气象因素对攀枝花市臭氧浓度影响研究

梁 缘，黄丹，李佳琪，宋民豪，钟可意，程馨

(1.成都理工大学 土壤与水污染协同控制与联合治理国家环境保护重点实验室，四川 成都 610059；2.成都理工大学 生态环境学院，四川 成都 610059；3.成都理工大学 地球科学学院，四川 成都 610059)

1 引言

随着社会经济的发展，我国的污染问题逐渐从以往单一煤烟型污染向复合型污染转变，臭氧问题成为日趋凸显的问题之一。臭氧是一种强氧化剂，若近地面或对流层大气中臭氧浓度增加，会危害动植物的生长及人类健康[1，2]，给生态环境带来严重危害[3]。国内外许多研究均表明，O3浓度除了受前体物排放的影响，还受气象因素等因素的综合影响。

尽管在不同地区，气象因素对O3浓度的影响略有差异，但是对气温、相对湿度等气象因子得出的结论大致相同。邓雪娇[4]、吴锴[5]等研究表明O3浓度与紫外辐射、气温呈正相关关系，与相对湿度、降水呈负相关关系。由于地区不同，O3浓度与这些因素的相关性可能会略有差异。本文采用攀枝花市环保局O3监测数据与同期气象台数据，进一步分析了当地气象与O3浓度间的相关性，以期为攀枝花市政府制定臭氧污染物的防护与管理政策提供相应参考。

2 资料与方法

2.1 站点的选择

选取攀枝花市5个国控环境监测站的数据进行平均分析，即弄弄坪站、河门口站、炳草岗站、仁和站、四十中小站。

2.2 资料说明

选用 2015 年1月1日至12月31日弄弄坪站、河门口站、炳草岗站、仁和站、四十中小站5个站点逐日地面O3观测资料、逐日地面气象要素(包括温度、相对湿度、风速)观测资料进行分析。数据均根据《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)[6]进行了筛选，扣除了质控校准和停电故障。

3 结果与讨论

3.1 臭氧浓度总体情况

攀枝花市2015年5个国控监测点的O3 8h-max浓度均值为79.38 μg/m3，整体浓度在10.2～174.80 μg/m3间波动。

3.2 气象因素

3.2.1 气温

太阳辐射是影响O3形成的重要条件之一，由于缺少太阳辐射的数据，本文以温度的变化来反映出太阳辐射强度的变化，利用温度数据代替太阳辐射数据，将一年内不同时刻的O3与温度相拟合，得到图1。由图1可以明显的看到温度与臭氧浓度成正比，且二者的相关性较高，与崔蕾等得出的结论一致[7]。一定程度上说明了在晴朗高温的天气条件下，O3污染更为严重。为进一步显示O3浓度在不同温度区间上的变化，对不同温度区间下的O3浓度进行统计。从图1中可看出，温度升高，O3逐渐递增，且增量变化不大。温度在10～15 ℃之间时，O3均值为50 μg/m3，但温度大于30 ℃时，O3的浓度超过了100 μg/m3，浓度增加超过了一倍，因此当温度超过30 ℃时，需重点关注 O3污染问题，并提前做好应急预案。攀枝花市夏季均温为30 ℃左右，冬季平均温度也大于10 ℃，在冬季也不能松懈对O3的防护。

图1 O3与温度散点图和不同温度区间O3浓度均值

3.2.2 相对湿度

绘制相对湿度与O3浓度的关系图(图2)，可看出相对湿度增大时，O3浓度有下降的趋势，但二者相关性不是很高，存在此状况的原因可能是为控制其他因素(如太阳辐射等)保持不变，对O3浓度也有相应的影响。从不同湿度区间O3均值示意图(图2)中可以看出，除了湿度区间由20%～25%变为25%～30%，O3浓度略有较大上升外，其余区间湿度增加，O3浓度大部分呈现持平或者下降趋势，相对湿度在55%～60%左右时O3已经下降到了很小的浓度。由此可以看出，降雨时，O3浓度会有所降低，这可能是由于水汽作用下因消光机制而使紫外辐射衰减[8]，并且相对湿度较高有利于O3干沉降作用的发生[9]，大气中的水蒸气与O3发生反应直接消耗O3[10]。

图2 O3与相对湿度散点图以及不同相对湿度区间O3浓度均值

攀枝花市为干热河谷气候，降水少而集中，降水主要集中在6～10月，因此在其他月份相对湿度较小，水汽阻拦紫外辐射较弱，因此旱季的O3污染要尤其得到高度重视。

3.2.3 风速

由风速与臭氧散点图(图3)可看出，风速增加时O3的浓度先增加后降低。从不同风速区间O3均值示意图(图3)可看出O3浓度在风速为4～4.5 m/s时达到最大值，当风速大于4.5 m/s时，O3浓度又有明显下降趋势。一项对北京市夏季O3污染特征的分析结果表明，O3富集层的向下输送作用及稳定的边界层对大气扩散的不利影响是引起O3污染的重要原因[11]。风速大小不仅可以反映出污染物的清除速率，还在一定程度上反映了大气边界层内稳定度的强度。由此可知攀枝花市O3增加可能是因为风速的增加导致大气层边界高度的抬高，垂直动量输送增加，进而促进对流层顶高浓度的O3向地面传输；O3降低的原因可能为风速增加了O3的水平扩散运动。攀枝花市内常年风速较低，加之以工矿业为主，因此政府应该根据风速风向来控制工矿业的运作。

图3 O3与风速散点图和不同风速区间O3浓度均值

4 结论

(1)攀枝花市的臭氧与温度、相对湿度、风速等多种气象因素有关。其中臭氧浓度变化与气温呈正相关性，相关性较高。与相对湿度、风速呈负相关性，相关性较低。

(2)攀枝花市夏季温度较高，太阳辐射强，应当注意O3污染，在旱季和静风频率较大的时期也应注意臭氧污染的防治。提示有关部门在温度较高、旱季以及风速在4～4.5m/s时要注意提前研判及时向管理部门预警，做好臭氧污染防控。其次提示有关部门在设立有污染物排放的工厂应当在风速与风向的综合考虑下进行。

(3)除气象因素外，臭氧还受前体物等因素的影响，攀枝花市作为工矿业城市应当采取排污收费以及区域联合管控、产业转型等措施来减小臭氧污染以及其对动植物和人类的影响。