陜西師范大學(xué)長(zhǎng)安校區(qū)夏冬季節(jié)臭氧垂直變化特征

陳佳源，趙景波,

1.陜西師范大學(xué) 地理科學(xué)與旅游學(xué)院，西安 710119 2.中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所 氣溶膠化學(xué)與物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710061

臭氧（O3）是大氣中一種淡藍(lán)色有特殊臭味的微量氣體（單文坡，2006），穩(wěn)定性比較差，在常溫常壓下能分解產(chǎn)生氧氣，尤其在紫外線照射和加熱的條件下，能加快分解速度（程麟鈞等，2017）。另外，O3是溫室氣體，會(huì)加劇全球增溫。2012年由國(guó)家環(huán)保部出臺(tái)的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，2012），其修訂內(nèi)容中明確提出增設(shè)臭氧8小時(shí)平均濃度限值。

近幾年政府加強(qiáng)對(duì)環(huán)境整治力度，臭氧漸漸地走進(jìn)人們的視線。臭氧壽命較長(zhǎng)，能隨氣流傳播很遠(yuǎn)的距離（馬文靜，2014）。如今在很多城市中都存在臭氧超標(biāo)的問(wèn)題，甚至在一些城市中，大氣污染中最主要的污染物已經(jīng)逐漸變成O3，而不是PM2.5。

對(duì)于城市環(huán)境空氣質(zhì)量來(lái)說(shuō)，臭氧污染理應(yīng)得到足夠的重視。迄今為止，西安市的機(jī)動(dòng)車(chē)保有量已經(jīng)超過(guò)260萬(wàn)輛，而絕大部分集中在主城區(qū)，此外，西安夏季的高溫及日照使臭氧污染更易于出現(xiàn)。西安地區(qū)空氣質(zhì)量的改善，近地面空氣中臭氧濃度的降低以及光化學(xué)污染的防治，都是人們最關(guān)心的問(wèn)題（耿福海等，2012）。臭氧具有強(qiáng)氧化性，一定程度上會(huì)增加人們患呼吸道疾病的風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)人體吸入的臭氧達(dá)到一定濃度后，會(huì)使人呼吸困難（楊金星和高瑋，2015）、胸悶、頭痛頭暈，甚至?xí)窠?jīng)中毒（徐鳳林和徐巍，2013），引發(fā)哮喘等，還有可能造成人的記憶力衰退（魏西會(huì)，2016）。臭氧污染對(duì)人類(lèi)健康的威脅越來(lái)越嚴(yán)重，使得對(duì)臭氧濃度變化規(guī)律的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

在以往國(guó)內(nèi)外的研究中，臭氧的影響因子（Trainer et al，2000；Zheng，2008；王宏等，2012；劉新春等，2013；王闖等，2015）以及光化學(xué)路徑的研究（Huang and Massie，1997；Seroji et al，2004；Lin et al，2008；趙辰航，2015；Früchtl et al，2016）是近地面臭氧研究的兩大熱點(diǎn)。其中，影響因子一般包含其前體物濃度和氣象條件；而光化學(xué)路徑研究涉及 NO2、O3的光解速率，會(huì)影響大氣氧化性的各種氣體以及實(shí)際參與光化學(xué)反應(yīng)的相關(guān)的自由基等（耿福海等，2012）。

在本研究中，通過(guò)對(duì)陜西師范大學(xué)長(zhǎng)安校區(qū)1號(hào)宿舍樓O3濃度在1 — 52 m高度的垂直變化、晝夜變化和相關(guān)氣象條件進(jìn)行觀測(cè)，旨在探究O3濃度變化規(guī)律，O3濃度變化與NOx濃度及氣象條件之間的相關(guān)性。

2 研究區(qū)域概況與方法

2.1 觀測(cè)地點(diǎn)簡(jiǎn)介

本研究的觀測(cè)地點(diǎn)選取在陜西師范大學(xué)長(zhǎng)安校區(qū)一棟18層高的研究生1號(hào)宿舍樓，高度為52 m。該樓地處陜西師范大學(xué)長(zhǎng)安校區(qū)西南角，北邊約80 m為學(xué)生食堂，南面300 m左右為東西走向的學(xué)府大道，在其西邊420 m處是南北走向的同輝路，東面324 m處設(shè)有學(xué)生食堂。該樓周?chē)撬奚峁⒑统校送?，在觀測(cè)地點(diǎn)的南面250 m和西北方向600 m附近都存在建筑工地。

2.2 觀測(cè)實(shí)驗(yàn)

2.2.1 觀測(cè)儀器

觀測(cè)時(shí)，采用便攜式智能氣體檢測(cè)儀實(shí)時(shí)測(cè)定O3和NOx的濃度，同時(shí)采用NK5919（Kestrel 4000）便攜式風(fēng)速氣象測(cè)定儀測(cè)定溫度、氣壓、風(fēng)速、相對(duì)濕度、海拔高度。

2.2.2 觀測(cè)方案

本研究對(duì)該宿舍樓共進(jìn)行了5個(gè)晝夜的觀測(cè)，包括夏季3個(gè)晝夜，冬季2個(gè)晝夜，每次觀測(cè)是自當(dāng)日上午8時(shí)起到次日早晨6時(shí)結(jié)束，其中每隔兩小時(shí)進(jìn)行一次觀測(cè)，每次都是逐層觀測(cè)。觀測(cè)的位置選取在宿舍樓東側(cè)的每層走廊窗外，觀測(cè)時(shí)待便攜式儀表數(shù)據(jù)穩(wěn)定后再讀取并記錄數(shù)據(jù)。觀測(cè)的項(xiàng)目分別是O3濃度、NOx濃度、相對(duì)濕度、氣壓、溫度和風(fēng)速。因?yàn)橛^測(cè)設(shè)備數(shù)量有限，所以觀測(cè)只能采取按從下向上逐層觀測(cè)的方式，且每一層的觀測(cè)時(shí)間間隔約5分鐘。觀測(cè)日天氣與空氣質(zhì)量見(jiàn)表1。所選取的觀測(cè)日較短，但具有相同的變化規(guī)律，說(shuō)明代表的規(guī)律具有可靠性。

表1 觀測(cè)日期及空氣質(zhì)量狀況Tab.1 Date and air quality of observation experiment

2.3 數(shù)據(jù)分析方法

（1）圖表分析：通過(guò)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)并繪制臭氧濃度隨時(shí)間變化的折線圖分析臭氧濃度的晝夜變化規(guī)律和垂直變化規(guī)律。

（2）相關(guān)性分析：采用相關(guān)性分析法探究O3濃度與NOx濃度、氣象條件之間的相關(guān)性關(guān)系，借以分析臭氧濃度變化的原因。

3 結(jié)果與分析

3.1 夏季臭氧濃度的晝夜變化規(guī)律

圖1為觀測(cè)點(diǎn)夏季在不同高度上的臭氧濃度晝夜變化圖。觀測(cè)數(shù)據(jù)表明：在1 — 52 m高度，夏季臭氧濃度整體日變化呈現(xiàn)出單峰分布的特征， 臭氧濃度變化范圍在 0.043 — 0.279 mg · m?3，平均值為 0.160 mg · m?3，14:00 — 16:00 出現(xiàn)峰值。臭氧濃度整日變化趨勢(shì)大體一致，呈現(xiàn)一高一低的階段變化，可將其分為3個(gè)階段。

圖1 夏季不同高度上的臭氧濃度晝夜變化Fig.1 Diurnal variations of ozone concentrations at different heights in summer

04:00 — 08:00為第1階段，在該階段內(nèi)臭氧濃度隨著時(shí)間遞增，該階段為臭氧濃度最低階段，臭氧濃度在 0.043 — 0.146 mg · m?3變動(dòng)，平均值為0.100 mg · m?3。10:00 — 20:00 為第 2 階段，臭氧濃度在 0.141 — 0.279 mg · m?3變動(dòng)，隨時(shí)間先遞增后遞減，平均值為0.213 mg · m?3，是濃度最高的階段。14:00達(dá)到最大濃度，在16:00臭氧濃度仍保持最高值或略有下降。22:00 — 次日02:00為第3階段，臭氧濃度在 0.064 — 0.154 mg · m?3變動(dòng)，隨著時(shí)間遞減，平均值為0.114 mg · m?3，為臭氧濃度居中階段。

3.2 冬季臭氧濃度的晝夜變化規(guī)律

圖2為觀測(cè)點(diǎn)冬季在不同高度上的臭氧晝夜變化圖。從圖2中能夠看出，在1 — 52 m高度，冬季臭氧濃度整體日變化也呈現(xiàn)出單峰分布的特征，臭氧濃度變化在 0.024 — 0.131 mg · m?3，平均濃度為 0.071 mg · m?3，在 14:00 和 16:00 達(dá)到峰值。下文在分析冬季不同高度上臭氧變化規(guī)律時(shí)將1 — 52 m的高度分為1 — 25 m、28 — 52 m兩個(gè)高度進(jìn)行敘述。

圖2a反映冬季臭氧濃度在1 — 25 m的變化特征。數(shù)據(jù)表明臭氧濃度在 0.024 — 0.114 mg · m?3變動(dòng)，平均濃度為 0.064 mg · m?3，將其變化特征分為3個(gè)階段。04:00 — 08:00為第1階段，臭氧濃度在該階段內(nèi)最低，臭氧濃度隨時(shí)間緩慢升高，濃度在 0.024 — 0.071 mg · m?3變動(dòng)，平均值為0.045 mg · m?3。10:00 — 20:00 為 第 2 階段，臭氧濃度在該階段最高，隨著時(shí)間先遞增再遞減，在0.060 — 0.114 mg · m?3變動(dòng)，平均值為 0.087 mg · m?3。22:00 — 次日02:00為第3階段，為臭氧濃度居中階段，臭氧濃度隨著時(shí)間遞減，降低速度緩慢，臭氧濃度在 0.024 — 0.060 mg · m?3變動(dòng)，平均值為0.038 mg · m?3。

圖2 冬季不同高度上的臭氧濃度晝夜變化Fig.2 Diurnal variations of ozone concentrations at different heights in winter

圖2b反映冬季臭氧濃度在28 — 52 m高度的變化特征。數(shù)據(jù)表明臭氧濃度在0.024 —0.131 mg · m?3變動(dòng)，平均濃度為 0.071 mg · m?3，最大值出現(xiàn)在16:00，最小值出現(xiàn)在04:00，也將其變化特征分為3個(gè)階段。04:00 — 08:00為第1階段，該階段臭氧濃度最低，隨著時(shí)間緩慢增加，變化范圍為 0.024 — 0.064 mg · m?3，平均濃度為0.040 mg · m?3。10:00 — 20:00 為第 2 階段，臭氧濃度在該階段最高，臭氧濃度隨著時(shí)間先遞增再遞減，在 0.051 — 0.131 mg · m?3變動(dòng)，平均值為0.096 mg · m?3。22:00 — 次日 02:00 為第 3 階段，此階段臭氧濃度居中，臭氧濃度隨著時(shí)間遞減，降低速度緩慢，臭氧濃度在0.028 — 0.077 mg · m?3變動(dòng)，平均值為 0.046 mg · m?3。與臭氧濃度 1 —25 m高度變化特征相比，變化趨勢(shì)是一致的，但明顯臭氧濃度的變化速度在28 — 52 m比在1 — 25 m更快，變化幅度也更大。冬季臭氧濃度在28 — 52 m高度的變化特征有一個(gè)明顯不同的特點(diǎn)，即第1階段和第3階段的平均臭氧濃度十分接近。

3.3 夏季臭氧濃度的垂直變化規(guī)律

圖3為觀測(cè)點(diǎn)夏季臭氧濃度在垂直方向上的濃度變化圖，依圖3所示，將夏季臭氧垂直增減變化規(guī)律分為2種類(lèi)型。

如圖3a所示，08:00 — 18:00出現(xiàn)第1種類(lèi)型，其特點(diǎn)是臭氧濃度在1 — 16 m高度隨著高度增加而遞增，平均每米遞增率為 0.0024 mg · m?3，在19 — 28 m高度隨高度增加而遞減，平均每米遞減率為 0.0007 mg · m?3，而在 31 — 52 m 高度臭氧濃度再次出現(xiàn)隨高度增加而遞增的趨勢(shì)，平均每米遞增率為 0.0015 mg · m?3。

圖3 夏季不同高度上的臭氧晝夜變化Fig.3 Vertical change of ozone concentrations in summer

如圖3b所示，20:00 — 次日06:00出現(xiàn)第2種類(lèi)型，特點(diǎn)是臭氧濃度在1 — 16 m高度也出現(xiàn)隨高度增加而遞增的特征，平均每米遞增率為0.0018 mg · m?3，在 19 — 52 m 高度隨高度增加而遞減，平均每米遞減率為 0.0010 mg · m?3。

3.4 冬季臭氧濃度的垂直變化規(guī)律

圖4為該觀測(cè)點(diǎn)冬季臭氧濃度在垂直方向上的濃度變化特征，依圖4所示，也可將冬季臭氧垂直增減變化規(guī)律分為2種類(lèi)型，其中第2種類(lèi)型的變化特點(diǎn)與夏季臭氧垂直增減變化規(guī)律一致（圖4b）。

圖4 冬季不同高度上的臭氧晝夜變化Fig.4 Vertical change of ozone concentrations in winter

從圖4a看出，冬季臭氧濃度垂直變化規(guī)律的第1種類(lèi)型也是出現(xiàn)在08:00 — 18:00，臭氧濃度在1 — 16 m高度同樣隨著高度增加而遞增，平均每米遞增率為0.0006 mg · m?3，但不同的是臭氧濃度在19 — 37 m高度隨高度增加而遞減，平均每米遞減率為 0.0004 mg · m?3，在 40 — 52 m 高度再次出現(xiàn)隨高度增加而遞增的趨勢(shì)，平均每米遞增率為0.0006 mg · m?3。

如圖4b所示，20:00 — 次日06:00出現(xiàn)第2種類(lèi)型，特點(diǎn)是臭氧濃度在1 — 16 m高度出現(xiàn)隨高度增加而遞增的特征，平均每米遞增率為0.0006 mg · m?3，在 19 — 52 m 高度隨高度增加而遞減，平均每米遞減率為 0.0003 mg · m?3。

4 討論

4.1 夏冬季節(jié)臭氧的晝夜變化規(guī)律對(duì)比

無(wú)論是夏季還是冬季，臭氧濃度的晝夜變化趨勢(shì)大致相同，都可分為3個(gè)階段。臭氧濃度的變化與近地面所發(fā)生的光化學(xué)反應(yīng)密切相關(guān)（劉登豐，2002；單文坡等，2006），20:00 — 次日04:00光照強(qiáng)度非常弱，臭氧光化學(xué)反應(yīng)停止，加上一氧化氮被臭氧氧化，直接消耗著臭氧，因此臭氧濃度在這段時(shí)間內(nèi)隨時(shí)間遞減，并達(dá)到最低濃度。自清晨0 6:00起，隨著光照增強(qiáng)，促進(jìn)光化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，臭氧濃度積累升高。正常情況下，光照在16:00時(shí)達(dá)到最強(qiáng)，因此臭氧濃度一般在14:00和16:00達(dá)到最大，18:00之后太陽(yáng)落山，光照強(qiáng)度減弱，臭氧濃度開(kāi)始下降，正常情況下在0 4:00達(dá)到臭氧濃度的最低值。

對(duì)比冬夏兩季的臭氧晝夜變化特點(diǎn)可知，1 — 52 m高度，夏季臭氧濃度變化在0.043 —0.279 mg · m?3， 冬 季 臭 氧 濃 度 變 化 在 0.024 —0.131 mg · m?3，夏季的臭氧濃度比冬季的臭氧濃度高，大約是冬季的2倍。同時(shí)，夏季的臭氧濃度日變化幅度比冬季大，這與前人研究成果（宗雪梅等，2007；姜峰和荀鈺嫻，2015）相吻合。觀測(cè)點(diǎn)夏季晝夜溫度變化比冬季大，光照比冬季強(qiáng)，這也是夏季臭氧濃度變化幅度較大的原因。冬季光照強(qiáng)度小，溫度低，臭氧濃度日變化較小，基本維持在相對(duì)較低的水平，而且，考慮到觀測(cè)冬季臭氧濃度時(shí)天氣出現(xiàn)霾的情況，觀測(cè)得到的冬季臭氧濃度值會(huì)有所偏高，這也是造成觀測(cè)數(shù)據(jù)中，冬季偶爾出現(xiàn)第3階段（22:00 — 次日02:00）臭氧平均濃度低于第1階段（04:00 — 08:00）的原因。

4.2 夏冬季節(jié)臭氧的垂直變化規(guī)律對(duì)比

綜合分析夏冬兩季的晝夜變化規(guī)律可知，無(wú)論是夏季還是冬季，該觀測(cè)地點(diǎn)的臭氧濃度在1 —16 m高度都是隨著高度增加而遞增。出現(xiàn)這個(gè)結(jié)果的原因可能是由于受到附近另外2棟52 m高層建筑遮擋的影響，使觀測(cè)點(diǎn)較高的樓層受到的光照強(qiáng)度更強(qiáng)，而光照強(qiáng)度的強(qiáng)弱則會(huì)影響臭氧發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)的速率，因此臭氧濃度在1 — 16 m高度呈現(xiàn)隨著高度增加而遞增的特點(diǎn)。這與前人的研究結(jié)果相一致（任麗紅等，2005；馬志強(qiáng)等，2007）。

臭氧濃度垂直變化為先遞增后遞減再遞增，隨著高度的增加光照增強(qiáng)，臭氧濃度增大，但中間段遞減出現(xiàn)的原因可能是被測(cè)點(diǎn)周?chē)⒉皇菬o(wú)遮擋的，其東側(cè)5 m附近有枝葉較繁茂的樹(shù)木遮擋，樹(shù)高約16 m。另一個(gè)原因，從所測(cè)數(shù)據(jù)看出，7層至11層所在的位置相對(duì)濕度較附近樓層高，空氣中的水分子能與臭氧反應(yīng)生成羥基自由基和氧氣，從而降低臭氧濃度，因此中間段的遞減是眾多因素相結(jié)合產(chǎn)生的結(jié)果。出現(xiàn)遞減段的情況與前人研究的結(jié)果不大相同（李凌霜和趙景波，2015），李凌霜等研究西安市雁塔區(qū)10月O3垂直變化的結(jié)果中，O3濃度隨高度增加而升高，在垂直高度上有分層段上升的變化，但其并未出現(xiàn)中間遞減階段，原因可能是被測(cè)點(diǎn)的周?chē)闆r的差別。

在第1種類(lèi)型的垂直變化規(guī)律中，夏季白天臭氧濃度垂直變化的遞減高度范圍是19 — 28 m，而冬季白天臭氧濃度垂直變化的遞減高度范圍是19 — 37 m，造成這種差別的最主要因素仍是光照強(qiáng)度（單文坡，2006；郭穩(wěn)尚等，2014）。夏季光照強(qiáng)度遠(yuǎn)比冬季強(qiáng)，而高度越高的樓層，接受到的陽(yáng)光照射也更多，因此夏季臭氧濃度在31 — 52 m遞增，而冬季卻只在40 — 52 m遞增，在31 — 40 m臭氧濃度是隨高度遞減，最主要的原因就是冬季光照強(qiáng)度明顯不足，在31 — 37 m的樓層接受不到足夠的光照強(qiáng)度。

4.3 臭氧濃度與氮氧化物濃度關(guān)系

在陽(yáng)光的照射下，NOx會(huì)與VOCs（尚筱潔，2013；王紅麗，2015）發(fā)生一系列光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生O3（張新民等，2012）及其他多種二次污染物，進(jìn)而形成光化學(xué)煙霧。NO與O3會(huì)反應(yīng)生成NO2，而NO2會(huì)與O3反應(yīng)生成NO3進(jìn)而消耗O3（王明星，1999），因此NOx與O3之間存在復(fù)雜的反應(yīng)關(guān)系。

分析2016年8月觀測(cè)得到的數(shù)據(jù)，利用Origin 9繪制成散點(diǎn)圖，并通過(guò)軟件IBM SPSS Statistics 22.0 檢驗(yàn)O3濃度與NOx濃度的相關(guān)性。

圖5的數(shù)據(jù)表明，臭氧濃度與氮氧化物濃度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，通過(guò)軟件 IBM SPSS Statistics 22.0分析得出其相關(guān)性系數(shù)α = ?0.92。在光照情況下，NO2光解生成NO和氧原子，氧原子會(huì)與空氣中的O2作用生成 O3（Becker et al，1979；Wang et al，2016）。白天隨著光照強(qiáng)度的加強(qiáng)，首先是NO2光解速率加快，進(jìn)而推動(dòng)O3濃度逐漸升高。雖然其中會(huì)伴隨有NO與O3反應(yīng)生成NO2和O2，但此反應(yīng)進(jìn)行的程度較低，因此，臭氧在白天會(huì)隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)逐漸積累。換言之，NOx會(huì)通過(guò)光化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為O3。夜晚，沒(méi)有光照，光化學(xué)反應(yīng)停止，NOx停止向O3轉(zhuǎn)化，所以入夜后NOx積累，而O3濃度開(kāi)始下降。而由于夜晚污染源較少，兩者濃度均有下降趨勢(shì)，在一定程度上，O3與NOx的濃度變化趨勢(shì)是相反的。

圖5 臭氧濃度與氮氧化物濃度的相關(guān)性Fig.5 Correlation between ozone concentrations and nitrogen oxide concentrations

4.4 臭氧濃度與風(fēng)速和相對(duì)濕度的關(guān)系

臭氧的生成、消耗、稀釋、擴(kuò)散等都與氣象要素有一定的聯(lián)系（齊冰等，2017；劉建等，2017）。通過(guò)繪制臭氧與風(fēng)速和相對(duì)濕度之間的散點(diǎn)圖，進(jìn)行相關(guān)性分析。

圖6表明臭氧濃度與風(fēng)速的關(guān)系為負(fù)相關(guān)，數(shù)據(jù)分析得出的結(jié)果顯示其相關(guān)性系數(shù)α = ?0.51。近地面風(fēng)速會(huì)影響污染物的擴(kuò)散速度（莊仕琪，2014），風(fēng)速越大，污染物擴(kuò)散速度越快，反之，當(dāng)風(fēng)速很小時(shí)，污染物的輸送和擴(kuò)散會(huì)受阻礙，導(dǎo)致污染物濃度的積累。從表1中可以看到，觀測(cè)區(qū)域在觀測(cè)時(shí)間內(nèi)的平均風(fēng)力在1級(jí)左右，有利于臭氧濃度的擴(kuò)散。

圖6 臭氧濃度與風(fēng)速的相關(guān)性Fig.6 Correlation between ozone concentrations and wind speed

圖7 表明臭氧濃度與相對(duì)濕度的關(guān)系為負(fù)相關(guān)，數(shù)據(jù)分析得出的結(jié)果顯示其相關(guān)性系數(shù)α = ?0.60。從圖7中可以看到觀測(cè)地點(diǎn)的相對(duì)濕度在40% — 60%波動(dòng)，從所得數(shù)據(jù)可以看出絕大部分處于45% — 55%。濕度是用來(lái)衡量大氣干燥程度的物理量，而空氣中的水汽越少則濕度越低，空氣中的水分子能與臭氧反應(yīng)生成羥基自由基和氧氣，因而水分子能夠與臭氧以及臭氧的部分前體物如氮氧化物發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而對(duì)臭氧濃度形成消耗，使臭氧濃度下降。

4.5 臭氧濃度與溫度和氣壓的關(guān)系

臭氧濃度會(huì)因?yàn)闇囟鹊纳呋蚪档投霈F(xiàn)上升或下降的趨勢(shì)，而且當(dāng)出現(xiàn)逆溫層結(jié)時(shí)，會(huì)阻礙臭氧的擴(kuò)散，導(dǎo)致臭氧濃度在短時(shí)間內(nèi)積累升高；氣壓會(huì)影響臭氧的聚集與擴(kuò)散情況。因而探討分析臭氧濃度與溫度和氣壓的相關(guān)性。

圖8反映的是臭氧濃度與溫度的相關(guān)性，兩者之間的關(guān)系為負(fù)相關(guān)，數(shù)據(jù)分析得出的結(jié)果顯示其相關(guān)性系數(shù)α = 0.89。當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，會(huì)加快光化學(xué)反應(yīng)的速率，提高氮氧化物向臭氧的轉(zhuǎn)化效率，使臭氧濃度出現(xiàn)上升趨勢(shì)，因此臭氧濃度與溫度存在一定的正相關(guān)性，這與前人研究（王宏等，2012；劉姣姣等，2014；馬文靜，2014）相吻合。

圖7 臭氧濃度與相對(duì)濕度的相關(guān)性Fig.7 Correlation between ozone concentrations and relative humidity

圖8 臭氧濃度與溫度的相關(guān)性Fig.8 Correlation between ozone concentrations and temperature

圖9 反映的是臭氧濃度與氣壓的相關(guān)性，數(shù)據(jù)分析得出的結(jié)果顯示，其相關(guān)性系數(shù)α= 0.18，兩者之間的關(guān)系呈現(xiàn)較弱的相關(guān)性。根據(jù)前人研究（王貴勤和肖文俊，1986），臭氧濃度與氣壓呈正相關(guān)，氣壓的具體情況會(huì)影響臭氧的聚集與擴(kuò)散，由于2016年夏季和冬季觀測(cè)地點(diǎn)的氣壓平均值分別為948.1 hPa和968.7 hPa，該地點(diǎn)的氣壓值偏高，不利于O3以及NOx的擴(kuò)散和稀釋?zhuān)瑢?dǎo)致在觀測(cè)過(guò)程中某些時(shí)段出現(xiàn)O3濃度偏高。

圖9 臭氧濃度與氣壓的相關(guān)性Fig.9 Correlation between ozone concentrations and air pressure

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)陜西師范大學(xué)長(zhǎng)安校區(qū)52 m高度范圍內(nèi)臭氧濃度5次晝夜觀測(cè)得出以下結(jié)論：

（1）夏季的臭氧濃度比冬季的臭氧濃度高，最高值為 0.279 mg · m?3，是冬季的 2 倍左右。同時(shí)，夏季的臭氧濃度日變化幅度也比冬季大。

（2）無(wú)論是夏季還是冬季，臭氧濃度的晝夜變化特點(diǎn)大致相同，可分為3個(gè)階段。04:00 — 08:00為第1階段，為臭氧濃度最低階段，臭氧濃度隨時(shí)間遞減，臭氧濃度在04:00降到最低。10:00 — 20:00為第2階段，為臭氧濃度最高階段，14:00和16:00達(dá)到最大。22:00 — 次日02:00為第3階段，該階段內(nèi)的臭氧濃度居中，隨時(shí)間遞減。

（3）陜西師范大學(xué)長(zhǎng)安校區(qū)52 m高度范圍內(nèi)臭氧垂直增減變化規(guī)律分為2種類(lèi)型。夏季08:00 — 18:00出現(xiàn)第1種類(lèi)型，在1 — 16 m、19 — 28 m、31 — 52 m臭氧濃度分別隨著高度增加而呈現(xiàn)遞增、遞減再遞增的變化規(guī)律。冬季08:00 — 18:00出現(xiàn)第 1種類(lèi)型，在1 — 16 m、19 — 37 m、40 — 52 m臭氧濃度也隨著高度增加而呈現(xiàn)遞增、遞減再遞增的變化規(guī)律。而夏冬季節(jié)的第2種類(lèi)型均出現(xiàn)在20:00 — 次日06:00，臭氧濃度在1 — 16 m、19 — 52 m隨高度增加而呈現(xiàn)先遞增后遞減的變化規(guī)律。

（4）西安市長(zhǎng)安區(qū)夏冬季節(jié)臭氧濃度與風(fēng)速、相對(duì)濕度以及氮氧化物濃度呈負(fù)相關(guān)，與氣壓、溫度呈正相關(guān)，與氣壓相關(guān)性系數(shù)較小。O3的大氣光化學(xué)反應(yīng)所需能量主要來(lái)源于太陽(yáng)紫外輻射，因此臭氧濃度的高低，可反映紫外線的強(qiáng)弱，也可間接說(shuō)明大氣擴(kuò)散條件的強(qiáng)弱。

（5）根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095—2012），陜西師范大學(xué)長(zhǎng)安校區(qū)52 m高度范圍內(nèi)屬于住宅區(qū)，小時(shí)平均濃度限值為 200 μg · m?3。夏季O3濃度超過(guò)了國(guó)家規(guī)定的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，最高達(dá)到279 μg · m?3,冬季 O3濃度未超過(guò)國(guó)家規(guī)定的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，最高達(dá)到 114 μg · m?3。

程麟鈞,王 帥,宮正宇,等. 2017. 京津冀區(qū)域臭氧污染趨勢(shì)及時(shí)空分布特征[J]. 中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè), 33(1): 14 – 21.[Cheng L J, Wang S, Gong Z Y, et al. 2017. Pollution trends of ozone and its characteristics of temporal and spatial distribution in Beijing-Tianjin-Hebei region [J].EnvironmentalMonitoringinChina, 33(1): 14 – 21.]

耿福海,劉 瓊,陳勇航. 2012. 近地面臭氧研究進(jìn)展[J]. 沙漠與綠洲氣象, 6(6): 8 – 14. [Geng F H, Liu Q, Chen Y H. 2012. Discussion on the research of surface ozone [J].DesertandOasisMeteorology, 6(6): 8 – 14.]

郭穩(wěn)尚,劉煥武,王奕瀟,等. 2014. 西安地區(qū)近地面臭氧與氮氧化物濃度特征及相關(guān)性研究[J]. 低碳世界,(11): 3 – 4. [Guo W S, Liu H W, Wang Y X, et al. 2014.Characteristics and correlation of ozone and nitrogen oxides concentrations in the vicinity of Xi'an [J]. LowCarbonWorld, (11): 3 – 4.]

姜 峰, 荀鈺嫻. 2015. 城市臭氧濃度變化規(guī)律分析[J].

環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì), 20(2): 55 – 59. [Jiang F, Xun Y X. 2015. Analysis of variation law of urban ozone concentrations [J]. EnvironmentalProtectionandCircularEconomy, 20(2): 55 – 59.]

李凌霜, 趙景波. 2015. 西安市雁塔區(qū)10月O3時(shí)空變化規(guī)律[J]. 地球環(huán)境學(xué)報(bào), 6(5): 299 – 306. [Li L S, Zhao J B.2015. Vertical and temporal variation of O3in October in the Yanta District of Xi'an [J]. JournalofEarthEnvironment,6(5): 299 – 306.]

劉登豐. 2002. 拉薩地區(qū)近地面臭氧光化學(xué)特征研究[D].北京:中國(guó)氣象科學(xué)研究院. [Liu D F. 2002. Photochemical characteristics of ozone near ground surface in Lhasa area [D]. Beijing: Chinese Academy of Meteorological Sciences.]

劉 建,吳 兌,范紹佳,等. 2017. 前體物與氣象因子對(duì)珠江三角洲臭氧污染的影響[J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 37(3):813 – 820. [Liu J, Wu D, Fan S J, et al. 2017. Impacts of precursors and meteorological factors on ozone pollution in Pearl River Delta [J]. ChinaEnvironmentalScience,37(3): 813 – 820.]

劉姣姣, 蔣昌潭, 宋 丹, 等. 2014. 重慶夏季近地面臭氧變化規(guī)律及影響因素分析[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào), 37(8):91 – 98. [Liu J J, Jiang C T, Song D, et al. 2014. Analysis of distribution characteristics of surface ozone and its inf l uencing factors in summer in Chongqing [J]. JournalofChongqingUniversity, 37(8): 91 – 98.]

劉新春,鐘玉婷,何 清,等. 2013. 塔克拉瑪干沙漠腹地近地面臭氧濃度變化特征及影響因素分析[J].中國(guó)沙漠,33(2): 626 – 633. [Liu X C, Zhong Y T, He Q, et al. 2013. The variation characteristics and influencing factors of surface ozone concentration in the Taklimakan Desert hinterland [J].JournalofDesertResearch, 33(2): 626 – 633.]

馬文靜. 2014. 西安主城區(qū)近地面大氣中臭氧濃度時(shí)空分布特征分析[D].西安:西安建筑科技大學(xué). [Ma W J. 2014.The analysis for the spatial distribution characteristic of surface ozone concentration in the urban area of Xi'an [D].Xi'an: Xi'an University of Architecture and Technology.]

馬志強(qiáng), 王躍思, 孫揚(yáng), 等. 2007. 北京大氣中常規(guī)污染物的垂直分布特征[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 20(5): 1 – 6. [Ma Z Q, Wang Y S, Sun Y, et al. 2007. Characteristics of vertical air pollutants in Beijing [J]. ResearchofEnvironmentalSciences, 20(5): 1 – 6.]

齊 冰,牛彧文,杜榮光,等. 2017. 杭州市近地面大氣臭氧濃度變化特征分析[J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 37(2): 443 – 451.[Qi B, Niu Y W, Du R G, et al. 2017. Characteristics of surface ozone concentration in urban site of Hangzhou [J].ChinaEnvironmentalScience, 37(2): 443 – 451].

任麗紅, 胡 非, 周德剛, 等. 2005. 北京夏季近地層臭氧垂直變化及其環(huán)境效應(yīng)的觀測(cè)研究[J]. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)學(xué)報(bào), 22(4): 429 – 435. [Ren L H, Hu F, Zhou D G, et al. 2005.Observation study of ozone vertical variation and its impact on environment in summer in Beijing [J]. JournaloftheGraduateSchooloftheChineseAcademyofSciences, 22(4):429 – 435.]

單文坡,殷永泉,杜世勇,等. 2006. 夏季城市大氣O3濃度影響因素及其相關(guān)關(guān)系[J]. 環(huán)境科學(xué), 27(7): 1276 – 1281.[Shan W P, Yin Y Q, Du S Y, et al. 2006. Ozone pollution,influence factors and their correlation at urban area in summer [J]. EnvironmentalScience, 27(7): 1276 – 1281.]

單文坡. 2006. 大氣臭氧濃度變化規(guī)律及相關(guān)影響因素研究[D].濟(jì)南: 山東大學(xué). [Shan W P. 2006. Study on the variation characteristics of surface ozone concentrations and their impact factors [D]. Jinan: Shandong University.]

尚筱潔. 2013. 大氣中揮發(fā)性有機(jī)化合物與氮氧化物的反應(yīng)研究[D].蘭州:蘭州大學(xué). [Shang X J. 2013. Studies on reactions of nitric oxides with volatile organic compounds in atmosphere [D]. Lanzhou: Lanzhou University.]

王 闖, 王 帥, 楊碧波, 等. 2015. 氣象條件對(duì)沈陽(yáng)市環(huán)境空氣臭氧濃度影響研究[J]. 中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè), 31(3):32 – 37. [Wang C, Wang S, Yang B B, et al. 2015. Study of the effect of meteorological conditions on the ambient air ozone concentrations in Shenyang [J]. EnvironmentalMonitoringinChina, 31(3): 32 – 37.]

王貴勤, 肖文俊. 1986. 北京地區(qū)大氣臭氧總量與地面氣壓和溫度的變化[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, (1): 91 – 97. [Wang G Q, Xiao W J. 1986. Amount of atmospheric ozone and the variations of pressure,temperature over Beijing area [J]. ActaScientiarumNaturaliumUniversitatisPekinensis, (1): 91 – 97.]

王紅麗. 2015. 上海市光化學(xué)污染期間揮發(fā)性有機(jī)物的組成特征及其對(duì)臭氧生成的影響研究[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 35(6):1603 – 1611. [Wang H L. 2015. Characterization of volatile organic compounds (VOCs) and the impact on ozone formation during the photochemical smog episode in Shanghai [J]. ActaScientiaeCircumstantiae, 35(6): 1603 – 1611.]

王 宏,陳曉秋,余永江,等. 2012. 福州近地層臭氧分布及其與氣象要素的相關(guān)性[J]. 自然災(zāi)害學(xué)報(bào), 21(4):175 – 181. [Wang H, Chen X Q, Yu Y J, et al. 2012.Distribution of ozone in land surface layer in Fuzhou and its relationship with meteorological factors [J]. JournalofNaturalDisasters, 21(4): 175 – 181.]

王明星. 1999. 大氣化學(xué)[M].第二版.北京:氣象出版社:361 – 364. [Wang M X. 1999. Atmospheric chemistry [M].Second Edition. Beijing: China Meteorological Press:361 – 364.]

魏西會(huì). 2016. 青島市城陽(yáng)區(qū)環(huán)境空氣臭氧的污染特征及防治措施[J]. 安徽農(nóng)學(xué)通報(bào), 22(19): 73 – 74+82. [Wei X H. 2016. Pollution characteristics and prevention measures of ozone in Chengyang District of Qingdao[J]. AnhuiAgriculturalScienceBulletin,22(19): 73 – 74+82.]

徐鳳林, 徐 巍. 2013. 淺談臭氧的作用及其被破壞后的影響[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用, (4): 34. [Xu F L, Xu W. 2013.Discussion on the function of ozone and its influence after being destroyed [J]. TechnologyInnovationandApplication, (4): 34.]

楊金星, 高 瑋. 2015. 夏季環(huán)境空氣中臭氧污染特征及防治對(duì)策[J].環(huán)境研究與監(jiān)測(cè), (4): 23 – 25. [Yang J X, Gao W. 2015. Characteristics of ozone pollution in ambient air in summer and its control measures [J]. Environmentalresearchandmonitoring, (4): 23 – 25.]

張新民,柴發(fā)合,岳婷婷,等. 2012. 天津武清大氣揮發(fā)性有機(jī)物光化學(xué)污染特征及來(lái)源[J].環(huán)境科學(xué)研究, 25(10):1085 – 1091. [Zhang X M, Chai F H, Yue T T, et al. 2012.Photochemical characteristics and sources of volatile organic compounds in Wuqing, Tianjin [J]. ResearchofEnvironmentalSciences, 25(10): 1085 – 1091.]

趙辰航. 2015. 上海地區(qū)光化學(xué)煙霧特征及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)研究[D].

上海: 東華大學(xué). [Zhao Z H. 2015. Characteristics and classif i cation standards of photochemical smog in Shanghai area [D]. Shanghai: Donghua University.]

中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院. 2012. 環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[M]. 北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社. [Chinese Research Academy of Environmental Sciences. 2012. Ambient air quality standards[M]. BeiJing: China Environmental Science Press.]

莊仕琪. 2014. 建筑物周?chē)鷼饬髁鲃?dòng)與污染物擴(kuò)散機(jī)制研究[D].沈陽(yáng):東北大學(xué). [Zhuang S Q. 2014. Study on mechanism of gas flow and pollutant dispersion around the buildings [D]. Shenyang: Northeastern University.]

宗雪梅,王庚辰,陳洪濱,等. 2007. 北京地區(qū)邊界層大氣臭氧濃度變化特征分析[J]. 環(huán)境科學(xué), 28(11):2615 – 2619. [Zong X M, Wang G C, Chen H B, et al.2007. Analysis on concentration variety characteristics of atmospheric ozone under the boundary layer in Beijing [J].EnvironmentalScience, 28(11): 2615 – 2619.]

Becker K H, L?fel J, Schurath U,等 . 1979. 光化學(xué)大氣污染的模擬試驗(yàn)[J].環(huán)境科學(xué)研究, (4): 76 – 83. [Becker K H, L?fel J L, Schurath U, et al. 1979. Simulation test of photochemical air pollution [J]. ResearchofEnvironmentalSciences, (4): 76 – 83.]

Früchtl M, Janssen C, R?ckmann T. 2016. Isotope effect in the visible light photolysis of O3and implications for the isotope effect in the O3formationreaction [C]// EGU General Assembly Conference. EGU General Assembly Conference Abstracts.

Huang T Y W, Massie S T. 1997. Effect of volcanic particles on the O2, and O3, photolysis rates and their impact on ozone in the tropical stratosphere [J]. JournalofGeophysicalResearchAtmospheres, 102(D1): 1239 – 1249.

Lin W, Zhu T, Song Y, et al. 2008. Photolysis of surface O3and production potential of OH radicals in the atmosphere over the Tibetan Plateau [J]. JournalofGeophysicalResearchAtmospheres, 113(D2): 194 – 204.

Seroji A R, Webb A R, Coe H, et al. 2004. Derivation and validation of photolysis rates of O3, NO2, and CH2O from a GUV-541 radiometer [J]. JournalofGeophysicalResearchAtmospheres, 109(21): 2161 – 2170.

Trainer M, Parrish D D, Goldan P D, et al. 2000. Review of observation-based analysis of the regional factors influencing ozone concentrations [J]. AtmosphericEnvironment, 34(12/13/14): 2045 – 2061.

Wang T, Xue L, Brimblecombe P, et al. 2016. Ozone pollution in China: A review of concentrations, meteorological inf l uences, chemical precursors, and effects [J]. ScienceoftheTotalEnvironment, 575: 1582 – 1596.

Zheng Z. 2008. Influencing factors for effect of ozone in drinking water disinfection [J]. JournalofEnvironment&Health, 25(5): 429 – 430.