2020年东北地区沿海城市典型臭氧污染过程分析

王琳琳

(辽宁省大连生态环境监测中心，辽宁 大连 116021)

1 引言

2020年6月16～22日辽宁省经历了一次轻度到重度污染的典型臭氧污染过程。主要原因是全省扩散条件不利，温度持续较高，沿海城市同时受到海陆风的影响。其中6月17日抚顺重度污染，沈阳、铁岭、阜新、营口和盘锦中度污染，除丹东外其余7个城市轻度污染。6月20日，大连、抚顺、沈阳、阜新和鞍山中度污染，除丹东外其余8个城市轻度污染。6月21日，阜新、朝阳、铁岭和沈阳中度污染，除丹东和大连外其余8个城市轻度污染[1]。2020年臭氧污染过程中全省城市空气质量等级排名见表1。

表1 2020年臭氧污染过程全省城市空气质量等级排名

(2)监测数据来源于省内国控空气自动监测点位采集，各地区监测点位数量见表1，布设见图1。研究用数据为全省内所有国控空气自动监测点位采集，审核上报至国家城市环境[2,3]空气质量监测网空气质量监测数据

2 污染趋势

污染变化趋势[4]：6月16日，全省天气以晴-多云为主，风速较低，本地扩散条件不利。6月17日，全省主导风向南—西南微风，气压场弱，扩散条件不利，温度居高，臭氧本地沉积，全省臭氧浓度急剧升高，臭氧污染席卷全省，辽东北和营口中度污染，抚顺重度污染，全省只有丹东达标；6月18日，全省主导风向北—东北风，天气以阴为主，太阳辐射降低，气象条件扩散有力，全省臭氧急剧降低，只有本溪轻度污染；6月19日，全省天气晴天高热、风速极低，静稳天气导致本地生成大量臭氧且扩散不利，辽西地区和大连、本溪轻度污染[5]；6月20日，全省依旧晴天高热的天气下，本地继续生成大量臭氧，加之主导风向南—西南和风可能带来京津冀和山东传输污染，导致辽中主要城市中度污染，其余大部分城市轻度污染；6月21日，全省天气以多云为主，多云天气，气温有所降低，本地臭氧生成减弱，主导风向南—西南和风，可能存在省内的污染传输作用，污染带北移至辽北地区，且污染程度有所减轻，辽南地区臭氧急剧转好，大连直接由中度污染转为良；6月22日，全省天气以多云—阴为主，南—西南和风，气温继续降低，扩散条件有利，全省臭氧浓度全面降低，辽北的臭氧污染范围继续缩小，此次典型全省臭氧污染过程结束[6]。

3 臭氧浓度变化

臭氧日变化随光照强度的呈现正弦波动变化趋势[7]，2020年全省臭氧污染过程显示，在正常臭氧日增长回落的趋势下，6月17日重污染日，臭氧浓度一日内升高和回落的速率均极大，6月20～21日中度污染日，臭氧的波动范围小，浓度居高不下。2020年全省臭氧污染过程臭氧浓度小时变化趋势见图1。2020年污染过程全省及沿海城市臭氧日均值变化情况见图2。

4 气象条件分析

6月20日的8：00和20：00，辽宁省所处位置的流型均为平直，扩散条件不利。总体来看，污染日的气压场均较弱，且风速较小[8]。污染较严重的17、20、21日，全省天气以晴—多云为主，气温持续高热，本地易生成大量臭氧，同时气压场弱，主导风向南—西南微风，扩散条件不利，同时容易带来京津冀和山东的污染传输[9]。6月20日气象条件见图3。2020年全省污染过程气象条件统计见表2。6月17、20、21日臭氧浓度与风向风速叠加见图4。

图1 2020年全省臭氧污染过程臭氧浓度小时变化

图2 2020年臭氧污染过程全省及沿海城市臭氧日浓度统计情况

5 周边区域污染形势

6月16日，京津冀和山东省已经出现大面积轻度污染和中度污染，此时辽宁省空气质量以良为主。6月17日，京津冀和山东省空气质量已经好转，以良为主，辽宁省主导风向南—西南风，风速较小，空气质量急剧下降，从轻度污染—重度污染。6月18日，辽宁省主导风向为北—东北风，空气质量有所好转，以良为主，此时汾渭及京津冀地区又开始了新一轮的臭氧污染，以轻度污染为主。6月19日，华北地区污染范围扩大，山东省空气质量以轻度—中度污染为主，辽宁省本地无高频次主导风向，且风速较小，空气质量以良—轻度污染为主，京津冀北部以轻度污染—中度污染为主，京津冀南部以良-轻度污染为主。6月20日，辽宁省主导风向为南—西南风，污染半径继续扩大至整个华北地区及胶东、辽东半岛，且程度加深，辽宁省和山东省空气质量以轻度污染-中度污染为主，京津冀以轻度污染为主。6月21日，山东半岛污染缓解，空气质量以良—轻度污染为主，其他地区持续污染，辽宁省主导风向为南—西南风，风速有所增大，污染带略微北移，南部空气质量转为良。6月22日，伴随污染的范围减少，污染程度削弱，此时污染过程结束，辽宁省空气质量以良为主[10]。

图3 2020年6月20日500hPa、850hPa、地面等压线

图4 6月17、20、21日臭氧浓度和风向风速叠加

表2 2020年全省污染过程气象条件

6 海陆风影响分析

以6月19～20日为例，选取沿海城市及典型内陆城市沈阳和本溪，臭氧小时浓度变化情况见图5。

分析2020年全省臭氧污染过程发现，沿海城市清晨至午后臭氧浓度升高的趋势与内陆地区大致相同，但是午后至次日清晨臭氧浓度回落的趋势与内陆地区明显不同，表现为沿海城市臭氧浓度回落的速度比内陆地区慢，浓度居高不降，并且在夜间凌晨左右经常会有臭氧浓度突然升高数小时再继续回落的情况发生，造成这样现象的主要原因是沿海地区收到海陆风的影响，在白天臭氧在温度较高的陆地城区生成，而后随着上升气流到达一定高度被输送至海洋。然而经过一整个白天，海洋上的臭氧并未经消耗而减少，夜间会随着海陆风输送到温度较低的陆地下沉，导致沿海地区夜间臭氧浓度上升。

7 结论

(1)此次臭氧污染遍及全省，持续时间长，分布广，程度为轻度—重度污染。

(2)臭氧日浓度在污染日的波动或迅速升高和回落，或居高不降。

(3)污染日的气象条件或利于臭氧生成或不利于臭氧的扩散。

(4)周边区域可能存在区域传输。

(5)沿海城市夜间臭氧浓度受海陆风影响较大。