云南近地面O3浓度的影响因素探讨

王 健，窦 艳,2，杨鸿亮，邱 飞，向 峰

(1.云南省环境监测中心站，云南 昆明 650034；2.云南大学，云南 昆明 650000；3.保山市环境监测站，云南 保山 678000)

云南近地面O3浓度的影响因素探讨

王 健1，窦 艳1,2，杨鸿亮3，邱 飞1，向 峰1

(1.云南省环境监测中心站，云南 昆明 650034；2.云南大学，云南 昆明 650000；3.保山市环境监测站，云南 保山 678000)

利用2015年云南地区38个国控监测站的数据对O3与颗粒物及气象要素进行分析，结果表明：O3与颗粒物浓度有一致的变化规律；不同的气象要素与O3浓度的变化有很大差异，其中湿度与O3浓度之间有很明显的反向变化趋势，气温与O3有较好的一致性，而O3与气压、风速变化的关系并不明显。

O3；颗粒物；气象要素；云南

0 引言

O3具有很强的氧化性、极不稳定，90%的O3集中分布在平流层，能够减少到达地面的紫外辐射从而对地球上的生命有保护作用；在对流层中的O3含量虽少，但其浓度的变化对人体健康和农作物有很大影响[1-2]。当O3浓度较低时，有助于降低血压，促进新陈代谢，增强机体的免疫力，对一些疾病有很好的治疗效果，还能作为消毒剂和保鲜剂。当O3浓度较高时，O3会阻碍血液输氧功能，诱发淋巴染色体畸变，损害某些酶的活性和产生溶血反应[3]。因此，研究近地面O3浓度的变化对人类的生产生活有重要意义。对于近地面O3浓度变化的成因目前尚无定论，本文就气象条件的变化与O3浓度变化进行了分析，旨在为近地面O3变化特征研究积累基础数据。

1 监测概况

1.1 监测点位

云南省16个城市共40个国控监测点位，如图1 所示，文章利用了38个常规站数据进行分析(除去昆明市西山森林公园与丽江市西南郊两个背景站)。

1.2 监测数据与统计方法

利用2015年云南省15个(除玉溪外)城市的O3监测数据及相关气象数据，共计天数为365d。按《GB-2012 环境空气质量标准》中O3日最大8h的二级标准的浓度限值100μg/m3进行O3污染的判定标准，即当O3日最大滑动8h平均值>100μg/m3，则当日为O3污染；采用Microsoft excel、ArcGIS软件进行处理。

2 污染特征

从图2中2015年云南16个城市O38h浓度的分布情况可以看到昭通是受O3污染天数最多的城市，其次是曲靖、保山、蒙自、芒市。污染情况在各城市间有很大的差异性，有的城市总的污染天数多，但轻度污染天数比例低；有的城市总的污染天数少，但轻度污染的天数比例高。因此，探究影响O3浓度变化的因素应该分城市、分区域考虑，才能找到更客观、更接近城市实际状况的影响因子。

3 全年相关性分析

3.1 O3与颗粒物

云南地区颗粒物浓度与O3浓度变化呈正相关，通常情况下颗粒物在空气中会减弱到近地面的太阳辐射不利于生成O3的光化学反应，但是云南特殊的地理位置导致了颗粒物浓度与O3浓度变化具有协同性。当以晴好天气为主时，空气湿度普遍下降，此时空气中的颗粒物(如道路扬尘、地面扬尘等)浓度增加。颗粒物含量上升能够部分减弱太阳辐射，但云南地区海拔较高，大部分地区海拔在1500～2800m，颗粒上升的浓度不足以有效地削弱太阳辐射，而此时晴好的天气状况较阴雨天有更多的辐射到达近地面使得O3浓度升高；云南地区受西南季风控制，当天气以阴雨为主时，来自孟加拉湾和印度洋的水汽使空气中的湿度含量增加，使得颗粒物浓度与O3浓度一致变化，同时，云量的增加使得到达近地面的太阳辐射减少，O3浓度降低。最终导致了全年颗粒物日均浓度与O3日最大8h浓度变化有正的相关性。其中蒙自、景洪、普洱、临沧、芒市5个城市O3浓度变化与PM10、PM2.5的相关性都达到了0.5以上，可视为高度相关的地区。这些城市位于云南偏南偏西地区，是西南气流首先影响到的区域，空气中水汽含量较高容易使颗粒物沉降，也容易形成较多的云量使得O3浓度下降，因此在这些地区颗粒物的浓度变化与O3浓度变化有很好的一致性。

表1 云南16个城市O3与颗粒物相关系数表

3.2 O3与气象要素

由于玉溪市未能获取到气象数据，文章仅对余下15个城市进行分析。

3.2.1 O3与风速

从表2中可以看出城市O3的浓度变化与风速变化有弱正相关，这与通常对污染物浓度变化的认识不一致。这是由于云南地区全年风速变化不大，风速对O3的扩散基本无影响。有部分研究表明近地面O3的变化与垂直方向的传输有关，与近地面水平扩散基本没有太大关系。其中普洱在5月6日—5月11日，5月13日—6月14日的风速都超过10m/s，仍有2d O3日最大8h浓度达到轻度污染，说明普洱地区近地面风速大小与O3的扩散无直接关系。也有研究表明[4]当风速较大时在O3未消散前能被仪器检测到。

表2 云南15个城市O3与气象要素相关系数表

3.2.2 O3与气压

气压的变化影响水平方向的气流输送，通常情况下污染物从密度高的空气向密度低的空气流动，当局地气压下降时，O3含量升高；当局地气压上升时，气压下降地区的O3含量下降。气压的变化也影响垂直方向的气流输送，当处于低压时气压降低，上升气流增强会使O3浓度降低，同时会使云量增多，到达地面的太阳辐射减少使得O3含量降低；当处于低压时气压上升，同时会使云量减少，更多的太阳辐射到达地面上升气流减弱会使O3浓度上升，使得O3含量降低。当处于高压时，情况与之相反。结合云南省地区2015年全年气压与O3的变化趋势可以看出，本地区气压与O3浓度变化没有很明显的相关性。

3.2.3 O3与气温

昭通、昆明、曲靖、保山、蒙自5个城市O3浓度变化与气温的一致性较高，相关系数都在0.35以上。其中昭通O3浓度变化与气温有很好的正相关，相关系数达到0.56，O3的浓度随气温的增加而增加，如图3所示。当地面接收到较多的太阳辐射时为O3的生成提供了良好的前提条件，此时近地面空气也被加热使得温度上升，于是O3和气温具有良好的一致性，与其他地区的研究结果一致[5-6]。

3.2.4 O3与湿度

云南地区O3与湿度有很好的反相关，除香格里拉有很弱的正相关外，在文山、景洪、芒市、普洱4个城市全年的相关系数高达-0.8。对于这些城市而言，O3的浓度会随湿度的增加而下降。湿度增加产生的云量较多，不利于太阳辐射达到地面，同时湿度大也是降水的前体条件，有降水时天气主要以阴雨为主，达到地面的辐射减少更为明显，使得O3浓度降低；当以晴好天气为主时，到达地面辐射增加，有利于O3生产，近地面水汽受热上升随风消散，同样呈负相关关系。

4 结论

在云南不同地区气象因子对O3浓度的影响存在差异，但总的说来大部分城市的O3浓度变化与颗粒物及气象因子保持了一致的变化规律。O3浓度与颗粒物浓度变化有一致性。

O3与风速的变化一致性不明显，在风速较大时，并未表现出O3浓度减少，还有待进一步研究。

O3与气压的变化也没有很明显的一致性，在不同天气系统下，O3的变化不同使得全年未见明显相关性。

O3与气温也呈一致变化，太阳辐射增强气温上升，有利于O3浓度上升。

O3与湿度具有很强的负相关，当湿度变大，云量增加，达到地面辐射减弱，O3生成减少。

[1]金明红, 黄益宗. 臭氧污染胁迫对农作物生长与产量的影响[J]. 生态环境学报, 2003, 12(4):482-486.

[2]沈琰, 杨卫芬, 蔡惠文. 常州市典型臭氧污染天气过程及成因分析研究[J]. 环境科学与管理, 2013, 38(12):173-177.

[3]郭远珍. 臭氧与生态环境[M]. 北京：化学工业出版社, 2013.

[4]王闯,王帅, 杨碧波,等. 气象条件对沈阳市环境空气臭氧浓度影响研究[J].中国环境监测,2015,31(3).

[5]吴有恒, 倪雷. 浅析近地面层臭氧浓度与气温的关系[J]. 贵州气象, 2009, 33(6):18-19.

[6]刘琼. 上海地区气溶胶对近地面臭氧的影响研究[D]. 上海：东华大学, 2012.

Study on the Factors Impacting Ozone Concentration at Ground Level in Yunnan Province

WANG Jian1, DOU Yan1,2, YANG Hong-liang3, QIU Fei1, XIANG Feng1

(1.Yunnan Environmental Monitoring Center, Kunming Yunnan 650000 ,China)

The monitoring data of 38 State-Controlled stations in Yunnan was adopted to analyze the correlation between ozone concentration and particulate matter and meteorological elements. The results showed that ozone and particulate matter concentrations kept consistent tendency. However, ozone concentration changed dramatically with different meteorological elements. Humidity demonstrated significantly negative trend with ozone concentration, while temperature and ozone were consistent. The relationship between ozone concentration, air pressure, and wind speed was not obvious.

ozone; particulate matter; meteorological elements; Yunnan

2016-08-18

2016年云南省环保厅“云南省城市大气臭氧污染成因调查”课题支持。

王健(1979-)，男，汉族，云南昆明人，学士，高级工程师，主要从事大气污染治理工作。

X51

A

1673-9655(2017)01-0042-04