广州市一次秋季典型臭氧污染过程分析

雷 蕾 张金谱 裴成磊

（广东省广州生态环境监测中心站，广东广州 510006）

大气污染会对生态环境造成危害，影响人们的身体健康和生产生活，随着经济的发展、工业的进步，大气污染频繁发生，大气污染问题日趋严峻[1-2]。臭氧是自然大气环境中一种重要的微量气体，大气臭氧主要分布于平流层，约10%的臭氧分布于对流层中。平流层的臭氧可以通过吸收紫外线保护地球上的动物和植物不受紫外线辐射的危害。臭氧是氧气的同素异形体，是一种具有强氧化性的物质，如果对流层中的臭氧浓度过高，会造成光化学污染，对生态环境和人们的身体健康造成不利影响[3-4]。城市化进程逐渐加速，工农业生产规模逐步加大，氮氧化物和挥发性有机物的排放量也不断增加，前体物的增加导致了大气臭氧浓度逐步增加[5-6]。广州市的空气污染类型逐渐从传统的以颗粒物为首要污染物的空气质量污染类型，转变为以臭氧为首要污染物的空气质量污染类型。臭氧污染问题受到了越来越多关注，国内外的众多学者对臭氧污染的成因、特征以及影响开展了研究[7-8]。

广州市位于珠三角的核心区域，属于南亚热带季风气候区，广州市的空气质量会受到台风天气的影响[9-11]。岳海燕等[12]对2016年台风“妮妲”过程的研究中发现，台风过程期间臭氧浓度与温度、风速呈正相关，与气压、相对湿度呈负相关，高温低湿低压的环境有利于臭氧生成，风速1～2 m/s时也会促进臭氧的生成与积累。嵇萍等[13]对台风过程中珠三角臭氧浓度升高的原因进行了研究，发现在台风靠近珠三角时，台风外围的下沉气流影响珠三角，臭氧存在从高层到低层的垂直输送，进一步加剧了近地面臭氧的积累。吴蒙等[14]发现台风外围的下沉气流会对珠三角的大气环境产生极大影响，地面受均匀场控制，风速低且有逆温现象，利于臭氧的积累，且容易出现灰霾天气。臭氧的浓度与气象条件密切相关，有学者在对上海市臭氧污染过程的天气类型进行统计时发现，副热带高压控制型是最普遍的天气类型之一，在这种天气类型的条件下，污染程度较重[15]。进入秋季，广州市受副热带高压控制，臭氧污染经常发生。

为进一步加深对广州市臭氧污染特征的了解，本文研究了广州市秋季的一次典型臭氧污染过程，以期为广州市的臭氧监测和治理提供科学参考和依据。

1 数据与方法

本文选取2021年9月广州市NO2、PM2.5、O3等空气质量监测数据来源为广东省广州生态环境监测中心站各个自动监测点位的数据，NO2、PM2.5、O3分别采用化学发光法、β射线加动态加热系统联用光散射法和紫外光度法进行采样与监测，各个监测项目均按照国家标准进行运维和质控。

广东省除广州市外，其他城市的空气质量数据来源为广东省生态环境监测中心，气象资料数据来源为广州市气象台和中央气象台。空气质量评价标准采用《环境空气质量标准》（GB 3095—2012）、《环境空气质量评价技术规范（试行）》（HJ 663—2013）、《环境空气质量监测点位布设技术规范（试行）》（HJ 664—2013）。

2 结果与分析

2.1 气象条件

根据广州气象台的气象资料显示，9月26～27日，副高中心维持在南岭以北，广东省大部分受副高南侧的东到东南风影响；9月28～29日，随着中高纬西风槽东移，副高有所减弱，广东省仍受弱的副高脊控制；9月30日，广东省受副高北侧偏西气流影响。2021年9月26日8：00，“蒲公英”加强为超强台风级。9月26～30日，广州市可能还受到台风外围下沉气流影响。大范围的下沉气流叠加地面均压场，不利于污染物的扩散，是引起本次臭氧污染过程的重要因素之一。

2.2 广州市臭氧污染特征

9月24～25日，广州市空气质量优良；9月26～30日，空气质量转差，空气质量达轻至中度污染（臭氧为首要污染物）；10月1～2日，空气质量恢复至良水平；9月24～27日，臭氧浓度的日均值升高，9月27日的日均值达到228 μg/m3，9月28日～10月2日，臭氧浓度日均值呈下降趋势。PM2.5日均值浓度的变化与臭氧浓度变化类似，臭氧污染过程发生的同时，PM2.5的浓度也随之升高。

本次臭氧污染过程是一次大范围的臭氧区域污染过程，影响范围广泛。根据广东省生态环境监测中心发布的结果，9月26日，全省5个城市臭氧超标，分别为清远市、肇庆市、广州市、佛山市、东莞市；9月30日，全省臭氧超标城市已达9个，分别为广州市、佛山市、惠州市、东莞市、江门市、中山市、深圳市、汕尾市、汕头市，全省其他城市的臭氧浓度也较高，污染区域由西北部向中部、西南部转移。

9月24～10月2日广州市的空气质量概况如表1所示。

表1 广州市空气质量

为了解本次污染过程广州市各项污染物的变化，绘制了污染前（9月24～25日）、污染过程中（9月26～30日）、污染后（10月1～2日）三个阶段污染物（NO2、O3、PM2.5、PM10）和气象指标的时间序列图。

污染物和气象指标的时间序列图如图1所示。

图1 9月24日～10月2日风向、风速、温度、湿度、NO2、O3、PM10、PM2.5时间序列图

9月26日～10月1日，广州市的气温较高，天气晴热，且湿度较大，有利于臭氧的生成。污染发生前，广州市的风向以偏南风为主，在臭氧浓度超标期间，风速低，9月27～29日出现了明显的偏南与偏北的风向转换，低风速与风向转换不利于污染物的扩散。

观察臭氧浓度变化可以发现，9月27～29日臭氧浓度较高，9月27日15：00臭氧浓度达到峰值249 μg/m3；9月30日开始，风速逐步加大，有利于污染物的扩散，臭氧浓度也随之降低。

3 结语

本研究通过分析广州市一次臭氧污染过程的特征发现，污染过程可能受到副热带高压和台风外围下沉气流的共同影响，地面形成均匀场，天气晴热，有利于臭氧生成，风速较低且存在偏北至偏南的风向转换，不利于污染物的扩散，这些气象条件特征是本次持续性臭氧污染过程发生的重要原因之一。受副高和台风外围下沉气流的共同影响，秋季是广州市臭氧污染过程的高发季节，监测部门应重视秋季的臭氧监测，为秋季臭氧的预测预报积累经验，为政府相关部门的臭氧治理提供依据与支撑。