陳漾,張金譜,邱曉暖,琚鴻,黃俊
1. 廣東省廣州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站,廣東 廣州 510006;2. 廣州市氣候與農(nóng)業(yè)氣象中心,廣東 廣州 511430
近地面高濃度臭氧(O3)是大氣中重要的污染物,具有強(qiáng)氧化性,會(huì)對(duì)人類(lèi)健康和農(nóng)作物生長(zhǎng)造成一定危害(Anenberg et al.,2010;Yang et al.,2012;Ghude et al.,2014;Feng et al.,2015;Lelieveld et al.,2015;Chen et al.,2016;Kavassalis et al.,2017;萬(wàn)五星等,2021;周映彤等,2021)。O3可以遠(yuǎn)距離傳輸,是區(qū)域性大氣污染的重要標(biāo)志物(崔坤等,2021;鄧慧穎等,2021)。
廣州市是華南地區(qū)的經(jīng)濟(jì)文化中心,經(jīng)濟(jì)總量、人口密度、能源消費(fèi)總量保持高位且持續(xù)增長(zhǎng),大氣污染防治壓力大。近年來(lái),由于二氧化氮(NO2)和顆粒物污染得到有效治理與控制,廣州市 O3污染問(wèn)題越發(fā)突出,與國(guó)內(nèi)多個(gè)地區(qū)與城市面臨的問(wèn)題相似(鄧愛(ài)萍等,2017;沈勁等,2017;謝祖欣等,2020;洪瑩瑩等,2021;侯素霞等,2021;顏敏等,2021;李莉等,2022)。近年來(lái)廣州市O3濃度波動(dòng)變化,無(wú)明顯下降趨勢(shì),自2015年起,O3代替細(xì)顆粒物(PM2.5)成為廣州市最主要的大氣污染物。O3是氮氧化物(NOx)和揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)在一定氣象條件下通過(guò)復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)生成的二次污染物(高素蓮等,2020)。O3污染的化學(xué)生成機(jī)制復(fù)雜,與前體物存在高度非線性關(guān)系(Pollack et al.,2015;唐孝炎等,2006;顏敏等,2021),治理難度較大(Shao et al.,2009;沈勁等,2018;符傳博等,2022a)。
在排放源相對(duì)穩(wěn)定的情況下,氣象條件是產(chǎn)生O3污染的關(guān)鍵因素(陳婉瑩等,2022)。董昊等(2021)通過(guò)研究 2016—2018年安徽省 68個(gè)國(guó)控環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的 O3監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與氣象因子的相關(guān)性后發(fā)現(xiàn),溫度、相對(duì)濕度與O3濃度分別呈現(xiàn)顯著正相關(guān)、負(fù)相關(guān),但在不同季節(jié)存在一定差異,其中,春秋季溫度與O3濃度的相關(guān)性高于夏冬季,夏季相對(duì)濕度與O3濃度的相關(guān)性最顯著;O3濃度在平均風(fēng)速為 2.1—2.2 m·s-1時(shí)更易出現(xiàn)超標(biāo)。李婷苑等(2022)統(tǒng)計(jì)了2015—2020年廣東省在不同天氣型下 O3污染情況后,發(fā)現(xiàn)弱冷高壓脊天氣型是影響廣東省 O3污染的主導(dǎo)天氣型,且不同季節(jié)的主要影響天氣型存在差異,干季、濕季廣東省區(qū)域 O3污染的主導(dǎo)天氣型分別為弱冷高壓脊和臺(tái)風(fēng)外圍。
利用 2021年廣州市環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn) O3實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和氣象觀測(cè)數(shù)據(jù),系統(tǒng)性分析O3污染時(shí)空分布特征,O3濃度與氣象因子的相關(guān)性及O3污染與地面天氣形勢(shì)的關(guān)系,并對(duì)4月30日—5月1日發(fā)生的O3連續(xù)中度污染過(guò)程進(jìn)行分析研究,以期為廣州市 O3污染預(yù)警預(yù)報(bào)和防控治理提供參考。
廣州市現(xiàn)有52個(gè)環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn),包括21個(gè)國(guó)控點(diǎn)(含1個(gè)國(guó)控對(duì)照點(diǎn),即帽峰山國(guó)控點(diǎn))、31個(gè)非國(guó)控點(diǎn),具體位置見(jiàn)圖1。本文中O3、NO2、細(xì)顆粒物(PM10)、可吸入顆粒物(PM2.5)、二氧化硫(SO2)和一氧化碳(CO)等大氣污染物濃度資料均來(lái)自廣州市環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)況數(shù)據(jù),VOCs濃度來(lái)自廣州市吉祥路95號(hào)大氣超級(jí)站(113.2597°E,23.1331°N,海拔 51 m)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。氣溫、日照時(shí)數(shù)、風(fēng)速、風(fēng)向、降水量、相對(duì)濕度、氣壓等氣象資料來(lái)自廣州(黃埔)國(guó)家基本氣象觀測(cè)站(113.482°E,23.21°N,海拔71 m),該站為廣州市氣象數(shù)據(jù)代表站,也是廣州市世界氣象組織(WTO)提供的全球數(shù)據(jù)共享的唯一代表站(黃俊等,2018)。近地面天氣形勢(shì)圖來(lái)源于香港天文臺(tái)。
O3、NO2、顆粒物(PM10、PM2.5)、SO2和 CO等分別通過(guò)Thermo 49i臭氧分析儀、Thermo 42i氮氧化物分析儀、SHARP 5030顆粒物分析儀、Thermo 43i二氧化硫測(cè)定儀器和Thermo 48i一氧化碳分析儀等儀器在線測(cè)定,數(shù)據(jù)的質(zhì)保質(zhì)控(quality assurance and quality control,QA/QC)按照《環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范(HJT 193—2005)》執(zhí)行,2021年共獲得6項(xiàng)大氣污染物有效小時(shí)濃度數(shù)據(jù)2687390個(gè),數(shù)據(jù)有效性為98.3%,其中O3小時(shí)濃度數(shù)據(jù)約44.7萬(wàn)個(gè),數(shù)據(jù)有效性98.2%。VOCs使用GC866在線 VOCs分析儀(Chromatotec,法國(guó))測(cè)定,測(cè)量物種包括57種臭氧前體物,每日?qǐng)?zhí)行1次內(nèi)標(biāo)檢測(cè),每周執(zhí)行1次5×10-9標(biāo)準(zhǔn)氣體核查,確保大于80%的物種濃度偏差小于20%,符合2021年國(guó)家生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)方案的技術(shù)要求,2021年4月30日—5月2日共獲得臭氧前體物有效小時(shí)濃度數(shù)據(jù)為4713個(gè),數(shù)據(jù)有效性為87.7%。2021年共獲得氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向、降水量、相對(duì)濕度和氣壓等氣象因子有效小時(shí)數(shù)據(jù)分別為 8753、8716、8716、8753、8753、8753個(gè),日照時(shí)數(shù)有效數(shù)據(jù)362個(gè),數(shù)據(jù)有效性均為99.0%以上。
依據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—2012)及其修改單、《環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范(試行)》(HJ 663—2013)和《環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定(試行)》(HJ 633—2012),O3日最大 8小時(shí)滑動(dòng)平均值(O3-8 h)為O3日評(píng)價(jià)濃度,O3-8 h的第90百分位數(shù)(O3-8 h-90%)為某時(shí)間段(年、月)O3評(píng)價(jià)濃度,當(dāng)O3-8 h或O3-8 h-90%超過(guò)160 μg·m-3則分別視為當(dāng)日或該時(shí)間段O3濃度超標(biāo)。
選取 2021年廣州市環(huán)境空氣國(guó)控監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中20個(gè)國(guó)控點(diǎn)的污染物小時(shí)實(shí)況數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)廣州市環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)及各項(xiàng)污染物濃度。使用52個(gè)發(fā)布點(diǎn)(含20個(gè)國(guó)控點(diǎn))的O3-8 h均值和O3-8 h-90%數(shù)據(jù),并采用 Matlab“v4”插值函數(shù)繪制2021年廣州市O3-8 h均值和O3-8 h-90%濃度的空間分布圖。應(yīng)用SPSS軟件統(tǒng)計(jì)O3-8 h與氣象因子的顯著性水平(P)與相關(guān)系數(shù)(r)。
2021年廣州市環(huán)境空氣質(zhì)量超標(biāo)天數(shù)(環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)AQI>100)為42 d,其中輕度污染38 d、中度污染4 d,未出現(xiàn)重度污染及以上污染。O3超標(biāo)天數(shù)最多,達(dá)36 d,占總超標(biāo)天數(shù)的85.7%;NO2超標(biāo)6 d,占比14.3%;PM2.5和PM10各超標(biāo)3 d,各占7.1%(全年共有3 d出現(xiàn)NO2、PM2.5和PM10同時(shí)超標(biāo)現(xiàn)象),SO2和CO無(wú)超標(biāo)。環(huán)境空氣質(zhì)量呈現(xiàn)O3污染為主,NO2和顆粒物污染為次的污染特征。2021年廣州市O3中度污染4 d,輕度污染32 d。
2021年廣州市2、4、7、9月O3-8 h-90%分別為 169、185、167、179 μg·m-3,超過(guò)國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值(160 μg·m-3),且 O3超標(biāo)天數(shù)較多,分別占全年O3超標(biāo)天數(shù)的13.9%、19.4%、19.4%、25.0%。從近3年O3-8 h-90%和O3超標(biāo)天數(shù)的月度變化看(圖 2),2019年 O3污染主要集中在 8—11月,2020年O3污染主要發(fā)生在4月和7—10月,2021年O3污染出現(xiàn)時(shí)間則較為分散,分別發(fā)生在2、4、7、9月,2月是2021年廣州市O3-8 h-90%首次超標(biāo)的月份,且超標(biāo)天數(shù)為近 3年同期最多,O3污染時(shí)間提前。
圖2 2019—2021年廣州市O3-8 h-90%濃度和O3超標(biāo)天數(shù)月度變化Figure 2 Monthly variation of the concentrations of O3-8 h-90% and exceeded days of O3 in Guangzhou from 2019 to 2021
2021年廣州市全年O3-8 h均值和O3-8 h-90%的空間分布特征相似,說(shuō)明均值和高位值(第90分位數(shù))的空間變化無(wú)明顯差異,均呈現(xiàn)“南高北低”的特點(diǎn),O3高值區(qū)主要分布在南部郊區(qū),中部和東西兩翼也相對(duì)較高(圖3)。
圖3 2021年廣州市全年O3-8 h均值及O3-8 h-90%濃度分布圖Figure 3 Distribution of the mean concentration of O3-8 h and the concentration of O3-8 h-90% in Guangzhou in 2021
2.2.1 O3-8 h與氣象因子的相關(guān)性分析
統(tǒng)計(jì)分析 2021年廣州市 O3-8 h與各氣象因子相關(guān)性(表1),發(fā)現(xiàn)O3-8 h與氣溫、日照時(shí)數(shù)、風(fēng)速、相對(duì)濕度、降水量和氣壓均通過(guò)雙側(cè) 0.01水平下的顯著性檢驗(yàn),其中,O3-8 h與氣溫和日照時(shí)數(shù)均呈正相關(guān),與風(fēng)速、相對(duì)濕度、降水量和氣壓均表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)。O3-8 h與日照時(shí)數(shù)的相關(guān)性明顯比其他單項(xiàng)氣象因子強(qiáng)且表現(xiàn)為高度正相關(guān),表明氣象因子中日照時(shí)數(shù)與O3-8 h的關(guān)系最密切,日照時(shí)數(shù)越長(zhǎng),在一定程度上反映出太陽(yáng)輻射越強(qiáng),O3光化學(xué)反應(yīng)越有利,促進(jìn)O3生成;風(fēng)速與O3-8 h濃度的相關(guān)性僅次于日照時(shí)數(shù)且為中度負(fù)相關(guān),一般風(fēng)速越大,水平擴(kuò)散條件越好,對(duì)O3有一定的清除作用。日照時(shí)數(shù)代表光照生成條件,風(fēng)速代表擴(kuò)散清除條件,因此將日照時(shí)數(shù)與風(fēng)速的比值(日照時(shí)數(shù)/風(fēng)速比值)作為一個(gè)組合變量,發(fā)現(xiàn)O3-8 h與日照時(shí)數(shù)/風(fēng)速比值的相關(guān)性高于O3-8 h與任一單項(xiàng)氣象因子的相關(guān)性(表1),相關(guān)系數(shù)r為0.75,呈現(xiàn)高度正相關(guān)關(guān)系。且O3-8 h與日照時(shí)數(shù)/風(fēng)速比值的線性擬合方程的斜率隨著上午 07:00 NO2濃度區(qū)間的升高呈現(xiàn)先增后減的變化(圖4)。這是由于07:00 NO2濃度在一定程度上可代表光化學(xué)反應(yīng)前體物的初始濃度(蘇筱倩等,2019),因此在 07:00 NO2濃度較?。ǎ?2 μg·m-3)時(shí),斜率隨著07:00 NO2濃度區(qū)間的升高而增大,當(dāng) 07:00 NO2濃度較高(>42 μg·m-3)時(shí),斜率明顯變小,原因可能為NO2濃度較高時(shí)產(chǎn)生了明顯的“滴定”效應(yīng)(吳瑞霞等,2005;奇奕軒等,2017;齊國(guó)偉等,2022),O3濃度迅速降低,因此斜率變小。
圖4 O3-8 h濃度與日照時(shí)數(shù)(ds)/風(fēng)速(vw)比值在上午7時(shí)NO2的不同濃度區(qū)間的線性擬合圖Figure 4 Linear fitting diagrams of the concentrations of O3-8 h and the ratio of sunshine duration/wind speed at different range of the concentrations of NO2 at 7:00 a.m.
表1 2021年廣州市O3-8 h與氣象因子的相關(guān)性Table 1 The correlations between the concentration of O3-8 h and meteorological factors in Guangzhou in 2021
廣州市地處南亞熱帶南緣,根據(jù)華南氣候特征,并沒(méi)有氣候?qū)W意義上的冬季,通常將3—8月劃分為濕季,1—2月、9—12月劃分為干季(黃俊等,2018)。對(duì)比廣州市干濕季O3-8 h與氣象因子的相關(guān)性(表1)可知,O3-8 h與風(fēng)速和相對(duì)濕度的相關(guān)性均呈現(xiàn)干濕季差異較大的特點(diǎn),而O3-8 h與其他氣象因子的相關(guān)性均表現(xiàn)為干濕季差異較小的特點(diǎn)。O3-8 h與風(fēng)速在干季表現(xiàn)為高度負(fù)相關(guān)(相關(guān)系數(shù)為-0.514**),而在濕季則呈現(xiàn)低度負(fù)相關(guān),原因可能為濕季邊界層較高,垂直擴(kuò)散較好,干擾了水平擴(kuò)散,因此影響了兩者的相關(guān)性。O3-8 h與相對(duì)濕度在濕季呈中度負(fù)相關(guān)(相關(guān)系數(shù)為-0.469**),但在干季則無(wú)相關(guān)性(相關(guān)系數(shù)為0.041)。
2.2.2 不同范圍氣象因子與O3的關(guān)系分析
表2所示為各氣象因子在不同范圍下的O3-8 h均值和O3-8 h超標(biāo)率的統(tǒng)計(jì)。O3-8 h均值和超標(biāo)率大體上均隨日照時(shí)數(shù)和氣溫的增大而升高,這是因?yàn)槿照諘r(shí)數(shù)和氣溫在一定程度上能反映太陽(yáng)輻射的強(qiáng)度,日照時(shí)數(shù)越長(zhǎng),氣溫越高,光化學(xué)反應(yīng)越劇烈(Lee et al.,2014;Fu et al.,2015;符傳博等,2022b),越有利于O3生成。O3-8 h均值和超標(biāo)率基本上隨風(fēng)速、降水量和氣壓的增大而降低,這是由于風(fēng)速越大,越有利于O3擴(kuò)散,O3濃度越低。雨天一般伴隨著云量多、輻射弱、風(fēng)速增強(qiáng)等天氣現(xiàn)象,且降雨對(duì)O3有一定的濕清除作用(陳漾等,2017;齊艷杰等,2020),當(dāng)降水量為0時(shí),O3-8 h均值和超標(biāo)率最高;當(dāng)降水量大于10.0 mm時(shí),超標(biāo)率為0。低氣壓時(shí),廣州地區(qū)大氣通常是由熱帶氣旋外圍下沉氣流所控制,伴隨高溫、晴空和高日照時(shí)數(shù)天氣,利于O3生成;而當(dāng)出現(xiàn)高氣壓時(shí),主要是由于北方冷空氣南下,氣溫有所下降,風(fēng)速較大,因此O3濃度較低(黃俊等,2018)。O3-8 h均值和超標(biāo)率隨相對(duì)濕度的增大呈現(xiàn)先升后降的變化,這與長(zhǎng)三角、江西省、武夷山市等(易睿等,2015;鄒旭東等,2020;鄧慧穎等,2021;錢(qián)悅等,2021)地區(qū)和城市的變化規(guī)律相似。當(dāng)相對(duì)濕度大于80%時(shí),O3-8 h均值和超標(biāo)率明顯下降,這是因?yàn)橄鄬?duì)濕度反映了大氣中水汽的含量,大氣中的水汽與O3的氣相反應(yīng)與非均相反應(yīng)都是對(duì)流層O3重要的匯,一方面水汽通過(guò)影響太陽(yáng)輻射從而影響空氣中的光化學(xué)反應(yīng),一方面水相中的O3可將二氧化硫和二氧化氮氧化成硫酸根和硝酸根離子,因此高相對(duì)濕度不利于O3累積(唐孝炎等,2006;王開(kāi)燕等,2015;易睿等,2015;錢(qián)悅等,2021)。
表2 不同氣象因子范圍與O3-8 h均值和O3-8 h超標(biāo)率的關(guān)系Table 2 The relationship between different meteorological factor ranges and the mean concentration of O3-8 h and over-limit ratio of the concentration of O3-8 h
風(fēng)向?qū)3濃度也有重要影響。圖5所示為不同的風(fēng)向、風(fēng)速下O3-8 h均值。由圖5可知,2021年廣州市吹西南風(fēng)且風(fēng)速較小(<2.0 m·s-1)時(shí),O3-8 h均值最高,說(shuō)明廣州偏西部可能存在 O3前體物源區(qū),在西南氣流作用下,對(duì)廣州市 O3污染產(chǎn)生影響,與黃俊等(2018)的結(jié)論基本一致。
圖5 不同風(fēng)向、風(fēng)速下的O3-8 h均值Figure 5 The mean concentrations of O3-8 h at different wind directions and wind speeds
分析2021年廣州市O3超標(biāo)日的地面和高空天氣形勢(shì)(表3)發(fā)現(xiàn),O3超標(biāo)日500 hPa高空形勢(shì)多為副高、偏西氣流、西風(fēng)槽、西北氣流等控制,地面則均處于弱氣壓梯度場(chǎng)。本研究將廣州市O3超標(biāo)日的地面天氣形勢(shì)歸納為均壓場(chǎng)、弱低壓槽和弱高壓脊3種類(lèi)型,其中受均壓場(chǎng)控制的 O3超標(biāo)日有16 d,占2021年O3總超標(biāo)天數(shù)的44.4%,受弱低壓槽控制的有13 d,占比36.1%,受弱高壓脊控制的有7 d,占比19.4%,這與2014年北京市O3超標(biāo)日高壓類(lèi)、低壓類(lèi)和均壓類(lèi)這3種地面天氣形勢(shì)的占比接近(各占16%、36%、48%)(程念亮等,2016)。2021年廣州市一共發(fā)生3 d O3中度污染,其地面天氣形勢(shì)均為均壓場(chǎng)主導(dǎo)。
表3 2021年廣州市O3超標(biāo)日天氣形勢(shì)及O3-8 h均值Table 3 Weather situations and the mean concentrations of O3-8 h on the exceeded days of O3-8 h in Guangzhou in 2021
表4統(tǒng)計(jì)了2021年廣州市O3超標(biāo)日在不同地面天氣形勢(shì)下的氣象條件和O3濃度??芍?,廣州市近地面處于均壓場(chǎng)控制時(shí),O3濃度明顯高于其他兩個(gè)天氣型,這是由于在均壓場(chǎng)控制下,區(qū)域內(nèi)氣壓分布均勻,變化極小,氣壓梯度不明顯,風(fēng)力微弱,在3種地面天氣形勢(shì)下的風(fēng)速最低,污染物難以擴(kuò)散,易在區(qū)域內(nèi)滯留形成二次污染,造成O3超標(biāo)。弱低壓槽和弱高壓脊控制時(shí),低壓弱槽線和高壓弱脊線的移動(dòng)往往都會(huì)出現(xiàn)風(fēng)向轉(zhuǎn)換過(guò)程,導(dǎo)致O3在區(qū)域內(nèi)往返傳輸,不利擴(kuò)散,也易造成O3累積超標(biāo);但弱低壓槽控制時(shí),平均氣溫和平均日照時(shí)數(shù)雖都明顯高于弱高壓脊,光化學(xué)反應(yīng)條件較強(qiáng),但相對(duì)濕度較大,消弱了一部分光化學(xué)反應(yīng),因此O3-8 h均值和O3高位值(O3-8 h-90%)與弱高壓脊的接近,但O3高位值比弱高壓脊的略高。
表4 2021年廣州市O3-8 h超標(biāo)日在不同地面天氣形勢(shì)的氣象因子和O3質(zhì)量濃度Table 4 Meteorological factors and the concentrations of O3 in different ground weather conditions on exceeded days of O3-8 h in Guangzhou in 2021
2021年廣州市O3污染總共發(fā)生了8次連續(xù)污染過(guò)程(本文將連續(xù)兩天及以上天數(shù) O3超標(biāo)定義為O3連續(xù)污染過(guò)程),共計(jì)23 d,占全年O3污染天數(shù)的63.9%,且廣州發(fā)生的8次持續(xù)O3污染時(shí),省內(nèi)有23.8%—81.0%的城市發(fā)生O3污染(表5),說(shuō)明廣州市O3污染具有持續(xù)性、區(qū)域性特征。
表5 2021年廣州市O3連續(xù)污染過(guò)程情況Table 5 Continuous O3 pollution processes in Guangzhou in 2021
以4月30日—5月1日為例,廣州市連續(xù)兩天出現(xiàn)O3中度污染,省內(nèi)多個(gè)城市O3超標(biāo),全省O3超標(biāo)城市(含廣州市)分別為10個(gè)和15個(gè),多個(gè)城市出現(xiàn)中度污染,個(gè)別城市出現(xiàn)重度污染,該時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)了1次區(qū)域性O(shè)3污染過(guò)程。
4月28日廣州市受冷空氣影響,氣溫較低,風(fēng)速較大,擴(kuò)散條件良好,O3濃度較低,至29日冷空氣減弱,氣溫回升,O3濃度開(kāi)始上升。4月30日—5月1日廣州市轉(zhuǎn)受均壓場(chǎng)控制(圖6),擴(kuò)散轉(zhuǎn)差,平均風(fēng)速低至1.6 m·s-1,風(fēng)級(jí)為軟風(fēng)以下(小時(shí)風(fēng)速小于1.6m·s-1)時(shí)數(shù)為13 h·d-1,即超過(guò)一半的時(shí)間處于軟風(fēng)以下微弱風(fēng)力的控制,且 30日中午開(kāi)始風(fēng)向不斷轉(zhuǎn)變,容易導(dǎo)致O3滯留不散,加上平均日照時(shí)數(shù)10.1 h·d-1,O3生成條件良好;且在廣州塔地面與 118 m 的監(jiān)測(cè)點(diǎn)(113.3178°E,23.1087°N)觀測(cè)到4月30日00:00—08:00出現(xiàn)了逆溫現(xiàn)象(圖7),不利于污染物擴(kuò)散,使得地面O3前體物——NO2和總揮發(fā)性有機(jī)物(TVOCs)迅速聚集且濃度上升(圖8),08:00后,地面逆溫現(xiàn)象解除,前體物在白天日照增強(qiáng)的情況下快速反應(yīng)生成O3,前體物濃度均快速下降,廣州市O3濃度迅速上升,造成污染。
圖6 4月30日—5月1日O3污染過(guò)程地面天氣形勢(shì)Figure 6 Ground weather situations during O3 pollution from April 30 to May 1
圖7 4月29日16:00—5月1日15時(shí)廣州塔地面、118 m氣溫及溫差時(shí)序圖Figure 7 The sequence diagram of the temperature at ground and 118 m of Guangzhou Tower and their temperature differences from 16:00 on April 29 to 15:00 on May 1
圖8 4月28日—5月2日廣州市O3、NO2、TVOC、氣溫和風(fēng)向風(fēng)速時(shí)序圖Figure 8 Time sequence diagram of O3, NO2, TVOC, temperature, wind direction and speed from April 28 to May 2 in Guangzhou
5月2日,受較強(qiáng)偏南氣流和降水影響,氣溫下降,當(dāng)天日照時(shí)數(shù)驟減至1.1 h,O3濃度下降,污染過(guò)程結(jié)束。
(1)2021年廣州市環(huán)境空氣質(zhì)量超標(biāo)天數(shù)42 d,其中O3超標(biāo)36 d,為廣州市最主要的大氣污染物;O3污染時(shí)間早發(fā);O3高值區(qū)主要分布在南部郊區(qū)、中部和東西兩翼區(qū)域。
(2)O3-8h濃度與日照時(shí)數(shù)和氣溫均呈顯著正相關(guān),與風(fēng)速、降水量、氣壓和相對(duì)濕度均呈顯著負(fù)相關(guān),其中O3-8h與日照時(shí)數(shù)相關(guān)性最高,風(fēng)速次之;O3-8h與日照時(shí)數(shù)/風(fēng)速比值的相關(guān)性高于O3-8h與任一單項(xiàng)氣象因子的相關(guān)性,其線性擬合方程的斜率隨著07:00 NO2濃度區(qū)間的升高呈現(xiàn)先增后減的變化;O3-8h與風(fēng)速和相對(duì)濕度的相關(guān)性均呈現(xiàn)干濕季差異較大的特點(diǎn);O3-8h濃度隨相對(duì)濕度的增大呈現(xiàn)先升后降的變化,當(dāng)相對(duì)濕度大于80%時(shí),O3-8h濃度和超標(biāo)率明顯下降;均壓場(chǎng)、弱低壓槽和弱高壓脊為 O3超標(biāo)日的主要地面天氣形勢(shì)類(lèi)型,受均壓場(chǎng)控制的O3超標(biāo)天數(shù)最多,O3-8h均值最高。
(3)廣州市O3污染特征具有持續(xù)性、區(qū)域性特征,2021年廣州市O3污染總共發(fā)生了8次連續(xù)污染過(guò)程,期間省內(nèi)有23.8%—81.0%的城市發(fā)生O3污染。4月30日—5月1日廣州市連續(xù)兩天出現(xiàn)的O3中度污染為地面低風(fēng)速、日照時(shí)間長(zhǎng)、風(fēng)向持續(xù)轉(zhuǎn)變等因素造成 O3聚集,再加上夜間逆溫造成前體物累積與白天輻射增強(qiáng)加速 O3生成綜合作用的結(jié)果。