2018～2019年全国臭氧时空变化趋势分析

严加琪，洪 炎，张 磊，蔡伟强，徐 涛

(安徽理工大学 电气与信息工程学院，安徽 淮南 232001)

1 引言

臭氧作为大气中重要的组成部分，是大气中重要的微量气体。地球上的臭氧约90%的臭氧分布在高度为10～50 km的平流层，其余10%分布在对流层[1]。臭氧作为大气中不可缺少的气体，也是重要的大气污染物，其总量和时空分布变化直接影响人类生存环境，同时由臭氧引发的负面环境效应已经引起全球高度关注。

研究表明：卫星能较好地监测臭氧总量的时空分布，并通过对臭氧总量的研究，分析臭氧，这些研究成果为我国研究臭氧污染时空特征提供了重要的参考。已有的研究多集中于典型特征的城市或经济发达地区，针对我国城市总体的O3污染变化趋势相对较少。

本研究基于OMI观测数据以2018年1月至2020年3月份中国区域为基础，分析近两年我国O3柱浓度的空间分布与时空分布变化特征，并对O3污染防治做出合理的建议。

2 数据来源与方法

2.1 数据来源

本研究使用的是2018年1月份至2019年12月份的卫星数据，臭氧数据来源于搭载在EOS-Aura 卫星上的OMI传感器测的数据。OMI传感器工作原理是通过观测地球大气和地球表面的后向散射辐射来获取信息，其可通过的波长范围在270～500 nm之间，波谱分辨率为0.5 nm,轨道扫描宽度为2600 km，空间分辨率为13 km×24 km，全球扫描仅需1 d，数据包括Level-0、Level-1、Level-2、Level-3共4个处理级别。本研究采用的臭氧柱浓度数据是Level2的数据，2G级(L2G)数据集包含按地面位置而不是按时间排序的L2级数据(通常为14个轨道)。

2.2 数据处理方法

臭氧柱浓度选取 2018～2019年的OMI日均值数据，使用python代码进行对数据的筛选提取并对数据进行数据处理分析，根据最终结果绘制年均、季均柱浓度趋势图，以方便研究中国区域大气臭氧柱浓度的时空分布。

3 结果与分析

3.1 臭氧柱浓度年变化

由图 1看出，近两年间对流层臭氧柱浓度呈周期性变化的趋势。每年的11、12月份到次年的1月份臭氧柱浓度出现最低值。其中，2018年12月份的臭氧柱浓度值最低，为265.46DU。近两年内，每年的1～3月份都呈现上升趋势，并达到当年的最高值；每年的5～8月份的臭氧柱浓度普遍处于低点。

图 2为2018年，2019年全国的平均臭氧柱浓度柱状图。图中可以分析出，两年的臭氧柱浓度都是从高纬到低纬逐渐降低，高值普遍集中在东北及内蒙古区域。

图1 2018～2020年全国大气臭氧柱浓度月均值变化趋势

3.2 臭氧柱浓度季节变化

从图 3、图 4可以看出，全国范围内的臭氧柱浓度呈现显著的季节变化，第一季度全国臭氧浓度值普遍位于一年中的最高点，而在第三季度，各省臭氧柱浓度达到当年最低水平。

图2 2018，2019年中国区域臭氧柱浓度均值

图3 2018年各省(市、区)4季度臭氧均值柱状图

图4 2019年各省(市、区)4季度臭氧均值柱状图

4 影响因素

本文的臭氧柱浓度分布差异发现，O3空间分布呈现明显的北高南低的纬度分布特征，分析原因，可能是由于大气环流输送影响，低纬度地区平流层化学过程中产生的臭氧被大气环流输送到中高纬度，造成中高纬度地区的臭氧总量较高。

从2018～2019年的臭氧柱浓度来看，当年的3～5月份达到当年的最大值，但是到了夏季，O3浓度并未持续升高，说明除了气温，还存在着其他的影响因素。

大气中的污染物排放主要来源于人类活动.人类活动产生大量的NOx，VOCs,经过一系类光化学反应生成O3。

5 结论

本文针对2018～2019年OMI的臭氧柱浓度数据探讨了了中国区域的臭氧柱浓度的时空分布特征，2018～2019年，全国区域内臭氧柱浓度总体是呈下降趋势。近两年全国臭氧柱浓度呈明显的季节变化。全国范围内臭氧柱浓度在春季浓度最高。夏冬次之，秋季浓度最低。臭氧总量的季节性差异主要可能源于太阳辐射差异，大气环流的差异等。春季普遍偏高的原因可能与大气输送以及二氧化氮，甲烷等前体物在春季的光化学反应有关。夏季，秋季全国普遍降雨，导致空气中的前体物随着降水，其浓度值下降，使得臭氧浓度值降低。