漳州市区臭氧变化特征及典型天气类型分析

陈晓芳 童凌青 吴建成

摘 要：利用2016年1月—2019年12月漳州市区2个环境监测国控点的监测数据和气象资料，对漳州市区臭氧浓度变化特征和臭氧超标污染日的典型天气类型进行了分析。结果表明：漳州市区臭氧浓度呈逐年增加趋势，出现轻度污染以上级别的日数明显增多，使得漳州市优良率有下降趋势；臭氧浓度月分布呈现“双峰型”，其中，3—5月和8—10月为峰值区，日变化呈现“单峰型”，呈白天高、夜晨低的分布趋势；影响漳州市区臭氧典型污染日的主要天气类型有冷高压控制型、冷性高变性压控制型、副热带高压控制型和台风外围型，4个典型天气的共性是低层一般为东北气流，最高气温一般在24 ℃以上，日平均相对湿度一般在50%～75%之间，日照时数一般在6 h以上。

关键词：臭氧；天气形势；漳州

中图分类号：X831 文献标志码：B文章编号：2095–3305（2024）02–0-03

近地面臭氧（O3）是由氮氧化物（NOx）与挥发性有机物（VOCS）经太阳光照射后发生一系列光化学反应后生成的。随着近年来城市化进程的加快，臭氧污染问题凸显，近地面高浓度的臭氧会严重影响人体健康并破坏生态环境，提高非意外死亡和心血管疾病死亡的风险概率[1-2]。

目前，我国许多城市逐步实施臭氧观测，开展臭氧质量浓度变化特征的研究，认为臭氧质量浓度在逐年增加，超标现象也趋于严重，大部分城市臭氧处于VOC控制区；臭氧污染是多重空间和时间积累的过程，来源于本地污染源的排放和周边区域污染输送，气象条件对近地层臭氧的生成与转化具有一定的作用，在不同的气象条件下，同一排放源可能会产生不同的污染状况[3-5]。

据相关研究，臭氧的产生受到高压天气的控制[6]。紫外线辐射是产生臭氧的重要原因之一，而云能削减到达地面的太阳辐射，晴朗少云天气下的臭氧浓度明显比阴雨天偏高。同时，高温能加快光化学反应速度，因此，气温升高也有利于生成臭氧。此外，相对湿度、风速风向均能对近地面的臭氧浓度产生影响。臭氧污染的发生受到多种因素的共同作用，其中，气象条件的影响又存在地域差异。

漳州市位于福建省南部沿海地区，随着城市发展，人口不断增多，机动车保有量逐年增长，污染物排放强度加大，臭氧污染日数自2017年起有明显增加。利用漳州市区2个国家环境监测点的2016—2019年空气质量数据和同期气象高空、地面观测数据，对漳州市近地面层臭氧浓度的时间变化特征和污染日典型天气形势开展分析，为漳州地区臭氧污染监测预报和预警提供参考。

1 资料与方法

选取漳州市环境监测站2个国家环境监测点2016—2019年臭氧平均质量浓度值的逐小时数据；同期漳州市基本气象站逐时气温、相对湿度、风向风速、降水量观测数据。

根据《环境空气质量标准》（GB 3095—2012）[10]和

《环境空气质量指数（AQI）技术规定（试行）》（HJ 633

—2012）[11]，O3-1 h、O3-8 h指的是一个自然日（北京时间00：00～23：59）中臭氧浓度小时最大值和臭氧8 h滑动平均值，O3-8max为臭氧浓度日滑动8 h平均最大值，取自漳州2个国控点的平均值。臭氧小时超标指O3-1 h

浓度＞200 μg/m3，日值超标指O3-8max浓度＞160 μg/m3。

2 漳州市区臭氧的污染特征

2.1 漳州市区臭氧浓度的月分布特征

2016—2019年漳州市区O3-8max年平均浓度为132 μg/m3。从逐年变化来看，2016—2019年总体呈逐年增加，2019年为132 μg/m3，相对2018年148 μg/m3略有下降。

分析月变化可知，一年中，臭氧浓度1—4月呈不断上升趋势，4月达到第1个峰值，5—6月臭氧浓度略有下降，7—10月又开始逐渐上升，10月达到第2个峰值（图1）。不同年份比较来看，在1—4月和8—12月这2个时间段的变化趋势差异不大，而在5—7月这段时间，每年的臭氧浓度变化较大。例如，2018年雨季降水偏少、气温偏高，臭氧质量浓度较年平均值有所上升。从季节分布来看，3—5月和8—10月均较高，6月有所下降，冬季最低。

2.2 漳州市区臭氧浓度的日分布特征

臭氧浓度四季日变化均呈现白天高、夜晨低的单峰型变化特征，最小值和最大值出现在07：00～08：00和14：00～16：00，太阳辐射引起的光化学反应形成臭氧午后峰值（图2）。夏季的峰值出现最早，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现在07：00左右，秋季的低值出现在07：00左右，冬季的低值出现在09：00左右。

3 臭氧污染日天气要素特征和典型天气类型

从2016—2018年漳州市城区首要污染物的分布特征（表1）可以看出，2018年出现首要污染物的日数最多，达254 d，2017年最少，为222 d。首要污染物颗粒物（PM10、PM2.5）从2016年的214 d逐渐下降至2018年的94 d，年频率分别由60.8%和24.8下降至21.7%和15.4%。首要污染物臭氧从2016年的36 d明显增至2018年的160 d，年频率由14.4%上升至63.0%。颗粒物首要污染日减少的原因主要是：一方面，顆粒物浓度降低，出现颗粒物首要污染物的概率降低；另一方面，臭氧浓度增加，出现首要污染物的概率增加。

2016—2018年漳州市共发生68 d超标污染日，有2 d为中度污染，颗粒物为15 d，主要为颗粒物PM2.5，臭氧污染为53 d，2017年和2018年臭氧超标污染日明显增多。2016年共有8 d出现轻度污染，颗粒物污染占7 d，臭氧污染只占1 d；2017年共有25 d出现轻度污染，颗粒物只占3 d，臭氧污染明显增多，为22 d；2018年共有35 d，颗粒物污染占5 d，臭氧污染占30 d；2019年共有9 d，均为臭氧。漳州市颗粒物超标污染日主要出现在冬末春初；臭氧超标污染日一般出现在3—5月和8—10月，呈双峰形结构，4月和10月为峰值。

结合天气形势，运用主观分型法总结出冷高压控制型、变性冷性高压控制型、副热带高压控制型和台风外围型是影响漳州臭氧污染的主要天气类型，其共性是低层一般为东北气流。

3.1 冷高压控制型

2016—2018年，臭氧污染是冷高压控制型而引起的次数为16 d，占臭氧超标污染总数的30.2%。此种天气类型空气污染过程中，高空500 hPa中高纬一般为高空槽后西北气流，漳州上空受偏西气流影响，850 hPa为高压控制东北气流，地面一般为冷高压控制。在此天气形势下，低层东北气流相对湿度减少，地面高压控制易出现下沉气流，太阳辐射增强，垂直扩散不好，易造成臭氧超标。冷高压控制型的超标污染日在4种臭氧污染天气类型中平均日照时数最少，一般在0.0～10.7 h，

平均值为7.1 h，有3 d污染日的日照小于3 h；日平均风

速为1.3～2.3 m/s，平均值为1.8 m/s；日最高气温为25～

33.4 ℃，平均值为29.9 ℃；日平均湿度为52%～70%，平均值为62.7%。

2017年4月29—30日臭氧污染日天气类型是冷高压控制型的典型，500 hPa为高空槽后西北偏西气流，850、925 hPa为东北气流，地面华南到福建受冷空压控制，漳州市区连续2 d出现超标污染日。

3.2 冷性高压变性控制型

2016—2018年，臭氧污染是冷性高压变性控制型而引起的次数为18 d，占臭氧超标污染总数的28.3%。此种天气类型在空气污染过程中，高空500 hPa中纬一般为高空槽过境，相对于冷高压控制型的高空槽更南，漳州上空受偏西或西北气流影响，850 hPa为高压控制东北气流，地面一般为变性冷高压控制。在此天气形势下，低层东北气流，地面冷空气影响，大气为稳定层结，相对湿度明显减少，太阳辐射增强，垂直扩散不好，易造成臭氧超标。冷性高压变性控制型的超标污染日平均日照时数一般为0.0～10.9 h，平均值为8.0 h，有2 d污染日的日照小于3 h；日平均风速为1.3～2.5 m/s，

平均值为1.9 m/s；日最高气温为24.4～36.3 ℃，平均值为29.6 ℃；日平均湿度为53%～71%，平均值为62.0%。

2018年4月18—19日臭氧污染日天气类型是冷性高压变性控制型的典型，500 hPa为高空槽后偏西气流，850、925 hPa为东北气流，福建沿海受变性高压脊控制，漳州市连续2 d出现超标污染日。

3.3 台风外围型

2016—2018年间，臭氧污染是台风外围型而引起的次数为11 d，占臭氧超标污染总数的20.8%。不同的台风路径对漳州臭氧污染的影响程度不同，根据台风路径统计结果，台风路径偏东或北上的路径，被东北下沉气流控制，水汽含量不高，造成低湿高温的静稳天气，有利于臭氧的生成，并且遭遇高空臭氧沉降输送。受其影响，低层东北气流，地面冷空气影响，大气为静稳层，相对湿度明显减少，太阳辐射增强，垂直扩散不好，易造成臭氧超标。台风外围型的超标污染日平均日照时数一般为6.8～12.2 h，平均值为9.7 h；日平均风速为1.0～2.3 m/s，平均值为1.7 m/s；日最高气温为26.3～36.4 ℃，平均值为36.4 ℃；日平均湿度为51%～68%，平均值为60.0%。

2017年10月27—28日受2017年的22号台风“苏拉”影响造成的臭氧污染日是台风外围型控制型的典型，500 hPa为高空槽后偏西气流，850 hPa和925 hPa为台风外围下沉东北气流，福建沿海东北气流加大，漳州市连续2 d出现超标超标污染日。

3.4 副热带高压控制型

2016—2018年，臭氧污染是副热带高压控制型而引起的次数为5 d，占臭氧超标污染总数的9.4%。一般认为受副高控制的时间段容易出现臭氧超标污染日，但漳州副热带高压控制型的超标污染日却是最少的。此种天气类型空气污染过程中，高空500 hPa大陆高压中心一般在华南一带，漳州上空受西北气流影响，低层气流较小，地面气压梯度较少，午后容易出现对流性天气，在副热带高压控制型的5 d臭氧污染日现4 d的降水。在此天气形势下，高层多下沉气流，气温高，一般出现在8—9月，太阳辐射增强，副高东侧不利高层扩散，垂直扩散条件差，易造成臭氧超标。副热带高压控制型的超标污染日平均日照时数一般为6.0～10.0 h，

平均值为8.5 h；日平均风速为1.8～2.3 m/s，平均值为

1.9 m/s；日最高气温为32.7～38.5 ℃，平均值为36 ℃；日平均湿度为67%～72%，平均值为68.8%。

2017年9月18—19日臭氧污染日天气类型是副热带高压控制型的典型，500 hPa为大陆高压控制，高压中心在华南沿海一带，850 hPa和925 hPa为弱东北气流，漳州沿海一带为高压控制，漳州市连续2 d出现超标污染日。

4 结论

通过统计分析2016年1月—2019年12月漳州市区环境监测国控点监测数据对漳州市区臭氧浓度变化特征和典型天气类型进行了分析，得出以下结论：

（1）近年来，漳州市区臭氧污染连年增加，首要污染日的占比由2016年的14.4%上升至2018年的63.0%，

达到轻度污染以上级别的日数也明显增多。

（2）臭氧浓度月分布呈现“双峰型”，臭氧浓度月分布呈现“双峰型”，3—5月和8—10月为峰值区，日变化呈现“单峰型”，呈白天高、夜晨低的分布趋势。

（3）漳州市区臭氧污染日的主要天气类型分别为冷高压控制型、冷性高压变性控制型、副热带高压控制型和台风外围型，4个典型天气的共性是低层一般为东北气流，最高气温一般在24 ℃以上，日平均相对湿度一般为50%～75%，日照时数一般在6 h以上。

参考文献

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[8] 生态环境部.环境空气质量指数（AQI）技术规定（试行）：HJ 633 --2012[S].