乌海市2020年6月18―19日臭氧污染过程分析

来源:用户上传      作者:杨红子

　　摘要 使用2020年6月乌海市臭氧（O3）等污染物浓度数据，国家一般气象站逐小时气象要素，高空、地面环流场气象数据，分析了2020年6月18―19日O3污染过程。结果表明：6月18―19日出现O3轻度污染，18日比19日持续超标时间长，O3浓度值高;O3与NO2、CO、SO2浓度日变化相反，NO2、CO、SO2的波峰对应的O3的波谷，它们在光化学反应下存在复杂的相互转换关系;6月18―19日乌海市受暖脊控制，晴热高温低湿，有利于光化学反应;近地层有逆温层，风速小，扩散条件不利，易造成污染物堆积，是造成此次O3污染的主要气象因素。
　　关键词 臭氧污染;变化特征;气象条件
　　中图分类号：X515 文献标识码：B 文章编号：2095C3305（2022）01C0069C03
　　近年来，随着我国对细颗粒物污染的治理，空气质量得到改善，但O3污染问题日益突出，国内外许多城市均已出现O3超标现象，O3污染逐步凸显，已逐渐成为继PM2.5后影响人体健康和生态环境的重要的大气污染[1-2]。O3是地球大气中一种微量气体，大气中90%以上的O3存在于大气对流层顶或平流层，能够吸收太阳短波辐射，是地球生命的保护伞[3]。而近地面O3主要是空气中NOX和挥发性有机物（VOCs）发生光化学反应的产物，虽然浓度含量较低，但其浓度变化对人体健康能够产生很大的影响[4-5]。当O3浓度超过200 μg/m3时，O3能够对人体呼吸系统产生较强的刺激感，对人类健康造成危害，尤其对儿童、老人及有基础疾病的患者而言，也会对植物的光合作用、呼吸作用、叶片膜保护系统、气孔反应和新陈代谢等产生影响，影响植物的生长和产量，进而影响局地和全球的气候[6-7]。国内近几年主要区域或城市的臭氧污染也逐渐增多，有学者分析了京津冀区域、长江三角洲、成渝地区等地区O3污染趋势及时空分布特征，也有研究分析了河南省、江苏省、福建省、辽宁省、北京市等省市O3污染特征，且分析了O3浓度与气象因素相关性。内蒙古地区O3污染已经引起一些学者的关注，陈志青等[8]研究了内蒙古地区12个盟（市）2015―2017年O3浓度时空变化及其影响因素，结果表明：O3浓度和污染形势整体上呈加剧趋势，并且内蒙古中西部地区臭氧污染浓度较高。杨志捷等[9]分析了2015―2017年内蒙古乌兰察布市集宁区的臭氧污染特征和影响因子，分析了内蒙古西部（以乌海市为例）一次O3污染过程，因此，总结气象条件预报着眼点，为进一步研究内蒙古西部O3污染浓度高的原因奠定基础，为空气污染气象条件的预报提供参考。
　　1 稻萦敕椒
　　使用2020年6月乌海市空气污染物（SO2、NO2、O3、CO）逐小时浓度数据，乌海市国家一般气象站2020年6月逐小时气温、日照、高空、地面环流场等气象要素数据。用累计频率、Pearson相关等气象统计方法，分析O3污染变化特征及其相关性，使用天气学分析方法分析O3污染过程的气象条件[10]。
　　按照GB3095―2012《环境空气质量标准》，O3-8 h（O3最大8 h滑动平均质量浓度）0～100 μg/m3为一级、100～160 μg/m3为二级、160～215 μg/m3为轻度污染、215～265 μg/m3为中度污染、265～280 μg/m3为重度污染、280 μg/m3以上为严重污染。O3 -1 h（O3最大1 h平均质量浓度）超过200 μg/m3为O3超标[11]。
　　2 空气污染状况
　　2.1 O3浓度的变化特征
　　乌海市6月18日出现了O3轻度污染过程，从图2可知，O3 -1 h浓度从07：00最低值开始随时间的推进而逐渐增加，在18：00达到最大值254 μg/m3，在14：00～18：00之间在200 μg/m3以上，出现了4 h 超标，达到轻度污染，在18日夜间逐渐降到最低，19日白天又升高，17：00达到最大，为179 μg/m3，没有达到超标标准[12]。
　　O3 -8 h浓度的日变化特征与O3 -1 h浓度相似，呈“单峰单谷”型分布，出现波谷波峰的时间向后推移了1～2 h。18日17：00―23：00 O3-8 h浓度在160 μg/m3以上，出现7 h轻度污染，19日只有18：00 O3 -8 h浓度在160 μg/m3以上，达到超标标准。
　　2.2 O3与前体物的关系
　　乌海市作为工业化城市，在整个污染过程中作为NOX和VOCs排放的高值区。由图3可以看出，NO2和O3浓度呈相反的分布，O3浓度值高时，NO2浓度低，反之亦然，夜间凌晨和08：00―09：00 NO2浓度达到峰值，白天在15：00―16：00降到谷值。CO变化特征表现为08：00―09：00达到最高值，然后逐渐下降到15：00最低，18：00―19：00又出现第2个波峰，但明显低于第1个;6月19日O3污染不明显，第2个波峰波谷不明显。而SO2的变化特征为夜间凌晨达到峰值，白天午后降至最低，变化特征与O3浓度的变化趋势相反（图2）。
　　乌海CO、NO2与SO2很大程度上来源于工业排放和车辆排放尾气，随着早高峰车流量的增加，CO、NO2浓度增大明显，积累到一定程度后，随太阳辐射增强与气温升高，光化学反应加强，O3浓度升高，CO、NO2浓度开始下降。之后的晚高峰又是机动车尾气排放量增加，且NO、H2S等与O3反应生成NO2、SO2，就造成了夜间NO2、SO2的高值[13]。
　　3 气象条件
　　3.1 天气系统
　　6月18日08：00 500 hPa 环流场（图3）可以看出，亚洲中高纬度为两槽一脊环流型，从贝加尔湖至河西走廊为暖性高压脊控制，乌海市处在脊前西北气流中，天气晴好，日照强，有利于光化学反应，易形成O3污染。大气处斜压状态，脊前有弱冷流平和负的涡度平流，高压脊将发展东移，至18日20：00，发展到最强，大气近似处于正压状态，大气层结稳定，不利于大气污染物的扩散。19日08：00，在河套地区有短波槽弱波动，大气层结条件有所转好，19日的O3浓度低于18日。

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