齊 冰,牛彧文,杜榮光,于之鋒,應(yīng) 方,徐宏輝,洪盛茂,楊煥強(qiáng)

(1.杭州市氣象局,浙江 杭州 310051；2.浙江省氣象科學(xué)研究所,浙江 杭州 310008；3.杭州師范大學(xué)遙感與地球科學(xué)研究院,浙江 杭州 311121；4.杭州市環(huán)境監(jiān)測中心站,浙江 杭州 310007)

杭州市近地面大氣臭氧濃度變化特征分析

齊 冰1,牛彧文2,杜榮光1,于之鋒3*,應(yīng) 方4,徐宏輝2,洪盛茂4,楊煥強(qiáng)1

(1.杭州市氣象局,浙江 杭州 310051；2.浙江省氣象科學(xué)研究所,浙江 杭州 310008；3.杭州師范大學(xué)遙感與地球科學(xué)研究院,浙江 杭州 311121；4.杭州市環(huán)境監(jiān)測中心站,浙江 杭州 310007)

利用2012～2016年杭州市近地面臭氧(O3)的連續(xù)觀測資料以及氣象數(shù)據(jù),分析了杭州市近地面O3濃度的變化特征及其與氣象要素的關(guān)系.結(jié)果表明,近年來杭州市O3年平均濃度較10年前升高10 μg/m3左右,光化學(xué)污染形勢日趨嚴(yán)重.O3濃度冬季較低,其余季節(jié)均較高,日平均濃度大于100μg/m3主要分布在4～10月.O3濃度日變化呈單峰型分布,5:00～7:00出現(xiàn)最低值,14:00出現(xiàn)峰值,超標(biāo)時段主要出現(xiàn)在11:00～18:00.O3濃度變化與紫外輻射、溫度呈正相關(guān)關(guān)系,與相對濕度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系.紫外輻射大于0.02M J/m2、氣溫高于20℃、相對濕度低于70%時,O3濃度會出現(xiàn)超標(biāo)情況.風(fēng)向風(fēng)速對O3濃度有一定影響,當(dāng)風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)或偏北風(fēng)時,O3濃度較低;當(dāng)風(fēng)向?yàn)闁|風(fēng)或偏東風(fēng)時,O3濃度較高,說明影響杭州O3濃度升高的污染源也主要來自東部,南部和北部地區(qū)較少.

臭氧；變化特征；氣象要素；杭州

臭氧(O3)是大氣中一種重要的溫室氣體和光化學(xué)氧化劑,其濃度水平對氣候環(huán)境變化有著重要的影響[1].通常情況下,近地面O3的主要來源并不是由污染源直接排放,而是由人類活動排放的氮氧化物(NOx)和揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)等污染物在大氣中經(jīng)過光化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生[2].O3在一定的濃度水平會對人類健康、生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)作物等產(chǎn)生不利影響[3-5].過去的幾十年里,O3濃度在我國甚至全球都呈現(xiàn)上升趨勢[6-7],特別是我國一些經(jīng)濟(jì)快速增長、人口密集的京津冀、長三角以及珠三角地區(qū),O3污染問題日益突出[8-12].因此,針對大氣O3濃度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測,不斷的開展分析和研究工作具有十分重要的意義.

不同區(qū)域經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)水平存在差異,地理環(huán)境及氣象條件不盡相同,大氣污染物的物理化學(xué)特性也存在差異性,因此不同地區(qū)O3的光化學(xué)反應(yīng)體系具有各自的局地性和特殊性,深入開展O3的研究已是當(dāng)今大氣環(huán)境研究的熱點(diǎn).杭州位于長江三角洲南翼,經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),機(jī)動車保有量逐年增加,背山而居的地形環(huán)境使得大氣擴(kuò)散條件較弱,導(dǎo)致霾天氣頻繁出現(xiàn)[13].在諸多因素的影響下,杭州市大氣污染特征由煤煙型向復(fù)合型轉(zhuǎn)變,主要表現(xiàn)在高濃度顆粒物和高濃度O3為代表的大氣光化學(xué)污染出現(xiàn)幾率明顯增大[14-15].本文利用杭州市連續(xù)4年(2012年3月～2016年2月)的近地面O3觀測資料,分析討論了杭州市O3濃度的變化特征及其與氣象條件的關(guān)系,以期為客觀認(rèn)識本區(qū)域的光化學(xué)污染及制定有效的環(huán)境調(diào)控政策提供一定的科學(xué)依據(jù).

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 觀測站點(diǎn)

杭州市氣象局大氣成分監(jiān)測中心站(120°10′E, 30°14′N,海拔高度41.7m)位于杭州市區(qū)的南部,西面環(huán)繞著山丘并緊鄰西湖,南面緊鄰錢塘江以及一江之隔的城市建設(shè)群,東面和北面主要是城市建設(shè)群.該觀測站位于西湖景區(qū)和杭州市區(qū)的結(jié)合部,周圍無明顯建筑物阻擋,也沒有工業(yè)污染源,人為活動主要表現(xiàn)為交通和居民的生產(chǎn)生活.采樣點(diǎn)設(shè)在監(jiān)測站院內(nèi)3樓樓頂?shù)钠脚_處,氣體采樣管采用聚四氟乙烯管,距離樓頂高度約1.5m.

1.2 觀測儀器

觀測儀器采用美國熱電公司生產(chǎn)的49i 型紫外光度法O3分析儀,檢測下限2.0μg/m3,零點(diǎn)漂移＜2.0μg/m3(24h),跨度漂移＜±1%(24h).儀器為連續(xù)24h在線監(jiān)測,每5min讀取一次數(shù)據(jù).通過定期對儀器進(jìn)行零點(diǎn)、滿量程和精度檢查來保證儀器觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性.利用2012年10月～2016年2月杭州市氣象局大氣成分監(jiān)測中心站O3日平均濃度與杭州市環(huán)境監(jiān)測中心站8個國控點(diǎn)O3日平均濃度(N=1211)進(jìn)行對比分析可知(圖1),兩者相關(guān)系數(shù)R=0.95,說明該觀測站點(diǎn)O3數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠,并且能夠較好的代表杭州市區(qū)O3濃度的平均狀況.

圖1 觀測站點(diǎn)與國控點(diǎn)O3日均濃度相關(guān)性Fig.1 The correlation of O3concentrations between observation station and controlling sites

1.3 資料來源

使用O3連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)時段為2012年3月～2016年2月.按照《環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測規(guī)范》[16]中對異常值取舍進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量控制,再依照《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[17]關(guān)于污染物數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的有效性規(guī)定,每小時至少有45min的采樣時間、每日至少有20h平均濃度值,利用5min平均數(shù)據(jù)計(jì)算得出小時算術(shù)平均值,在小時數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上計(jì)算得出逐日的算術(shù)平均值.經(jīng)過數(shù)據(jù)整理分析,觀測期間由于斷電、儀器維修維護(hù)、校準(zhǔn)等造成小時數(shù)據(jù)缺測共計(jì)1387h,日平均值缺測46d,小時數(shù)據(jù)有效率為96.0%.將季節(jié)劃分為春季(3～5月)、夏季(6～8月)、秋季(9～11月)、冬季(12月～2月).

2 結(jié)果與討論

2.1 總體特征

由圖2可見, 2012年3月～2016年2月杭州市O3日平均濃度變化范圍1.4～142.5μg/m3.平均值為(48.9±27.3)μg/m3,日均值分布主要集中在10～70μg/m3之間,占71.7%.O3日平均濃度＞100μg/m3共出現(xiàn)50d,主要分布在4～10月,其中又以5月和9月居多,各出現(xiàn)14d.觀測期間,O3小時最大濃度＞300μg/m3僅出現(xiàn)2次,均出現(xiàn)在2012年,最大值為313.2μg/m3,出現(xiàn)在7月19日14:00.利用《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[17]小時均值二級標(biāo)準(zhǔn)濃度限值200μg/m3進(jìn)行評價,O3小時濃度共有289h(100d)超過國家二級標(biāo)準(zhǔn),超標(biāo)時段主要出現(xiàn)在11:00～18:00.O3小時濃度大于200μg/m3且連續(xù)4h以上共出現(xiàn)34d,其中5、6和9月出現(xiàn)天數(shù)較多,分別為8,7,5d;最長一次連續(xù)出現(xiàn)8h,發(fā)生在2014年6月14日12:00～19:00.

圖2 O3日均濃度和日最大濃度的時間序列Fig.2 Time series of daily mean and daily maximumO3concentrations

為了了解過去幾年杭州O3的變化,利用小時值分析了不同分位數(shù)(P5、P25、P50、P75、P95、P99)O3濃度的變化趨勢.通常,O3濃度的低百分位數(shù)(P5)代表基線或者背景條件而高百分位數(shù)(P95)代表污染事件,中值(P25、P50、P75)代表了典型條件[18].由圖3可見,典型條件下O3濃度有逐年增加趨勢且相關(guān)性較高,增長率為1.3～3.3μg/(m3·a).污染事件下O3濃度也呈逐年上升趨勢,但相關(guān)性略低.對比不同站點(diǎn)O3觀測結(jié)果可知(表1),十二五期間杭州市O3年平均濃度增加趨勢明顯,從2012年的44.7μg/m3上升到2015年的51.5μg/m3.與2005～2007年均值相比,O3年平均濃度升高了10μg/m3左右,說明近些年來杭州市光化學(xué)污染日趨嚴(yán)重,需要引起高度重視.與國內(nèi)人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的北京、南京、天津等城市站點(diǎn)相比,杭州市O3濃度則相對偏低.與臨安、龍鳳山等區(qū)域本底站以及武夷山大氣背景站相比,城市站點(diǎn)O3濃度要遠(yuǎn)低于區(qū)域本底站.區(qū)域本底站和高山背景站通常海拔較高,接收到的太陽輻射要高于城市站點(diǎn),并且本底站周圍植被茂盛,植物釋放大量O3前體物[26-27]以及污染物長距離輸送[28-29]是造成區(qū)域本底站和高山背景站O3濃度較高的主要原因.

圖3 不同分位數(shù)O3濃度變化趨勢Fig.3 Overall trends of six percentiles (5%, 25%, 50%, 75%, 95% and 99%) of O3concentrations

表1 不同觀測站點(diǎn)O3濃度比較Table1 Comparison O3concentrations in different sites

續(xù)表1

2.2 逐月變化

圖4 O3濃度月變化Fig.4 Monthly variations of O3concentration

由圖4可見,杭州市O3月平均濃度在一年中大體呈現(xiàn)中間高,頭尾低的特點(diǎn).O3濃度在一年中的5月達(dá)到最大值,多年平均值為(68.8± 27.2)μg/m3;12月是一年中O3濃度最低的月份,多年平均值為(21.1±12.6)μg/m3.從季節(jié)變化來看(圖5),杭州市O3濃度高百分位數(shù)(P90、P75、P50)在春、夏、秋季相差不大,說明這3個季節(jié)O3污染水平相當(dāng);而低百分位數(shù)P25秋季要低于春季和夏季,主要與11月份O3濃度明顯下降有關(guān).冬季O3不同百分位數(shù)都要遠(yuǎn)低于其他3個季節(jié). O3濃度春、夏、秋、冬季節(jié)平均值分別為(57.9±25.7),(56.6±24.3),(50.4±28.9),(30.4± 20.4)μg/m3.

圖5 O3濃度季節(jié)變化Fig.5 Box plot of seasonally O3concentration

由圖6可見,夏季7～8月氣溫高、日照時數(shù)和太陽總輻射量是一年中最高的月份,容易出現(xiàn)高濃度O3;而6月杭州處于梅汛期,較7～8月而言,6月日照時數(shù)和太陽輻射明顯偏少,同時降水量和雨日數(shù)也是一年中最高的月份之一,這樣的氣象條件會抑制O3的形成,總體而言,夏季依然是高濃度O3多發(fā)的季節(jié).秋季9～10月太陽輻射依然充足,日照時數(shù)長,O3濃度仍然處于高位,但11月隨著氣溫、太陽輻射以及日照時數(shù)的迅速下降,O3濃度也隨之迅速降低.如2015年11月降水日數(shù)為22d,降水量高達(dá)212.4mm,導(dǎo)致O3月平均濃度僅為16.1μg/m3,同比明顯偏低.杭州冬季氣溫較低,太陽輻射弱,日照時間短,不利于光化學(xué)反應(yīng),即使前體物充足也不利于O3生成,因此冬季是O3濃度最低的季節(jié).但近幾年2月O3平均濃度大約從40μg/m3增加到60μg/m3,呈現(xiàn)逐年加重趨勢,主要是因?yàn)槎敬髿鈹U(kuò)散條件較差,O3前體物濃度容易積累,在太陽總輻射和日照時數(shù)增加以及降水量和雨日數(shù)相對偏少的氣象條件下,導(dǎo)致O3濃度升高.

圖6 氣象要素月變化Fig.6 Monthly variations of meteorological factor

杭州O3濃度最高值出現(xiàn)在春季的4～5月.通?？梢杂靡韵聝煞矫嬖蚪忉?一方面是由于“對流層折疊”現(xiàn)象產(chǎn)生.研究表明[30-31],對流層頂折疊常引發(fā)平流層對流層交換是春季對流層O3增加的重要源.Ordonez等[32]研究發(fā)現(xiàn)歐洲低對流層臭氧濃度在冬春季節(jié)增加趨勢和異常值很大程度是來源于平流層臭氧濃度的貢獻(xiàn).崔宏等[33]研究也發(fā)現(xiàn)臨安(距離杭州40km)春季平流層大氣下傳導(dǎo)致對流層臭氧的異常增加,其原因是由于冷空氣南下的天氣過程和副熱帶急流造成的輻合下沉運(yùn)動產(chǎn)生的.另一方面,杭州春季O3濃度明顯增加可能是建立在冬季NO x和NMHC等O3前體物積累的基礎(chǔ)上,隨著太陽輻射的增強(qiáng)導(dǎo)致光化學(xué)反應(yīng)活躍[34-35].盡管如此,就目前而言仍沒有清晰的證據(jù)表明杭州春季O3出現(xiàn)高濃度的原因.

2.3 日變化

由圖7可見,白天時段冬季O3濃度要明顯低于其他3個季節(jié),與全年平均值相比平均偏低40%.夜間時段,春季O3濃度則要明顯高于其他3個季節(jié),這也可能是造成春季O3濃度偏高的原因之一.對比春季和夏季O3的日變化可以看出,在夜間夏季O3濃度低于春季,而在白天夏季O3濃度高于春季,反映出夏季大氣化學(xué)反應(yīng)活躍,白天受強(qiáng)輻射、高溫等因素影響O3濃度較高,而日落以后NO等污染物的大氣化學(xué)反應(yīng)對O3的消耗加快導(dǎo)致其濃度迅速降低.

圖7 O3濃度日變化Fig.7 Diurnal variations of O3concentration

由圖7 還可以看出,O3日變化特征呈單峰型分布,其變化規(guī)律大致可以表述為以下3個階段:O3及前體物累積階段、O3光化學(xué)生成階段以及O3消耗階段[36].這也與許多城市地區(qū)O3濃度日變化特征具有一致性[37-38].午夜至清晨,城市大氣中O3濃度處于一天中的低濃度區(qū),雖然夜間沒有光化學(xué)反應(yīng),但近地層NO會不斷消耗O3使得其逐漸降低,但變化幅度很小,O3濃度最低值一般出現(xiàn)在凌晨05:00～07:00.08:00～14:00主要是O3光學(xué)化學(xué)生成階段.伴隨早高峰的出現(xiàn),大量O3前體物得到釋放,紫外輻射強(qiáng)度開始逐漸增強(qiáng),11:00之后,紫外輻射量增加到0.07MJ/ m2以上,較強(qiáng)的紫外輻射容易產(chǎn)生一系列光化學(xué)反應(yīng)使得O3濃度的升高,并于14:00達(dá)到一天中的最大值.同時發(fā)現(xiàn),紫外輻射量在12:00出現(xiàn)日最大值,O3濃度峰值比紫外輻射量峰值的變化滯后2h,這可能是由于光化學(xué)反應(yīng)時間的關(guān)系.這一特點(diǎn)與安俊琳等[39]的研究發(fā)現(xiàn)一致.15:00到午夜是O3消耗階段,主要是16:00后紫外輻射強(qiáng)度迅速減弱以及新的O3前體物排放高峰對O3濃度起到消耗作用,使得O3逐漸下降到一天中的低濃度區(qū).

2.4 氣象因子對O3的影響

對于O3與氣象因子的關(guān)系研究,不同地區(qū)略有差異,但在太陽輻射、氣溫、相對濕度、降水等方面都有大致相同的結(jié)論.丁國安等[40]和湯潔等[41]研究表明總輻射強(qiáng)弱是決定地面O3濃度的關(guān)鍵因子之一.白建輝等[42-44]進(jìn)一步闡明O3與紫外輻射之間存在較好的定量關(guān)系,紫外輻射對O3的光化學(xué)過程提供了能量來源.洪盛茂等[15]、談建國等[45]、安俊琳等[46]認(rèn)為,O3與紫外輻射、氣溫成正比,與相對濕度、降水成反比.

利用資料對比分析表明降水對O3濃度有明顯影響.出現(xiàn)降水時O3平均濃度為(29.3±24.2) μg/m3遠(yuǎn)低于非降水時的O3平均濃度(72.4±52.4)μg/m3,且沒有出現(xiàn)O3超標(biāo)情況.考慮到夜間以及出現(xiàn)降水時O3濃度普遍較低,因而在分析O3超標(biāo)時其他氣象因子的變化特征僅采用07:00～18:00剔除降水的逐時觀測資料.分析發(fā)現(xiàn)O3濃度與紫外輻射、氣溫呈正相關(guān)關(guān)系,與相對濕度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,Spearman相關(guān)系數(shù)分別為0.58、0.64、-0.34,通過雙側(cè)0.01水平的顯著性檢驗(yàn).

圖8 不同紫外輻射下O3濃度變化和O3超標(biāo)率Fig.8 Box plot of O3concentration variations and O3standard-exceeding rates in the different ultraviole t radiation

2.4.1 紫外輻射 由圖8可見,紫外輻射每增加0.02MJ/m2,O3平均濃度增加10μg/m3左右,O3濃度超標(biāo)率也逐漸升高.當(dāng)紫外輻射小于0.02MJ/m2時,O3平均濃度最低,僅為(24.7± 21.1)μg/m3,且沒有出現(xiàn)O3超標(biāo)情況.當(dāng)紫外輻射大于0.10MJ/m2時,O3平均濃度大于100 μg/m3且超標(biāo)率為3.5%;當(dāng)紫外輻射大于0.12MJ/m2時,O3超標(biāo)率明顯增加,為7.2%.

2.4.2 氣溫 由圖9可見,隨著氣溫的升高,O3平均濃度由(34.5±27.1)μg/m3增加到(128.4±40.3) μg/m3,增加約2.7倍.不同分位數(shù)的O3濃度也呈階梯上升趨勢.氣溫低于20℃時,O3平均濃度在60μg/m3以下,且沒有出現(xiàn)超標(biāo)情況.當(dāng)氣溫在20～25℃時,O3濃度開始出現(xiàn)超標(biāo)情況,超標(biāo)率為1.0%.當(dāng)氣溫在30～35℃時,O3平均濃度大于100μg/m3,且超標(biāo)率高達(dá)8.8%.雖然氣溫高于35℃的樣本數(shù)相對偏少,但是O3平均濃度最大,特別是O3低百分位數(shù)(P10、P25)有明顯升高,超標(biāo)率也達(dá)6.1%.

圖9 不同氣溫下O3濃度變化和O3超標(biāo)率Fig.9 Box plot of O3concentration variations and O3standard-exceeding rates in the different temperatures

2.4.3 相對濕度 由圖10可見,在相對濕度低于50%時,O3平均濃度在100μg/m3以上;超標(biāo)率最高可達(dá)5.3%.在相對濕度50%～70%區(qū)間,O3平均濃度及超標(biāo)率逐漸下降.當(dāng)相對濕度大于70%時,O3濃度小于50μg/m3,明顯下降,且沒有出現(xiàn)超標(biāo)情況.當(dāng)相對濕度大于90%時,O3平均濃度僅為(17.3±16.5)μg/m3.可以看出,相對濕度越高,O3濃度越低,這主要是因?yàn)樗麜绊懱栕贤廨椛鋸?qiáng)度[47],高相對濕度條件下,空氣中水汽所含的OH、HO2等自由基迅速將O3分解為O2,降低O3濃度.

圖10 不同相對濕度下O3濃度變化和O3超標(biāo)率Fig.10 Box plot of O3concentration variations and O3standard exceeding rates in the different relative humidity

2.4.4 風(fēng)向、風(fēng)速 從風(fēng)向頻率的季節(jié)性變化可以大致了解不同方向的氣流對觀測站點(diǎn)O3的相對影響程度.由圖11可見,觀測站點(diǎn)春、夏季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镋、S和SSW方向,出現(xiàn)頻率范圍為10.0%～ 15.6%,秋、冬季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镹、NNW、NW,出現(xiàn)頻率范圍為10.1%～12.4%,此外秋季E方向和冬季S方向風(fēng)向出現(xiàn)頻率也較高,分別為10.7%和10.1%.雖然W方向出現(xiàn)頻率非常低,但是夏、秋季在西風(fēng)方向,風(fēng)速2～3m/s時,O3濃度相對較高,這可能與觀測站點(diǎn)緊鄰西湖景區(qū),而夏、秋季作為旅游旺季會明顯增加人為氣溶膠排放,局地的光化學(xué)反應(yīng)對O3的產(chǎn)生具有重要貢獻(xiàn).在東風(fēng)及偏東風(fēng)方向,風(fēng)速4～5m/s時,O3也表現(xiàn)出明顯高值,表明此方位污染物的輸送對O3濃度存在潛在的貢獻(xiàn).

圖11 O3濃度隨風(fēng)向風(fēng)速的變化Fig.11 O3concentrations of wind speed corresponding with wind directioninspring, summer, autumn, winter

由圖11還可以看出,在N-NNW-NW方位,O3平均濃度相對于其他方位偏低,冬季平均濃度基本在40μg/m3以下,其余季節(jié)平均濃度在65μg/m3左右.在不同季節(jié)風(fēng)向頻率出現(xiàn)較高的S-SSW方位,O3濃度也沒有表現(xiàn)出高值,春、夏季O3平均濃度在70μg/m3左右,秋季和冬季則更低.而在ENE-E-ESE方向,不同季節(jié)O3濃度相對于其他方位明顯偏高,春季和秋季O3平均濃度在100μg/m3,夏季更是高達(dá)110μg/m3.說明影響杭州O3濃度升高的污染源主要來自東部,而南部和北部地區(qū)較少.

3 結(jié)論

3.1 杭州市O3濃度有逐年增加趨勢,大氣光化學(xué)污染比較嚴(yán)重,需引起高度重視.春季、夏季、秋季O3濃度較高,冬季O3濃度較低,但近年來2月O3濃度有升高趨勢.

3.2 O3濃度呈現(xiàn)單峰型日變化特征,其峰值出現(xiàn)時間比紫外輻射量峰值滯后2h,O3濃度超標(biāo)時段主要出現(xiàn)在4～10月的11:00～18:00,需要做好監(jiān)測和防護(hù)工作.

3.3 O3濃度與紫外輻射、溫度呈正相關(guān)關(guān)系,與相對濕度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系.當(dāng)紫外輻射大于0.06MJ/m2、氣溫高于25℃、相對濕度低于60%時,O3濃度較易出現(xiàn)超標(biāo)情況,可初步作為判定O3污染的氣象預(yù)警指標(biāo).

3.4 當(dāng)風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)或偏北風(fēng)時,O3濃度較低;當(dāng)風(fēng)向?yàn)闁|風(fēng)或偏東風(fēng)時,O3濃度要高于其他方位;說明影響杭州O3濃度升高的污染源也主要來自東部,南部和北部地區(qū)較少.

[1] IPCC. Climate Change 2007: The Physical Science Basis: Contribution of Working G roup I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [M]. Cambridge University Press, 2007.

[2] Fishman J, Grutzen P J. The origin of ozone in troposphere [J]. Nature, 1978,274:855-858.

[3] Bronnimann S, Buchmann B, Wanner H. Trends in nearsurfaceozone concentrations in Switzerland: the 1990s [J]. Atmospheric Environment, 2002,36(17):2841-2852.

[4] Wang X, Lu W, Wang W, et al. A study of ozone variationtrendwithinarea of affecting humanhealth inHong Kong [J]. Chemosphere, 2003,52(9):1405-1410.

[5] 廖志恒,范紹佳.2006～2012年珠江三角洲地區(qū)O3污染對人群健康的影響 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2015,35(3):897-905.

[6] VingarzanR. A reviewof surface ozone background levels and trends [J]. Atmospheric Environment, 2004,38(21):3431-3442.

[7] Xu X, Lin W, Wang T, et al. Long-termtrend of surface ozone at a regional background station in eastern China 1991～2006: Enhanced variability [J]. Atmospheric Chemistry and Physics, 2008,8:2595-2607.

[8] 姚 青,韓素芹,蔡子穎,等.2012年夏季天津城區(qū)BTEX污染特征與臭氧潛勢分析 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2013,33(5):793-798.

[9] 王占山,李云婷,陳 添,等.北京城區(qū)臭氧日變化特征及與前體物的相關(guān)性分析 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2014,34(12):3001-3008.

[10] 易 睿,王亞林,張殷俊,等.長江三角洲地區(qū)城市臭氧污染特征與影響因素分析 [J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2015,35(8):2370-2377.

[11] 鄧雪嬌,周秀驥,吳 兌,等.珠江三角洲大氣氣溶膠對地面臭氧變化的影響 [J]. 中國科學(xué):地球科學(xué), 2011,41(1):93-102.

[12] Zhang Y N, Xiang Y R, Chan L Y, et al. Procuring the regional urbanization and industrialization effect on ozone pollution in Pearl River Delta of Guangdong, China [J]. A tmospheric Environment, 2011,45(28):4898-4906.

[13] 齊 冰,劉壽東,杜榮光,等.杭州地區(qū)氣候環(huán)境要素對霾天氣影響特征分析 [J].氣象, 2012,38(10):1225-1231.

[14] 齊 冰,杜榮光,于之鋒,等.杭州地區(qū)大氣細(xì)顆粒物濃度變化特征分析 [J]. 環(huán)境化學(xué), 2015,34(1):77-82.

[15] 洪盛茂,焦 荔,何 曦,等.杭州市區(qū)大氣臭氧濃度變化及氣象要素影響 [J]. 應(yīng)用氣象學(xué)報, 2009,20(5):602-611.

[16] HJ/T193-2005 《環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測規(guī)范》 [S].

[17] GB3095-2012 《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》 [S].

[18] Li J F, Lu K D, Lv W, et al. Fast increasing of surface ozone concentrations in Pearl River Delta characterized by a regional air quality monitoring network during 2006～2011 [J]. Journal of Environmental Sciences, 2014,26:23-36.

[19] 安俊琳,杭一纖,朱 彬,等.南京北郊大氣臭氧濃度變化特征[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 2010,19(6):1383-1386.

[20] 姚 青,孫玫玲,蔡子穎,等.2009年天津城區(qū)地面O3和NOx的季節(jié)變化與相關(guān)性分析 [J]. 環(huán)境化學(xué), 2011,30(9):1650-1656.

[21] 崔 蕾,倪長健,王 超,等.成都市O3濃度的時間變化特征及相關(guān)因子分析 [J]. 中國環(huán)境監(jiān)測, 2015,31(6):41-46.

[22] 劉希文,徐曉斌,林偉立.北京及周邊地區(qū)典型站點(diǎn)近地面O3的變化特征 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2010,30(7):946-953.

[23] 林偉立,徐曉斌,孫俊英,等.華中地區(qū)偏遠(yuǎn)站點(diǎn)金沙站氣態(tài)污染物的變化特征 [J]. 中國科學(xué):化學(xué), 2011,41(1):136-144.

[24] 金賽花,樊曙先,王自發(fā),等.青海瓦里關(guān)地面臭氧濃度變化特征[J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2008,28(3):198-202.

[25] 蘇彬彬.華東森林及高山背景區(qū)域臭氧變化特征及影響因素[J]. 環(huán)境科學(xué), 2013,34(7):2519-2525.

[26] 彭立新,唐孝炎,白郁華,等.天然源排放碳?xì)浠衔飳V州地區(qū)光化學(xué)污染的影響 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2000,20(2):132-135.

[27] Roxanne V. A reviewof surface ozone background levels andtrends [J]. A tmospheric Environment, 2004,38(21):3431-3442.

[28] 徐曉斌,劉希文,林偉立.輸送對區(qū)域本底站痕量氣體濃度的影響 [J]. 應(yīng)用氣象學(xué)報, 2009,20(6):656-664.

[29] 林偉立,徐曉斌,孫俊英,等.金沙大氣本底站反應(yīng)性氣體本底濃度及長距離輸送的影響 [J]. 中國科學(xué):地球科學(xué), 2011,41(4): 573-582.

[30] Monks P S. A reviewof the observations and origins of the springozonemaximum[J]. A tmospheric Environment, 2000, 34(21):3545-3561.

[31] Cooper O R, Moody J L. Meteorological controls on ozone at an elevatedeastern United States regional background monitoring site [J]. Journal of Geophysical Research, 2000,105(D5):6855-6869.

[32] OrdonezC, BrunnerD, Staehelin J, et al. Strong influence of lowermost stratosphericozone on lower tropospheric background ozone changes over Europe [J]. Geophysical Research Letters, 2007,34,L07805,doi:10.1029/2006GL029113.

[33] 崔 宏,趙春生,鄭向東,等.2001年春季臨安地區(qū)對流層臭氧異常增加的一次過程分析 [J]. 大氣科學(xué), 2005,29(2):259-266.

[34] Fernández-FernándezMI, Gallego MC, García J A, et al. A study of surface ozone variability over the Iberian Peninsula during the last fifty years [J]. Atmospheric Environment, 2011,45(11):1946-1959.

[35] Penkett S A, Reeves C E, Bandy B J, et al. Comparison ofcalculated and measured peroxide data collected in marine air to investigateprominent features of the annual cycle of ozone in the troposphere [J]. Journal of Geophysical Research, 1998, 103(D11):13377-13388.

[36] Fujita E M, Stockwell W, Campbell D E, et al. Weekend/weekday ozone observations in the south coast air basin: retrospective analysis of ambient and emissions dataand refinement of hypotheses. VolumeI—Executive Summary [R]. National Renewable Energy Laboratory, 2000.

[37] Shan W P, Yin Y Q, Zhang J D, et al. Observational study of surface ozone at an urban site in East China [J]. A tmospheric Research, 2008,89(3):252-261.

[38] Zheng J Y, Zhong L J, Wang T, et al.Ground-level ozone in the Pearl River Delta region: Analysis of data froma recently established regional air quality monitoring network [J]. Atmospheric Environment, 2010,44(6):814-823.

[39] 安俊琳,王躍思,李 昕,等.北京地面紫外輻射與空氣污染的關(guān)系研究 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2008,29(4):1053-1058.

[40] 丁國安,羅 超,湯 潔,等.清潔地區(qū)氣象因子與地面O3關(guān)系的初步研究 [J]. 應(yīng)用氣象學(xué)報, 1995,6(3):350-355.

[41] 湯 潔,周凌晞,鄭向東,等.拉薩地區(qū)夏季地面臭氧的觀測和特征分析 [J]. 氣象學(xué)報, 2002,60(2):221-229.

[42] 白建輝,王明星.地面臭氧光化學(xué)過程規(guī)律的初步研究 [J]. 氣候與環(huán)境研究, 2001,6(1):91-102.

[43] 白建輝,王明星,陳 輝,等.地面臭氧的變化規(guī)律和計(jì)算方法的初步研究I.紫外波段 [J]. 氣候與環(huán)境研究, 2002,7(1):49-60.

[44] 白建輝,王庚辰,孟昭陽,等.華北潔凈地區(qū)微量氣體變化特征的初步研究 [J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2006,19(6):15-19.

[45] 談建國,陸國良,耿福海,等.上海夏季近地面臭氧濃度及其相關(guān)氣象因子的分析和預(yù)報 [J]. 熱帶氣象學(xué)報, 2007,23(5):515-519.

[46] 安俊琳,王躍思,李 昕,等.北京大氣中NO、NO2和O3濃度變化的相關(guān)性分析 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2007,28(4):706-711.

[47] 劉晶淼,丁裕國,黃永德,等.太陽紫外輻射強(qiáng)度與氣象要素的相關(guān)分析 [J]. 高原氣象, 2003,22(1):45-50.

Characteristics of sur face ozone concentration in urban site of Hangzhou.

QI Bing1, NIU Yu-wen2, DU Rong-guang1,YU Zhi-feng3*, YING Fang4, XU Hong-hui2, HONG Sheng-mao4, YANG Huan-qiang1
(1.Hangzhou Meteorological Bureau, Hangzhou 310051, China；2.Zhejiang Meteorology Science Institute, Hangzhou 310017, China；3.Institute of Remote Sensing and Earth Sciences, Hangzhou Normal University, Hangzhou 311121, China；4.Hangzhou Environmental Monitoring Central Station, Hangzhou 310007, China). China Environmenta Science, 2017,37(2)：443～451

The characteristics of surface ozone concentration and its relationship with meteorology were analyzed by continuous observation from2012 to 2016in urban site of Hangzhou. The annual averaged concentration of ozone in Hangzhou increased about 10μg/m3over the past ten years. The situation of photochemical pollution became worse. The seasonal variation of ozone concentration was lower in winter and higher in spring, summer and autumn. The daily averaged ozone concentration over 100μg/m3was mainly scattered fromApril to October. The daily variation of ozone concentration showed unimodal distribution, with a minimumvalue at 05:00～07:00 and a maximumvalue at 14:00. The hourly averaged ozone concentration over standard was mainly appeared at 11:00～18:00. The ozone concentration had a positive correlation with ultraviolet radiation and temperature, and a negative correlation with relative humidity. The ozone concentration was in excessive condition while the ultraviolet radiation was higher than 0.02MJ/m2, the temperature was higher than 20℃ and the relative humidity was lower than 70%. The ozone concentration was influenced by wind direction and wind speed to some extent. The lower ozone concentration was found under north or northerly wind while higher ozone concentration was observed under east or easterly wind. The pollution sources which elevated ozone concentration came mainly fromthe east regions of Hangzhou, and less fromthe south and north regions.

ozone；variation characteristic；meteorological factors；Hangzhou urban

X515

A

1000-6923(2017)02-0443-09

齊 冰(1981-),男,江西南昌人,高級工程師,碩士,主要從事大氣物理與大氣環(huán)境研究.發(fā)表論文10余篇.

2016-06-20

國家自然科學(xué)資金資助項(xiàng)目(41305118);浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(LY16D010006);杭州市社會發(fā)展科研專項(xiàng)(20150533B17);浙江省氣象局創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(2014ZD04-2)

* 責(zé)任作者, 講師, zhifeng_yu@163.com