對流層臭氧濃度變化分析

趙彥琴　張君霞

摘要 討論了對流層臭氧在年際及年代際等較大時間的變化和洲際間等較大空間尺度的輸送特征，分析了洲際輸送和平流層對流層物質交換對區(qū)域臭氧的影響，并展望了對流層臭氧未來的變化。

關鍵詞 對流層臭氧；濃度變化；洲際輸送；影響

中圖分類號 X515 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）21-0227-01

臭氧具有強氧化性，濃度較高時會對人體健康造成影響，刺激呼吸道、造成神經中毒、破壞人體免疫力等，其中老人和小孩對臭氧更為敏感。1981—2010年氣候變化（如極端干旱）和臭氧污染共同作用下，我國糧食產量平均每年下降10%。對流層臭氧又是一種溫室氣體，能夠吸收地表向外長波輻射，其濃度增加可導致地氣系統輻射收支改變，成為引起氣候變化的原因之一。同時，在干旱等氣候事件日益頻繁和嚴重的情形下，減少對流層臭氧含量具有保護糧食產量的作用。近幾十年來不同地區(qū)對流層臭氧的變化不盡相同；對流層臭氧不僅存在城市和郊區(qū)短距離輸送，而且還存在洲際輸送，這種洲際輸送對于下游大洲對流層臭氧濃度變化有很大的影響，洲際輸送存在季節(jié)變化，且對對流層低層臭氧濃度影響的程度與該地區(qū)臭氧濃度本身有緊密聯系。本文主要討論對流層臭氧較大時空尺度上的變化以及洲際輸送對區(qū)域臭氧濃度的影響[1-2]。

1 對流層臭氧濃度變化

1990—2010年北半球自由對流層和邊界層很多測站觀測的臭氧濃度呈正增長趨勢，但一些地區(qū)臭氧濃度卻在下降，其中30°～90°N之間多數地區(qū)500 hPa臭氧1990—2000年顯著增長，而2000—2009年增長速率下降。而且不同觀測手段觀測的數據在研究臭氧濃度長期變化趨勢時會有差異。利用1978—1989年的Zugspitze資料和1990年后平均時間序列研究發(fā)現，1978—1989對流層臭氧顯著增加，從20世紀90年代開始，增加速率降低，21世紀夏季下降，其他季節(jié)變化不顯著。整個歐洲的總體排放在減少，但偏遠鄉(xiāng)村地區(qū)地表測站觀測的臭氧在1996—2005年平均呈現增長趨勢，這種變化可能是由于城鄉(xiāng)區(qū)域氣流輸送造成的[3-4]。

2 洲際輸送和平流層、對流層物質交換對區(qū)域臭氧的影響

對流層臭氧生命期不同季節(jié)和海拔高度存在差異，平均為20～30 d或更長，與臭氧緯向輸送的時間尺度相當，表明臭氧至少在洲際尺度上可以輸送，郊區(qū)觀測到的臭氧反映了這種向下風向的輸送效應。臭氧洲際之間的輸送從臭氧直接觀測和前體氣體觀測可以看出，高濃度臭氧的煙羽在自由對流層和海拔較高的測站已經觀測到，北半球一些偏遠測站臭氧背景濃度有增加趨勢。

歐洲、東亞和北美洲際輸送對近地面臭氧濃度的貢獻在春、秋季達到峰值；夏季近地面臭氧濃度達到峰值，洲際輸送對近地面臭氧濃度貢獻很?。欢局揠H輸送可能超過當地區(qū)域本身產生的量；對于受冬季風和夏季風循環(huán)控制的南亞地區(qū)，洲際輸送對北極地區(qū)近地面臭氧的貢獻比當地區(qū)域生成和排放都大，并在4—6月達到峰值，次峰值在10月和12月。

平流層向對流層的動力輸送是對流層臭氧的一個重要來源，平流層向對流層的臭氧輸送影響上對流層和近地層臭氧含量。1990—2009年30°～90°N的觀測資料表明，150 hPa和500 hPa平均臭氧觀測記錄相似，1993年、1997年和2000年臭氧含量最小，1999年最大，1999年以后變化趨于平緩；2002年、2004年在150 hPa平均臭氧記錄有峰值，500 hPa記錄沒有這種響應，2003年中歐500 hPa臭氧記錄峰值與150 hPa記錄一致，但在北歐和加拿大未出現此現象。

3 對流層臭氧未來變化的模擬

21世紀氣候變化、臭氧損耗物及臭氧前體物種類被認為是控制臭氧總量及其在平流層、對流層和近地面分布的主要因素，水汽含量對臭氧含量有顯著作用，水汽含量高，臭氧消耗增多，而晴空高溫利于臭氧生成。技術和土地利用的改變、污染控制措施持續(xù)執(zhí)行、航運和航空排放增長和減緩氣候變化措施的落實等都會影響洲際輸送。另外，氣候變化可能會導致輸送模式、降水、大氣化學、土地覆蓋、自然排放、遺留污染再發(fā)射和人為主要排放，會影響洲際輸送的振幅。對未來對流層臭氧含量變化與排放情況的模式模擬發(fā)現，由于模式考慮的排放情況和模式本身的化學與氣候變化耦合效果影響，不同模式所模擬的結果不同。

使用模型分別模擬幾種不同排放情形下未來臭氧變化，發(fā)現幾種不同排放情形。2000—2050年全球臭氧前體物排放都將減少，北半球排放情形發(fā)生了轉變，歐洲和北美前體物排放減少較早且減小幅度大，南亞和東亞排放略減少或增加。在最小排放情形下，2000—2050年，NOX的排放在北美、歐洲和東亞分別減少78%、63%和48%，南亞增加43%；最大排放情形下，2030年北美和歐洲NOX排放跌幅最大，分別為43%和16%，南亞和東亞增長分別為91%和65%。

4 參考文獻

[1] 胡君利，林先貴，朱建國.土壤微生物對大氣對流層臭氧濃度升高的響應[J].土壤，2008（6）：857-862.

[2] 曹際玲，朱建國，曾青，等.對流層臭氧濃度升高對植物光合特性影響的研究進展[J].生物學雜志，2012（1）：66-70.

[3] 姜峰，荀鈺嫻.城市臭氧濃度變化規(guī)律分析[J].環(huán)境保護與循環(huán)經濟，2015（2）：55-59.

[4] 段玉森，張懿華，王東方，等.我國部分城市臭氧污染時空分布特征分析[J].環(huán)境監(jiān)測管理與技術，2011（增刊1）：34-39.