气象因子与天气系统对临沧市O3 污染影响的探讨

邱东云，何剑勇

云南省临沧市气象局，云南临沧 677000

气象因子与天气系统是决定空气质量的两大关键因素，但是在国家工业高度发达的当代社会中，空气质量始终得不到重视，整体表现水平较低，其中雾霾、酸雨等恶劣气象状况频频出现，城市环境污染严重。为此，深入研究气象因子与天气系统之间的相互关系还是有必要的。

1 气象因子与天气系统之间的相互关系

我国天气系统中的空气质量污染物较多，其中SO2污染最严重，NO2吸入颗粒污染物也非常之多，一般在每年4月开始就呈现下降趋势。在分析天气系统后可以发现，系统中的相对湿度会导致某些气象因子污染物浓度下降。例如：SO2的浓度变化会通过湿度下降来形成酸雨，不利于农作物农业生产过程(对农作物伤害较大)，对农业经济长期可持续发展也极为不利。

对气象因子产生变化的主要影响因素包括以下几种：第一种是相对湿度指标，如果空气中相对湿度偏高，空气中的污染物就会明显减少，一般在冬季和初春季节，气象因子中相对湿度指标较高，但是温度指标较低，所以天气系统中的污染物会转化为固体形态存在于空气中，如可见性相对偏弱的大雾中，相对湿度指标会明显上升。

第二种是逆温影响指标。根据相关研究文献记载可以发现，由于逆温所产生的无风或风小情况比较多。这一情况也会出现在冬季和初春。以无风情况为例，天气系统中的各种污染物是不容易分散的，所以距离地面相对较近的区域污染物浓度会大幅度增加，不利于城市居民的生产生活。

第三种是燃煤影响指标。在我国农村地区存在燃煤取暖指标超标问题，这是因为农村居民未能应用先进的燃煤技术，所产生的污染问题较大。其中，所产生的可吸入颗粒污染物和SO2量大，它们直接加快了空气质量的恶劣进程。

第四种是浮尘天气影响指标。这一天气系统指标存在于春季。因为春季大风气候特征表现明显，所以容易产生浮尘天气，导致空气中污染物含量进一步增多，空气质量也会明显下降。

在深入分析天气系统中的空气质量，探讨其与气象因子之间所产生关系时，需要进一步了解污染物浓度与气象因子之间的单相关系数，如风速、降水量、相对湿度、最高气温变化等，都与天气系统息息相关。在分析天气系统中空气质量与气象因子之间关系时，需要再次举例说明。例如：每日最高气温在SO2影响下逐渐下降，所产生的关系也呈显著的负相关关系。在每日最高气温的影响下，SO2指标水平会逐渐升高，由此判定两者之间会产生正相关关系。基于上述分析方式可以发现，空气中的各种污染物浓度与气象因子有关，当污染物浓度发生变化时，是多种气象因子影响所致的。所以要充分考虑气象因子影响，由此了解气象因子与天气系统两者关联关系[1]。

2 临沧市O3污染概况

临沧市位于云南省西南部，是省下辖地级市。当地受到西南季风气候的影响，所以西南涡流气候现象较明显。临沧市干雨季分明，雨水较多，日照时间较长(年平均日照数超过2 000 h)。所谓西南低涡就是指我国西南地区所存在的中尺度气旋低压系统，其尺度可以达到300～500 km，是典型的中尺度涡旋。在临沧市，由于受到西南低涡影响，城市中的O3浓度变化较大，所产生的影响也是多种多样的。在临沧市冬夏半年低涡日与非低涡日的O3浓度差异变化较大，需要结合显著性检验展开，并进行0.05水平的显著性检验。因此，临沧市是容易受到西南低涡影响的，O3浓度差异性较大，进而导致O3污染产生，治理工作难度越来越大。

3 气象因子与天气系统对云南省临沧市O3污染的影响

3.1 气象因子对临沧市O3污染的影响

3.1.1 太阳辐射强度因子对临沧市O3污染所产生的影响目前，临沧市深受O3浓度增大影响，其在一天内的变化幅度大，在临沧市不同月份之间的表现存在显著的差异。其中，所受到的气象因子影响较多，包括太阳辐射强度气象因子影响，它直接影响了临沧市天气系统中的O3浓度高度变化，导致NO2被光合分解进而产生O3，为地表提供大量热量，导致气温水平升高。为此，深入分析由O3所产生的热化学反应也是有必要的，例如：2019—2022年临沧市的O3小时浓度与辐射强度监测数据分析结果来看，如果临沧市辐射强度有所下降，其O3小时浓度应该达到0～150 μg/m3浓度范围。伴随太阳辐射强度的逐渐增加，低浓度范围内的数值会逐渐减少；如果辐射强度达到500～600 W/m2范围时，O3小时浓度会出现较多超标时刻，超标率达到3.3%左右[2]。

综上所述，需要了解临沧市中O3、NO2的光解速率变化，包括光解速率与其季节、时刻所产生的密切关系。因为光解速度会伴随太阳辐射强度的增加而逐渐加快，就会促进O3浓度水平不断升高。以临沧市为例，其日出时间大为06:00～07:00，日出后太阳辐射水平逐渐上升，O3小时浓度也会逐渐升高。但在下午太阳辐射水平有所下降，O3的生成速率有所放缓，且浓度大幅度下降。在临沧市，全年太阳辐射强度规律变化较大，其中夏季最强，冬季最弱，但是O3浓度变化规律相对一致[3]。

3.1.2 温度因子对临沧市O3污染所产生的影响温度因子对于临沧市O3污染所产生的影响较大，从2019—2022年临沧市不同温度区间展开分析，其在1 h之内的浓度变化较大，例如：临沧市O3小时浓度会伴随温度升高而增加，如果温度低于28 ℃时，O3小时浓度一般都处于低值区，但较少出现超标现象问题。具体来说，O3超标时刻多集中在高于28 ℃，且温度段内O3浓度水平普遍较高；但如果温度低于28 ℃时，O3小时浓度是同样处于高值区的[4]。总体来讲，温度变化对前体物浓度产生的影响更大，导致大量O3的生成，届时O3浓度变化明显。温度因子变化较大，在不断升高后，O3小时浓度的前体物浓度显著上升。在临沧市，要结合温度与O3浓度变化来展开分析，保证两者温度变化趋势趋于一致，全面证明温度因子对于O3小时浓度的具体影响[5]。

3.1.3 相对湿度因子对临沧市O3污染所产生的影响从2019—2022年临沧市不同的相对湿度区间展开分析，其O3小时浓度变化较大，且伴随相对湿度因子增加变化后，临沧市的O3小时浓度会呈现先增加、后减少的发展态势。如果相对湿度低于50%时，O3小时浓度会不断增加；如果相对湿度高于50%时，则O3小时浓度与湿度之间呈现负相关关系。再分析临沧市O3小时浓度达到40%～70%这一湿度范围时，其相对湿度也会增加70%以上。因此，需要分析相对湿度因子对临沧市O3污染产生的负面影响，了解其中低于100 μg/m3的浓度段。同时分析O3超标时刻逐渐减少这一问题，其相对湿度大于70%，超标率不足0.1%[6]。

第一，临沧市如果由于雨季而导致相对湿度较高，需要在临沧市植物中打开气孔，大量吸收O3确保O3实现干性沉淀；第二，临沧市如果相对湿度较高，可以将O3直接转化为氧化剂，并保证低价态酸性物质转化为高价态的硝酸盐和硫酸盐，了解O3的被消耗过程。如果临沧市届时水汽含量相对较高，则需要分析SO2颗粒物表面吸收水汽转化情况，这样对提高氧化反应速率大有裨益，有利于加速O3消耗；第三，如果水汽含量较高，则需要保证H2O与O3光解速率不断提高，形成激发态氧原子反应，最后生成OH自由基，这样对O3前体物反应变化影响显著，会导致O3浓度升高。一般来说，相对湿度是能够通过吸收太阳辐射间接影响O3小时浓度的，而临沧市天气系统中的水汽含量变化则会影响地面太阳辐射程度，通过影响光化学反应速率变化来调整O3浓度变化。如果根据2019—2022年临沧市气象观测数据计算，可以了解到当地水汽对太阳总辐射的吸收量与水汽含量之间呈现出正相关变化关系，如果水汽含量增大，所吸收的太阳总辐射量越多，然而太阳辐射强度在接近地面后会大幅度减小，如此就能影响到O3的生成[7]。

3.2 天气系统对临沧市O3污染的影响

天气系统对临沧市O3污染产生的影响较大，就2019—2022年临沧市夏半年非低涡日为例(非低涡日天数为590 d)，其中有340 d发生降水情况。临沧市下半年低涡日天数为120 d，其中湿低涡日为60 d，如果结合这些数据分析O3污染浓度分级变化，则需要了解O3污染浓度天数变化与天气系统之间所产生的影响关系[8]。总体来讲，无论是低涡日还是湿位涡日，都需要了解降水情况变化对O3污染产生的影响，了解高浓度频率下的湿位涡日变化情况，表明除降水情况以外，引发O3污染效应的问题还有很多。这里重点讨论低涡活动，它导致临沧市中O3小时浓度明显下降[9]。

根据相关研究对比可以发现，2019—2022年范围内临沧市在发生降水的非低涡日发生了O3浓度变化，此时需要分析低涡活动与O3污染效应对于临沧市O3浓度产生的影响，了解其影响程度[10]。为此，临沧市采用了概率密度函数PDF来表征说明临沧市非低涡日情况，了解O3浓度之间所产生的差异变化。在分析临沧市夏半年湿位涡日变化后，需要了解其O3污染浓度变化中非低涡日显著差异的问题，基于这一现象表明在低涡活动的影响下O3浓度影响程度变化，此时需要分析降水量。根据相关研究，充分运用2019—2022年污染物监测数据变化过程中，需要结合同期气象资料分析西南低涡统计数据变化，结合相关数据了解临沧市O3浓度影响变化，并得出有价值的研究结论[11]。

在深度分析2019—2022年西南低涡活动影响下临沧市的O3污染变化时，需要深入了解其O3浓度下降变化情况。主要是在夏半年低涡日分析O3浓度是否显著低于非低涡日。在分析0.05水平下的显著性检验的过程中，需要了解冬半年O3浓度变化，建立显著性检验工作机制。在深入分析湿低涡变化时，需要了解临沧市中的湿位涡发生情况，保证O3浓度影响程度明显小于降水所引发的湿清除效应。如果没有发生降水，低涡活动就会对临沧市O3污染中O3浓度产生影响，大幅度降低O3浓度[12]。

在分析天气系统对临沧市O3污染所产生影响的过程中，需要分析临沧市O3浓度变化情况，了解O3污染影响城市气象因子变化过程。同时，需要基于太阳辐射强度对所生成的O3变化展开分析，了解其扩散程度变化，确保混合成高度O3浓度呈现出一定的正相关关系。在这一过程中，若临沧市的风速小于2 m/s，也需要分析临沧市出现O3污染后主要表现出的风向变化情况。例如：强太阳辐射有利于临沧市O3污染变化，其中O3超标集中出现在温度＞28 ℃时的湿度情况，其湿度范围控制在40%～80%范围内，其太阳辐射量大致控制在500 W/m2以上，这一期间O3污染严重，O3超标率达到最高水平。

4 气象因子与天气系统对云南省临沧市O3污染影响问题的解决对策

目前，国内对流层中O3污染的形成机理明确，它从单一O3污染逐渐转变为PM2.5和O3复合污染。在构建监测预警预报机制的过程中，需要明确减排法规标准，分析其中关键控制技术。为此，探讨了气象因子与天气系统对临沧市O3污染影响问题的解决对策。

临沧市需要加强对PM2.5和O3复合污染成因机理的深入研究，科学建立协同控制机制，分析其中可能存在的污染演变过程，并将影响因素进行量化处理。总体来讲，要结合多种要素、尺度、维度数据来厘清PM2.5和O3复合污染成因机理。在探索过程中，也需要了解临沧市复合污染扩散模型，同时做好定性定量的环境因子分析。因此，目前临沧市正在加速建设以VOCs、NOx为主的大气O3监测网络体系。

要深入了解O3污染成因，通过长时间、大范围、大尺度研究理解临沧市区域的O3污染成因和来源情况。目前，临沧市已经结合国内大量研究来识别各个敏感区域、解析污染来源、分析影响因素与机理、提出具体防治措施，展开系统性管理工作。在后续的精细化污染防控工作中，临沧市需要结合气象、环境以及季节、政策等因素制定适合于临沧市的“一市一策”防止措施，主要分析不同O3污染等级，制定相应的应急和管制方案，满足临沧市O3污染影响问题的针对性、精细化防控管理要求。

临沧市科学优化了大气O3评价指标，主要对O3污染影响研究结果进行分析，定期审核设定O3评价指标，解读其评价指标的科学性和合理性。临沧市结合国内气象因素与环境条件分析并提炼数据，制定出符合城市污染影响处理要求的评价指标、考核方法。同时持续推进城市O3污染防控措施的实施。例如：制作VOCs排放清单，同时对O3污染影响进行分区分时管控，制定一系列常态化防控管理办法。

5 结束语

当前，气象因子与天气系统都会影响城市O3污染变化，其中对O3浓度指标的影响最大。因此，需要深入研究临沧市的空气质量与气象因子变化，思考其中的相互关联关系，分析空气中各种污染物所呈现出的变化趋势。同时，基于一定结果分析气象因子与天气系统之间关系，为临沧市O3污染变化与O3超标程度展开深层次分析，为临沧市未来天气系统、气象因子朝良性发展变化创造条件。