漳州市區臭氧變化特征及典型天氣類型分析

摘 要：利用2016年1月—2019年12月漳州市區2個環境監測國控點的監測數據和氣象資料，對漳州市區臭氧濃度變化特征和臭氧超標污染日的典型天氣類型進行了分析。結果表明：漳州市區臭氧濃度呈逐年增加趨勢，出現輕度污染以上級別的日數明顯增多，使得漳州市優良率有下降趨勢；臭氧濃度月分布呈現“雙峰型”，其中，3—5月和8—10月為峰值區，日變化呈現“單峰型”，呈白天高、夜晨低的分布趨勢；影響漳州市區臭氧典型污染日的主要天氣類型有冷高壓控制型、冷性高變性壓控制型、副熱帶高壓控制型和臺風外圍型，4個典型天氣的共性是低層一般為東北氣流，最高氣溫一般在24 ℃以上，日平均相對濕度一般在50%～75%之間，日照時數一般在6 h以上。

關鍵詞：臭氧；天氣形勢；漳州

中圖分類號：X831 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）02–0-03

近地面臭氧（O3）是由氮氧化物（NOx）與揮發性有機物（VOCS）經太陽光照射后發生一系列光化學反應后生成的。隨著近年來城市化進程的加快，臭氧污染問題凸顯，近地面高濃度的臭氧會嚴重影響人體健康并破壞生態環境，提高非意外死亡和心血管疾病死亡的風險概率[1-2]。

目前，我國許多城市逐步實施臭氧觀測，開展臭氧質量濃度變化特征的研究，認為臭氧質量濃度在逐年增加，超標現象也趨于嚴重，大部分城市臭氧處于VOC控制區；臭氧污染是多重空間和時間積累的過程，來源于本地污染源的排放和周邊區域污染輸送，氣象條件對近地層臭氧的生成與轉化具有一定的作用，在不同的氣象條件下，同一排放源可能會產生不同的污染狀況[3-5]。

據相關研究，臭氧的產生受到高壓天氣的控制[6]。紫外線輻射是產生臭氧的重要原因之一，而云能削減到達地面的太陽輻射，晴朗少云天氣下的臭氧濃度明顯比陰雨天偏高。同時，高溫能加快光化學反應速度，因此，氣溫升高也有利于生成臭氧。此外，相對濕度、風速風向均能對近地面的臭氧濃度產生影響。臭氧污染的發生受到多種因素的共同作用，其中，氣象條件的影響又存在地域差異。

漳州市位于福建省南部沿海地區，隨著城市發展，人口不斷增多，機動車保有量逐年增長，污染物排放強度加大，臭氧污染日數自2017年起有明顯增加。利用漳州市區2個國家環境監測點的2016—2019年空氣質量數據和同期氣象高空、地面觀測數據，對漳州市近地面層臭氧濃度的時間變化特征和污染日典型天氣形勢開展分析，為漳州地區臭氧污染監測預報和預警提供參考。

1 資料與方法

選取漳州市環境監測站2個國家環境監測點2016—2019年臭氧平均質量濃度值的逐小時數據；同期漳州市基本氣象站逐時氣溫、相對濕度、風向風速、降水量觀測數據。

根據《環境空氣質量標準》（GB 3095—2012）[10]和

《環境空氣質量指數（AQI）技術規定（試行）》（HJ 633

—2012）[11]，O3-1 h、O3-8 h指的是一個自然日（北京時間00：00～23：59）中臭氧濃度小時最大值和臭氧8 h滑動平均值，O3-8max為臭氧濃度日滑動8 h平均最大值，取自漳州2個國控點的平均值。臭氧小時超標指O3-1 h

濃度＞200 μg/m3，日值超標指O3-8max濃度＞160 μg/m3。

2 漳州市區臭氧的污染特征

2.1 漳州市區臭氧濃度的月分布特征

2016—2019年漳州市區O3-8max年平均濃度為132 μg/m3。從逐年變化來看，2016—2019年總體呈逐年增加，2019年為132 μg/m3，相對2018年148 μg/m3略有下降。

分析月變化可知，一年中，臭氧濃度1—4月呈不斷上升趨勢，4月達到第1個峰值，5—6月臭氧濃度略有下降，7—10月又開始逐漸上升，10月達到第2個峰值（圖1）。不同年份比較來看，在1—4月和8—12月這2個時間段的變化趨勢差異不大，而在5—7月這段時間，每年的臭氧濃度變化較大。例如，2018年雨季降水偏少、氣溫偏高，臭氧質量濃度較年平均值有所上升。從季節分布來看，3—5月和8—10月均較高，6月有所下降，冬季最低。

2.2 漳州市區臭氧濃度的日分布特征

臭氧濃度四季日變化均呈現白天高、夜晨低的單峰型變化特征，最小值和最大值出現在07：00～08：00和14：00～16：00，太陽輻射引起的光化學反應形成臭氧午后峰值（圖2）。夏季的峰值出現最早，在13：00～14：00，春季的峰值最大，在15：00左右。春季和夏季低值一般出現在07：00左右，秋季的低值出現在07：00左右，冬季的低值出現在09：00左右。

3 臭氧污染日天氣要素特征和典型天氣類型

從2016—2018年漳州市城區首要污染物的分布特征（表1）可以看出，2018年出現首要污染物的日數最多，達254 d，2017年最少，為222 d。首要污染物顆粒物（PM10、PM2.5）從2016年的214 d逐漸下降至2018年的94 d，年頻率分別由60.8%和24.8下降至21.7%和15.4%。首要污染物臭氧從2016年的36 d明顯增至2018年的160 d，年頻率由14.4%上升至63.0%。顆粒物首要污染日減少的原因主要是：一方面，顆粒物濃度降低，出現顆粒物首要污染物的概率降低；另一方面，臭氧濃度增加，出現首要污染物的概率增加。

2016—2018年漳州市共發生68 d超標污染日，有2 d為中度污染，顆粒物為15 d，主要為顆粒物PM2.5，臭氧污染為53 d，2017年和2018年臭氧超標污染日明顯增多。2016年共有8 d出現輕度污染，顆粒物污染占7 d，臭氧污染只占1 d；2017年共有25 d出現輕度污染，顆粒物只占3 d，臭氧污染明顯增多，為22 d；2018年共有35 d，顆粒物污染占5 d，臭氧污染占30 d；2019年共有9 d，均為臭氧。漳州市顆粒物超標污染日主要出現在冬末春初；臭氧超標污染日一般出現在3—5月和8—10月，呈雙峰形結構，4月和10月為峰值。

結合天氣形勢，運用主觀分型法總結出冷高壓控制型、變性冷性高壓控制型、副熱帶高壓控制型和臺風外圍型是影響漳州臭氧污染的主要天氣類型，其共性是低層一般為東北氣流。

3.1 冷高壓控制型

2016—2018年，臭氧污染是冷高壓控制型而引起的次數為16 d，占臭氧超標污染總數的30.2%。此種天氣類型空氣污染過程中，高空500 hPa中高緯一般為高空槽后西北氣流，漳州上空受偏西氣流影響，850 hPa為高壓控制東北氣流，地面一般為冷高壓控制。在此天氣形勢下，低層東北氣流相對濕度減少，地面高壓控制易出現下沉氣流，太陽輻射增強，垂直擴散不好，易造成臭氧超標。冷高壓控制型的超標污染日在4種臭氧污染天氣類型中平均日照時數最少，一般在0.0～10.7 h，

平均值為7.1 h，有3 d污染日的日照小于3 h；日平均風

速為1.3～2.3 m/s，平均值為1.8 m/s；日最高氣溫為25～

33.4 ℃，平均值為29.9 ℃；日平均濕度為52%～70%，平均值為62.7%。

2017年4月29—30日臭氧污染日天氣類型是冷高壓控制型的典型，500 hPa為高空槽后西北偏西氣流，850、925 hPa為東北氣流，地面華南到福建受冷空壓控制，漳州市區連續2 d出現超標污染日。

3.2 冷性高壓變性控制型

2016—2018年，臭氧污染是冷性高壓變性控制型而引起的次數為18 d，占臭氧超標污染總數的28.3%。此種天氣類型在空氣污染過程中，高空500 hPa中緯一般為高空槽過境，相對于冷高壓控制型的高空槽更南，漳州上空受偏西或西北氣流影響，850 hPa為高壓控制東北氣流，地面一般為變性冷高壓控制。在此天氣形勢下，低層東北氣流，地面冷空氣影響，大氣為穩定層結，相對濕度明顯減少，太陽輻射增強，垂直擴散不好，易造成臭氧超標。冷性高壓變性控制型的超標污染日平均日照時數一般為0.0～10.9 h，平均值為8.0 h，有2 d污染日的日照小于3 h；日平均風速為1.3～2.5 m/s，

平均值為1.9 m/s；日最高氣溫為24.4～36.3 ℃，平均值為29.6 ℃；日平均濕度為53%～71%，平均值為62.0%。

2018年4月18—19日臭氧污染日天氣類型是冷性高壓變性控制型的典型，500 hPa為高空槽后偏西氣流，850、925 hPa為東北氣流，福建沿海受變性高壓脊控制，漳州市連續2 d出現超標污染日。

3.3 臺風外圍型

2016—2018年間，臭氧污染是臺風外圍型而引起的次數為11 d，占臭氧超標污染總數的20.8%。不同的臺風路徑對漳州臭氧污染的影響程度不同，根據臺風路徑統計結果，臺風路徑偏東或北上的路徑，被東北下沉氣流控制，水汽含量不高，造成低濕高溫的靜穩天氣，有利于臭氧的生成，并且遭遇高空臭氧沉降輸送。受其影響，低層東北氣流，地面冷空氣影響，大氣為靜穩層，相對濕度明顯減少，太陽輻射增強，垂直擴散不好，易造成臭氧超標。臺風外圍型的超標污染日平均日照時數一般為6.8～12.2 h，平均值為9.7 h；日平均風速為1.0～2.3 m/s，平均值為1.7 m/s；日最高氣溫為26.3～36.4 ℃，平均值為36.4 ℃；日平均濕度為51%～68%，平均值為60.0%。

2017年10月27—28日受2017年的22號臺風“蘇拉”影響造成的臭氧污染日是臺風外圍型控制型的典型，500 hPa為高空槽后偏西氣流，850 hPa和925 hPa為臺風外圍下沉東北氣流，福建沿海東北氣流加大，漳州市連續2 d出現超標超標污染日。

3.4 副熱帶高壓控制型

2016—2018年，臭氧污染是副熱帶高壓控制型而引起的次數為5 d，占臭氧超標污染總數的9.4%。一般認為受副高控制的時間段容易出現臭氧超標污染日，但漳州副熱帶高壓控制型的超標污染日卻是最少的。此種天氣類型空氣污染過程中，高空500 hPa大陸高壓中心一般在華南一帶，漳州上空受西北氣流影響，低層氣流較小，地面氣壓梯度較少，午后容易出現對流性天氣，在副熱帶高壓控制型的5 d臭氧污染日現4 d的降水。在此天氣形勢下，高層多下沉氣流，氣溫高，一般出現在8—9月，太陽輻射增強，副高東側不利高層擴散，垂直擴散條件差，易造成臭氧超標。副熱帶高壓控制型的超標污染日平均日照時數一般為6.0～10.0 h，

平均值為8.5 h；日平均風速為1.8～2.3 m/s，平均值為

1.9 m/s；日最高氣溫為32.7～38.5 ℃，平均值為36 ℃；日平均濕度為67%～72%，平均值為68.8%。

2017年9月18—19日臭氧污染日天氣類型是副熱帶高壓控制型的典型，500 hPa為大陸高壓控制，高壓中心在華南沿海一帶，850 hPa和925 hPa為弱東北氣流，漳州沿海一帶為高壓控制，漳州市連續2 d出現超標污染日。

4 結論

通過統計分析2016年1月—2019年12月漳州市區環境監測國控點監測數據對漳州市區臭氧濃度變化特征和典型天氣類型進行了分析，得出以下結論：

（1）近年來，漳州市區臭氧污染連年增加，首要污染日的占比由2016年的14.4%上升至2018年的63.0%，

達到輕度污染以上級別的日數也明顯增多。

（2）臭氧濃度月分布呈現“雙峰型”，臭氧濃度月分布呈現“雙峰型”，3—5月和8—10月為峰值區，日變化呈現“單峰型”，呈白天高、夜晨低的分布趨勢。

（3）漳州市區臭氧污染日的主要天氣類型分別為冷高壓控制型、冷性高壓變性控制型、副熱帶高壓控制型和臺風外圍型，4個典型天氣的共性是低層一般為東北氣流，最高氣溫一般在24 ℃以上，日平均相對濕度一般為50%～75%，日照時數一般在6 h以上。

參考文獻

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[7] 生態環境部.環境空氣質量標準：GB 3095 --2012[S].

[8] 生態環境部.環境空氣質量指數（AQI）技術規定（試行）：HJ 633 --2012[S].