在2.4節中結合污染個例進行分析。

2.2 氣溫和太陽輻射對O3濃度的影響

為了解O3光化學反應進程，以及氣溫、輻射對其生成的影響，分別對5—9月O3增加速率d[ρ(O3)]、ρ(O3)、氣溫和短波輻射日變化特征的平均態進行分析。圖 1對研究時段內d[ρ(O3)]、ρ(O3)和氣溫的逐時數據進行了日變化分析。由圖1a可知，從06:00起，ρ(O3)開始有微弱增加，08:00增長速率加快，09:00—12:00是全天增長速率最快的時段（16.5—18.3 μg·m?3·h?1），ρ(O3)在 14:00 達到日最大值；隨后開始降低，17:00—19:00時下降速率最快，23:00起d[ρ(O3)]變化很小，06:00最低。結合氣溫和短波輻射的日變化分析（圖1b和圖2a），ρ(O3)與氣溫日變化趨勢一致，白天的增長受太陽短波輻射影響顯著。

表1 5—9月氣溫、日最高氣溫、短波輻射強度與ρ(O3-8 h)月平均分布，逐時臭氧質量濃度范圍，IAQIO3二級以上比例，以及超標天數Table 1 The average monthly of temperature，daily maximum temperature，shortwave radiation and ρ(O3-8 h). The range of ρ(O3)，the ratio of IAQIO3≥2，and the exceeded days from May to Sep.

表2 5—9月臭氧質量濃度與主要氣象要素的相關系數和顯著性水平Table 2 The correlation coefficients and significance level between ρ(O3) and major meteorology parameters from May to Sep.

圖1 ρ(O3)（a）和氣溫（b）日變化特征Fig. 1 Diurnal variation of ρ(O3) (a) and temperature (b)

圖2 不同天氣條件下ρ(O3)和短波輻射強度（λ）的日變化特征Fig. 2 Diurnal variation trend of ρ(O3) and shortwave radiation in different weathers

考慮到不同天氣條件對臭氧生成的影響，分析了不同天氣下ρ(O3)的日變化特征（06:00—19:00）（圖2）。結果顯示，不同天氣條件下的短波輻射強度有著明顯差別，晴天短波輻射最強；多云天氣下白天短波輻射比晴天低8.2%；陰天的短波輻射較晴天低30.1%；降水天氣則比晴天低47.9%。與之相呼應，白天ρ(O3)的平均值在晴天最高，多云、陰天、和雨天依次遞減；分別比晴天低 10.2%、19.5%和34.7%。

2.3 O3濃度的站點差異

5—9月，福州市5個城市站點ρ(O3-8h)的平均值從高到低依次為鼓山、楊橋西路、師大、五四北路、紫陽質量濃度分別為 122、117、112、104、100 μg·m?3，九龍背景點的ρ(O3-8h)為 109 μg·m?3，除鼓山站點外，其他4個城市站點ρ(O3-8h)與背景點的質量濃度差別不大（差距低于9%），而這4個點的ρ(NO2)卻比背景點高出64%到1倍（表3），站點NO2濃度差異對ρ(O3-8h)并無顯著影響。從地理位置看（圖3），福州市6個監測站呈東西向帶狀分布，位于福州市區東側、南側的閩侯、長樂、福清等區縣是福州市工業排放源的主要聚集地，集中了鋼鐵、紡織印染、化工、玻璃、建材、電力、航運等產業，存在相對較高濃度氮氧化物和 VOCs排放，中午前后在高溫、高輻射天氣下，大量臭氧快速生成；受季節變化影響，福州夏季盛行東南風，從閩侯、長樂、福清等地吹向福州市區，帶著工業區生成的O3，伴隨高效的水平輸送與湍流活動，迅速與本地生成的O3混合。因此，東南風輸送帶來工業區的O3弱化了本地光化學反應對O3生成的貢獻，站點間ρ(O3-8h)并無顯著差別。

表3 5—9月ρ(O3-8 h)和ρ(NO2)的平均值Table 3 Average of ρ(O3-8 h) and ρ(NO2) in May-Sep. μg·m?3

2.4 福州市臭氧污染成因分析

福州市總體空氣質量較好，前體物濃度不高，O3生成能力有限，夏季以良為主，污染事件的發生很大程度上受到氣象因子的促發。2017年5—9月，福州市共經歷了5次臭氧輕度污染過程（表4）。其中，2017年6月降水顯著高于常年同期，而氣溫顯著低于常年同期，輻射偏少，且沒有臭氧污染的發生，因此本節討論均以5月和7—9月數據為樣本，暫不討論6月的臭氧濃度。5月福州市處于春夏之交，氣溫和輻射均低于7—9月，臭氧污染形成的契機與盛夏季節有明顯不同，在此分別討論春夏之交和盛夏季節的臭氧污染。

圖3 福州市環境監測站點分布圖Fig. 3 Distribution of environmental monitoring station in Fuzhou

表4 2017年5—9月福州市臭氧污染過程Table 4 Ozone pollution processes from May to Sep. 2017 in Fuzhou

2.4.1 春夏之交臭氧污染

5月處于春夏之交，多西南急流、低渦、切變等天氣系統帶來的降水過程，同時副熱帶高壓逐漸西進北抬，影響和控制福建，氣溫逐漸升高，開始晴熱天氣。在這一系統交替轉變的過程中，降水結束之后，一方面氣溫回升，白天臭氧光化學反應活躍；另一方面，與盛夏季節相比，福州5月的空氣污染氣象條件相對較差：小風、有一定相對濕度、多云，混合層高度比夏季其他月份（7—9月，6月除外）低100—230 m。在這樣的天氣背景下，無降水日白天臭氧濃度升高，而夜晨回落速率較慢，如果再遇到不利于臭氧擴散的局地條件或小范圍輸送，則易發生臭氧污染。

以5月27日污染過程為例，5月25日，高空槽、低層切變入海后雨勢漸歇，26日起相對濕度變小，天氣晴到多云，氣溫略有回升，太陽輻射升高，氣象條件有利于臭氧生成，26—29日，臭氧濃度以良為主，個別時次輕度污染，其中，27日出現了ρ(O3-8h)輕度污染。在這一過程中，從環流形勢和太陽輻射強度方面分析，27日并沒有特別優于其他天的臭氧生成條件，輸送具有相當貢獻。

圖4 臭氧濃度時序圖Fig. 4 Time series of ρ(O3)

圖5 26日14:00（a）、20:00（b）、27日08:00（c）925 hPa天氣圖和27日05:00福州市36 h后向軌跡圖（兩條軌跡高度分別為50 m (左)和100 m (右)，填色部分為26日20:00 ρ(O3)）（d）Fig. 5 925 hPa weather maps were at 14:00 (a) 20:00 (b) on 26th，and 08:00 on 27th (c). 36hrs backward trajectories started at 05:00 on 27th (trajectories were at 50 m (left) and 100 m (right) respectively)，and color shading represented ρ(O3) at 20:00 on 26th) (d)

臭氧濃度時序圖（圖4a）顯示，26日夜間到27日凌晨，福州市臭氧濃度異常上升，05:00出現了一個次高峰（125.0 μg·m?3）。從 925 hPa 天氣圖（圖5a—c）上可以看到，26日14:00左右，臺灣海峽東側形成一個局地弱輻合并向西移動，福建東部沿海處于氣旋南側低壓槽中，一直持續到27日08:00。受北偏東氣流影響，來自上風方向的大氣污染物可能會向福建沿海輸送。在此以溫州代表上游城市，寧德、福州和廈門分別代表海峽西岸北部、中部和南部沿海城市，可以看到，26日位于上游地區的溫州臭氧濃度顯著高于福建沿海；在臭氧濃度下降最快的傍晚前后，這4個城市ρ(O3)變化緩慢甚至略有上升，不符合日變化規律；入夜后，溫州市臭氧濃度迅速降低；午夜之后，臭氧濃度本該以緩慢降低的趨勢發展，而26日夜間到27日凌晨，寧德、福州和廈門的臭氧濃度分別在23:00、00:00和01:00自北而南開始上升，一直持續到05:00、06:00，日出之前略有回落。排除夜間臭氧生成的可能，結合925 hPa天氣圖和后向軌跡分析（圖5），上風向高濃度臭氧很可能隨偏北風輸送至福建沿海造成了這一時段臭氧濃度的上升。

27日，日出之后，臭氧在前一夜較高濃度的基礎上一路攀升，11:00ρ(O3))已達到輕度污染。依照臭氧日變化規律，ρ(O3)通常在14:00達到當日的峰值，而27日這天，ρ(O3)在14:00略微降低后濃度繼續上升，持續到 17:00 才達到當日峰值（212.8 μg·m?3）。結合風廓線雷達反演結果可以看到（圖6），27日水平風較小，天氣相對靜穩；下午到傍晚時段，邊界層出現了下沉氣流，這會導致臭氧一方面無法迅速擴散，另一方面，空中臭氧向下輸送使得近地面臭氧濃度繼續升高，污染進一步加劇，日落之后才逐漸回落。隨后28、29兩日沒有其他外部因素的影響，臭氧濃度逐步回落到平均水平，AQI以良為主。30日起，西南氣流加強，水汽增多，降水漸至，空氣質量轉優。

綜上，5月27日的污染過程中，晴好天氣為臭氧生成提供了良好的氣溫和輻射條件；而 27日凌晨偏北氣流帶來的區域輸送以及下午到傍晚時段下沉氣流的垂直輸送更是造成這次臭氧輕度污染的主要貢獻者。

2.4.2 盛夏臭氧污染

7—9月，完全進入夏季后，一方面高溫和強輻射為臭氧生成提供了優越的氣候環境，常出現午后ρ(O3)個別時次輕度污染；另一方面由于近地面 NOx和CO等前體物濃度不高，臭氧生成能力有限，加之夏季湍流交換活躍，非常有利于污染物擴散，每日最大8 h滑動平均濃度能夠達到輕度污染的情況很少。7—9月ρ(O3-8h)以良為主（50%），其次是優（39%），而輕度污染過程僅有4例，占11%。連續數日的高溫、強輻射、較高濃度前體物、局地輸送、相對靜穩等因素的結合才共同造成了為數不多的8 h臭氧輕度污染。2017年7月福州僅有29—31日3個降水日，其余28 d均為無降水日，長時間處于高溫、高輻射天氣，因此本節以7月為例分析夏季臭氧污染形成的可能原因。短波輻射日均值（Rave）和最大值（Rmax）與ρ(O3-8h)顯著相關，樣本量、相關系數和顯著性分別為（r1=0.56，P1=0.002，n=31），（r2=0.58，P2=0.001，n=31），考慮到短波輻射日較差很大，且其最大值與ρ(O3-8h)相關性更好，因此以下關于太陽輻射對臭氧污染的影響均以短波輻射最大值為代表。

圖6 福州市風廓線雷達反演垂直剖面圖Fig. 6 Vertical profile of wind profile radar in Fuzhou

2017年7月無降水日，臭氧濃度、NO2濃度、每日最高氣溫、每日短波輻射最大值的月均值分別為ρ(O3-8h)=117.0 μg·m?3，ρ(NO2)=23.4 μg·m?3、tmax=35.8 ℃和Rmax=907 W·m?2（圖 7）。白天 NO2為臭氧生成提供了重要“原料”，臭氧的生成過程消耗了大量氮氧化物，二者日變化呈現為此消彼長的趨勢（圖 8）；充足的前體物供應才有可能帶來高濃度臭氧，從時序圖上看，ρ(O3-8h)與ρ(NO2)的日均值呈正相關（r=0.59，P=0.001，n=28）（圖7）。同時，ρ(O3-8h)還與Rmax（r=0.58，P=0.001，n=28）和Tmax（r=0.79，P＜0.001，n=28）兩個氣象要素呈正相關。在Rmax≤900 W·m?2的樣本中（n=11），ρ(O3-8h)均小于100 μg·m?3，無8 h 臭氧污染（圖7）。單獨某日的高溫、強輻射和高濃度前體物并不足以讓ρ(O3-8h)達到污染狀態（如7月11、19日）；只有持續數日的高溫、強輻射和高濃度NO2，使得ρ(O3-8h)逐日攀升才有可能達到輕度污染（19—21、24—27日）。然而，7月11—15日，同樣是高溫、強輻射和高濃度NO2天氣，ρ(O3-8h)卻沒能達到輕度污染級別。在此，將11—15、19—21、24—27日分為3個時期（P1、P2、P3），討論擴散條件對ρ(O3-8h)的可能影響。

圖7 2017年7月（無降水日）ρ(O3-8 h)，ρ(NO2)，最高氣溫，最強短波輻射日均值（輻射標記線中，藍色標記點代表Rmax≤900，紅色標記點代表Rmax＞900；臭氧質量濃度直方圖中，紅色所示為超標日）Fig. 7 The daily average of ρ(O3-8 h)，ρ(NO2)，Tmax and Rmax in July，2017 (non-precipitation) (Blue points represent Rmax≤900 and red points represent Rmax＞900.Red histograms represent the exceeding days of ρ(O3-8 h))

圖8 ρ(O3)和ρ(NO2)的日變化特征Fig. 8 Diurnal variation of ρ(O3) and ρ(NO2)

圖9顯示了臭氧濃度與水平風速之間的關系，分為4組不同時期：其中圖9（a—c）為7月無降水日的臭氧風玫瑰圖，分別顯示了全日時段（24 h）（圖9a）、白天（08:00—20:00）（圖9b）和夜間（20:00—08:00）（圖 9c）；圖 9（d—f）、（h—j）、（k—m）分別為P1、P2和P3時期全天、白天和夜間臭氧風玫瑰圖。上文提到，同樣是連續數日高溫、強輻射、高濃度 NO2、無降水等有利于臭氧生成的條件下，P1期間無ρ(O3-8h)污染，而P2、P3期間ρ(O3-8h)達到輕度污染。從盛夏季節臭氧濃度和水平風的平均態可以看到，福州夏季盛行東南風，白天高濃度臭氧常伴隨東南風輸送，臭氧濃度高值區對應的風速集中在 2—4 m·s?1和 4—6 m·s?1兩個區間，風向以東南風為主（90°—180°居多，其次是 180°—225°）；其他象限高濃度臭氧對應的風速相對較小（＜3 m·s?1），是污染物累積所致（圖9b）。夜間，臭氧濃度迅速降低，風速是影響臭氧能否迅速擴散的重要因素，其中小風區（＜2 m·s?1）臭氧濃度相對較高，其次是 2—4 m·s?1風速區間，大于 4 m·s?1的風速區間臭氧迅速擴散，其質量濃度常小于 30 μg·m?3（圖 9c）。P1 期間，主導風向為東南風向（圖9d），白天臭氧濃度隨風速增加略有降低，但梯度不大（圖9e），夜間臭氧濃度則迅速降低，沒有累積（圖9f），未能達到污染狀態。P2和P3期間仍以東南風為主導風向，臭氧隨風速大小變化明顯：P2期間白天高濃度臭氧主要集中在小風區，其次是2—4 m·s?1風速區間；P3期間高臭氧濃度主要集中在 2—4 m·s?1風速區間；二者在＞4 m·s?1的風速區間臭氧濃度都相對較低（圖9h—i，k—l）；夜間風速總體較小，擴散條件一般，使得臭氧有所累積（圖9j、m）。臭氧在白天大量生成，而夜間無法迅速降低有效擴散，ρ(O3-8h)逐日升高，連續3—4日之后，達到污染級別。

圖9 臭氧濃度風玫瑰圖Fig. 9 Wind rose map of ρ(O3)

綜上，盛夏季節8 h臭氧污染的發生是多因子綜合作用的結果，多發于持續高溫晴熱天氣下，大氣擴散條件一般且ρ(NO2)相對較高，白天，2—4 m·s?1風速區間的東南風輸送有利于城區高濃度臭氧的產生和累積，夜間的小風使得臭氧無法快速耗散，在逐日攀升中逐漸達到污染級別。

3 結論

（1）2017年，福州市ρ(O3-8h)有142 d良，14 d輕度污染，主要集中在5—9月。一半以上污染天氣的首要污染物為臭氧，臭氧已成為福州市的主要大氣環境問題。

（2）氣溫和太陽短波輻射對臭氧生成有顯著影響。云量和降水通過影響到達地面的短波輻射間接影響近地面臭氧生成，不同天氣下白天的臭氧濃度有明顯區別，在晴天最高，多云、陰天、和雨天的臭氧濃度分別比晴天低10.2%、19.5%和34.7%。

（3）福州市整體空氣質量良好，臭氧前體物濃度較低，臭氧生成能力有限，污染等級以良為主。

（4）福州市區夏季臭氧濃度受盛行風向的輸送影響顯著：位于市區東南側工業區較高濃度的臭氧隨盛行東南風向市區輸送，是盛夏季節臭氧污染的重要氣象因素。建議在臭氧污染防治工作中推進工業治污減排和優化產業結構，減少工業污染源排放；同時，在中長期產業布局中減少在福州市區東側、南側的閩侯、長樂、福清等區縣布設重污染企業。