对流层臭氧浓度变化分析

赵彦琴　张君霞

摘要 讨论了对流层臭氧在年际及年代际等较大时间的变化和洲际间等较大空间尺度的输送特征，分析了洲际输送和平流层对流层物质交换对区域臭氧的影响，并展望了对流层臭氧未来的变化。

关键词 对流层臭氧；浓度变化；洲际输送；影响

中图分类号 X515 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）21-0227-01

臭氧具有强氧化性，浓度较高时会对人体健康造成影响，刺激呼吸道、造成神经中毒、破坏人体免疫力等，其中老人和小孩对臭氧更为敏感。1981—2010年气候变化（如极端干旱）和臭氧污染共同作用下，我国粮食产量平均每年下降10%。对流层臭氧又是一种温室气体，能够吸收地表向外长波辐射，其浓度增加可导致地气系统辐射收支改变，成为引起气候变化的原因之一。同时，在干旱等气候事件日益频繁和严重的情形下，减少对流层臭氧含量具有保护粮食产量的作用。近几十年来不同地区对流层臭氧的变化不尽相同；对流层臭氧不仅存在城市和郊区短距离输送，而且还存在洲际输送，这种洲际输送对于下游大洲对流层臭氧浓度变化有很大的影响，洲际输送存在季节变化，且对对流层低层臭氧浓度影响的程度与该地区臭氧浓度本身有紧密联系。本文主要讨论对流层臭氧较大时空尺度上的变化以及洲际输送对区域臭氧浓度的影响[1-2]。

1 对流层臭氧浓度变化

1990—2010年北半球自由对流层和边界层很多测站观测的臭氧浓度呈正增长趋势，但一些地区臭氧浓度却在下降，其中30°～90°N之间多数地区500 hPa臭氧1990—2000年显著增长，而2000—2009年增长速率下降。而且不同观测手段观测的数据在研究臭氧浓度长期变化趋势时会有差异。利用1978—1989年的Zugspitze资料和1990年后平均时间序列研究发现，1978—1989对流层臭氧显著增加，从20世纪90年代开始，增加速率降低，21世纪夏季下降，其他季节变化不显著。整个欧洲的总体排放在减少，但偏远乡村地区地表测站观测的臭氧在1996—2005年平均呈现增长趋势，这种变化可能是由于城乡区域气流输送造成的[3-4]。

2 洲际输送和平流层、对流层物质交换对区域臭氧的影响

对流层臭氧生命期不同季节和海拔高度存在差异，平均为20～30 d或更长，与臭氧纬向输送的时间尺度相当，表明臭氧至少在洲际尺度上可以输送，郊区观测到的臭氧反映了这种向下风向的输送效应。臭氧洲际之间的输送从臭氧直接观测和前体气体观测可以看出，高浓度臭氧的烟羽在自由对流层和海拔较高的测站已经观测到，北半球一些偏远测站臭氧背景浓度有增加趋势。

欧洲、东亚和北美洲际输送对近地面臭氧浓度的贡献在春、秋季达到峰值；夏季近地面臭氧浓度达到峰值，洲际输送对近地面臭氧浓度贡献很小；冬季洲际输送可能超过当地区域本身产生的量；对于受冬季风和夏季风循环控制的南亚地区，洲际输送对北极地区近地面臭氧的贡献比当地区域生成和排放都大，并在4—6月达到峰值，次峰值在10月和12月。

平流层向对流层的动力输送是对流层臭氧的一个重要来源，平流层向对流层的臭氧输送影响上对流层和近地层臭氧含量。1990—2009年30°～90°N的观测资料表明，150 hPa和500 hPa平均臭氧观测记录相似，1993年、1997年和2000年臭氧含量最小，1999年最大，1999年以后变化趋于平缓；2002年、2004年在150 hPa平均臭氧记录有峰值，500 hPa记录没有这种响应，2003年中欧500 hPa臭氧记录峰值与150 hPa记录一致，但在北欧和加拿大未出现此现象。

3 对流层臭氧未来变化的模拟

21世纪气候变化、臭氧损耗物及臭氧前体物种类被认为是控制臭氧总量及其在平流层、对流层和近地面分布的主要因素，水汽含量对臭氧含量有显著作用，水汽含量高，臭氧消耗增多，而晴空高温利于臭氧生成。技术和土地利用的改变、污染控制措施持续执行、航运和航空排放增长和减缓气候变化措施的落实等都会影响洲际输送。另外，气候变化可能会导致输送模式、降水、大气化学、土地覆盖、自然排放、遗留污染再发射和人为主要排放，会影响洲际输送的振幅。对未来对流层臭氧含量变化与排放情况的模式模拟发现，由于模式考虑的排放情况和模式本身的化学与气候变化耦合效果影响，不同模式所模拟的结果不同。

使用模型分别模拟几种不同排放情形下未来臭氧变化，发现几种不同排放情形。2000—2050年全球臭氧前体物排放都将减少，北半球排放情形发生了转变，欧洲和北美前体物排放减少较早且减小幅度大，南亚和东亚排放略减少或增加。在最小排放情形下，2000—2050年，NOX的排放在北美、欧洲和东亚分别减少78%、63%和48%，南亚增加43%；最大排放情形下，2030年北美和欧洲NOX排放跌幅最大，分别为43%和16%，南亚和东亚增长分别为91%和65%。

4 参考文献

[1] 胡君利，林先贵，朱建国.土壤微生物对大气对流层臭氧浓度升高的响应[J].土壤，2008（6）：857-862.

[2] 曹際玲，朱建国，曾青，等.对流层臭氧浓度升高对植物光合特性影响的研究进展[J].生物学杂志，2012（1）：66-70.

[3] 姜峰，荀钰娴.城市臭氧浓度变化规律分析[J].环境保护与循环经济，2015（2）：55-59.

[4] 段玉森，张懿华，王东方，等.我国部分城市臭氧污染时空分布特征分析[J].环境监测管理与技术，2011（增刊1）：34-39.