廣州市一次秋季典型臭氧污染過(guò)程分析

雷 蕾 張金譜 裴成磊

（廣東省廣州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，廣東廣州 510006）

大氣污染會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成危害，影響人們的身體健康和生產(chǎn)生活，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、工業(yè)的進(jìn)步，大氣污染頻繁發(fā)生，大氣污染問(wèn)題日趨嚴(yán)峻[1-2]。臭氧是自然大氣環(huán)境中一種重要的微量氣體，大氣臭氧主要分布于平流層，約10%的臭氧分布于對(duì)流層中。平流層的臭氧可以通過(guò)吸收紫外線(xiàn)保護(hù)地球上的動(dòng)物和植物不受紫外線(xiàn)輻射的危害。臭氧是氧氣的同素異形體，是一種具有強(qiáng)氧化性的物質(zhì)，如果對(duì)流層中的臭氧濃度過(guò)高，會(huì)造成光化學(xué)污染，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人們的身體健康造成不利影響[3-4]。城市化進(jìn)程逐漸加速，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模逐步加大，氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)物的排放量也不斷增加，前體物的增加導(dǎo)致了大氣臭氧濃度逐步增加[5-6]。廣州市的空氣污染類(lèi)型逐漸從傳統(tǒng)的以顆粒物為首要污染物的空氣質(zhì)量污染類(lèi)型，轉(zhuǎn)變?yōu)橐猿粞鯙槭滓廴疚锏目諝赓|(zhì)量污染類(lèi)型。臭氧污染問(wèn)題受到了越來(lái)越多關(guān)注，國(guó)內(nèi)外的眾多學(xué)者對(duì)臭氧污染的成因、特征以及影響開(kāi)展了研究[7-8]。

廣州市位于珠三角的核心區(qū)域，屬于南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，廣州市的空氣質(zhì)量會(huì)受到臺(tái)風(fēng)天氣的影響[9-11]。岳海燕等[12]對(duì)2016年臺(tái)風(fēng)“妮妲”過(guò)程的研究中發(fā)現(xiàn)，臺(tái)風(fēng)過(guò)程期間臭氧濃度與溫度、風(fēng)速呈正相關(guān)，與氣壓、相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)，高溫低濕低壓的環(huán)境有利于臭氧生成，風(fēng)速1～2 m/s時(shí)也會(huì)促進(jìn)臭氧的生成與積累。嵇萍等[13]對(duì)臺(tái)風(fēng)過(guò)程中珠三角臭氧濃度升高的原因進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在臺(tái)風(fēng)靠近珠三角時(shí)，臺(tái)風(fēng)外圍的下沉氣流影響珠三角，臭氧存在從高層到低層的垂直輸送，進(jìn)一步加劇了近地面臭氧的積累。吳蒙等[14]發(fā)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)外圍的下沉氣流會(huì)對(duì)珠三角的大氣環(huán)境產(chǎn)生極大影響，地面受均勻場(chǎng)控制，風(fēng)速低且有逆溫現(xiàn)象，利于臭氧的積累，且容易出現(xiàn)灰霾天氣。臭氧的濃度與氣象條件密切相關(guān)，有學(xué)者在對(duì)上海市臭氧污染過(guò)程的天氣類(lèi)型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)，副熱帶高壓控制型是最普遍的天氣類(lèi)型之一，在這種天氣類(lèi)型的條件下，污染程度較重[15]。進(jìn)入秋季，廣州市受副熱帶高壓控制，臭氧污染經(jīng)常發(fā)生。

為進(jìn)一步加深對(duì)廣州市臭氧污染特征的了解，本文研究了廣州市秋季的一次典型臭氧污染過(guò)程，以期為廣州市的臭氧監(jiān)測(cè)和治理提供科學(xué)參考和依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

本文選取2021年9月廣州市NO2、PM2.5、O3等空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源為廣東省廣州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站各個(gè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的數(shù)據(jù)，NO2、PM2.5、O3分別采用化學(xué)發(fā)光法、β射線(xiàn)加動(dòng)態(tài)加熱系統(tǒng)聯(lián)用光散射法和紫外光度法進(jìn)行采樣與監(jiān)測(cè)，各個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目均按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行運(yùn)維和質(zhì)控。

廣東省除廣州市外，其他城市的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)來(lái)源為廣東省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，氣象資料數(shù)據(jù)來(lái)源為廣州市氣象臺(tái)和中央氣象臺(tái)。空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3095—2012）、《環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范（試行）》（HJ 663—2013）、《環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)技術(shù)規(guī)范（試行）》（HJ 664—2013）。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣象條件

根據(jù)廣州氣象臺(tái)的氣象資料顯示，9月26～27日，副高中心維持在南嶺以北，廣東省大部分受副高南側(cè)的東到東南風(fēng)影響；9月28～29日，隨著中高緯西風(fēng)槽東移，副高有所減弱，廣東省仍受弱的副高脊控制；9月30日，廣東省受副高北側(cè)偏西氣流影響。2021年9月26日8：00，“蒲公英”加強(qiáng)為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)。9月26～30日，廣州市可能還受到臺(tái)風(fēng)外圍下沉氣流影響。大范圍的下沉氣流疊加地面均壓場(chǎng)，不利于污染物的擴(kuò)散，是引起本次臭氧污染過(guò)程的重要因素之一。

2.2 廣州市臭氧污染特征

9月24～25日，廣州市空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良；9月26～30日，空氣質(zhì)量轉(zhuǎn)差，空氣質(zhì)量達(dá)輕至中度污染（臭氧為首要污染物）；10月1～2日，空氣質(zhì)量恢復(fù)至良水平；9月24～27日，臭氧濃度的日均值升高，9月27日的日均值達(dá)到228 μg/m3，9月28日～10月2日，臭氧濃度日均值呈下降趨勢(shì)。PM2.5日均值濃度的變化與臭氧濃度變化類(lèi)似，臭氧污染過(guò)程發(fā)生的同時(shí)，PM2.5的濃度也隨之升高。

本次臭氧污染過(guò)程是一次大范圍的臭氧區(qū)域污染過(guò)程，影響范圍廣泛。根據(jù)廣東省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心發(fā)布的結(jié)果，9月26日，全省5個(gè)城市臭氧超標(biāo)，分別為清遠(yuǎn)市、肇慶市、廣州市、佛山市、東莞市；9月30日，全省臭氧超標(biāo)城市已達(dá)9個(gè)，分別為廣州市、佛山市、惠州市、東莞市、江門(mén)市、中山市、深圳市、汕尾市、汕頭市，全省其他城市的臭氧濃度也較高，污染區(qū)域由西北部向中部、西南部轉(zhuǎn)移。

9月24～10月2日廣州市的空氣質(zhì)量概況如表1所示。

表1 廣州市空氣質(zhì)量

為了解本次污染過(guò)程廣州市各項(xiàng)污染物的變化，繪制了污染前（9月24～25日）、污染過(guò)程中（9月26～30日）、污染后（10月1～2日）三個(gè)階段污染物（NO2、O3、PM2.5、PM10）和氣象指標(biāo)的時(shí)間序列圖。

污染物和氣象指標(biāo)的時(shí)間序列圖如圖1所示。

圖1 9月24日～10月2日風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、NO2、O3、PM10、PM2.5時(shí)間序列圖

9月26日～10月1日，廣州市的氣溫較高，天氣晴熱，且濕度較大，有利于臭氧的生成。污染發(fā)生前，廣州市的風(fēng)向以偏南風(fēng)為主，在臭氧濃度超標(biāo)期間，風(fēng)速低，9月27～29日出現(xiàn)了明顯的偏南與偏北的風(fēng)向轉(zhuǎn)換，低風(fēng)速與風(fēng)向轉(zhuǎn)換不利于污染物的擴(kuò)散。

觀察臭氧濃度變化可以發(fā)現(xiàn)，9月27～29日臭氧濃度較高，9月27日15：00臭氧濃度達(dá)到峰值249 μg/m3；9月30日開(kāi)始，風(fēng)速逐步加大，有利于污染物的擴(kuò)散，臭氧濃度也隨之降低。

3 結(jié)語(yǔ)

本研究通過(guò)分析廣州市一次臭氧污染過(guò)程的特征發(fā)現(xiàn)，污染過(guò)程可能受到副熱帶高壓和臺(tái)風(fēng)外圍下沉氣流的共同影響，地面形成均勻場(chǎng)，天氣晴熱，有利于臭氧生成，風(fēng)速較低且存在偏北至偏南的風(fēng)向轉(zhuǎn)換，不利于污染物的擴(kuò)散，這些氣象條件特征是本次持續(xù)性臭氧污染過(guò)程發(fā)生的重要原因之一。受副高和臺(tái)風(fēng)外圍下沉氣流的共同影響，秋季是廣州市臭氧污染過(guò)程的高發(fā)季節(jié)，監(jiān)測(cè)部門(mén)應(yīng)重視秋季的臭氧監(jiān)測(cè)，為秋季臭氧的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)積累經(jīng)驗(yàn)，為政府相關(guān)部門(mén)的臭氧治理提供依據(jù)與支撐。