包艷英，徐 潔，張明明，唐 偉，孟 凡

1.大連市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，遼寧 大連 116023 2.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012

大連市臭氧污染特征及典型污染日成因

包艷英1，徐 潔1，張明明1，唐 偉2，孟 凡2

1.大連市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，遼寧 大連 116023 2.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012

通過(guò)對(duì)大連市區(qū)10個(gè)空氣監(jiān)測(cè)子站的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，探討了大連市臭氧污染的時(shí)空分布、氣象條件對(duì)臭氧污染的影響，對(duì)臭氧污染日進(jìn)行了歸類分析。結(jié)果表明，大連市臭氧污染主要出現(xiàn)在4—10月。在強(qiáng)紫外輻射、高溫、低濕、低壓和低風(fēng)速的氣象條件下，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的臭氧濃度較高。臭氧污染日的日變化分為單峰型、雙峰型和夜間持續(xù)升高型3種類型。通過(guò)對(duì)2015年的一次高濃度臭氧污染過(guò)程的氣象條件、污染物濃度和污染氣團(tuán)軌跡進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)臭氧濃度在夜間持續(xù)升高現(xiàn)象與區(qū)域輸送密切相關(guān)。

大連市；臭氧；時(shí)空分布；污染日特征

臭氧(O3)作為大氣中的主要光化學(xué)氧化劑，在天然大氣中平均含量為2～20 μg/m3。大約90%的O3集中在平流層中，起到阻擋太陽(yáng)紫外線的作用，有效保護(hù)人類和地球生態(tài)環(huán)境，但也有10%的O3集中在與人類生活相關(guān)的對(duì)流層中，這部分O3會(huì)損害人體健康，對(duì)人類及生態(tài)環(huán)境造成不利影響，是大氣主要污染物之一[1]。對(duì)流層大氣中O3濃度在很大程度上是由本地排放的氮氧化物(NOx)和揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)在太陽(yáng)光照射下生成的，一旦生成，O3在對(duì)流層中會(huì)有幾天至幾周的生命期，因此會(huì)通過(guò)遠(yuǎn)距離傳輸影響下風(fēng)向地區(qū)，甚至可以隨氣流在中緯度大陸間傳輸，比如從東亞到北美西部[2-3]。

國(guó)內(nèi)外專家和學(xué)者基于觀測(cè)開展了大量的O3污染特征研究。PARRISH等[4]通過(guò)分析歐洲6個(gè)站點(diǎn)、北美3個(gè)站點(diǎn)和日本2個(gè)站點(diǎn)的觀測(cè)資料，研究了1950—2000年北半球中緯度地區(qū)對(duì)流層低層O3背景濃度的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)和季節(jié)變化，發(fā)現(xiàn)所有站點(diǎn)都呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，其中歐洲和北美地區(qū)的平均增長(zhǎng)趨勢(shì)每年約1%；LI等[5]研究指出，在中國(guó)中東部地區(qū)，O3及其生成前體物的傳輸對(duì)區(qū)域性O(shè)3污染起到重要的作用；楊俊益等[6]對(duì)2008—2011年夏季京津冀區(qū)域大氣背景興隆站的觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)京津冀地區(qū)O3超標(biāo)嚴(yán)重，O3濃度的急劇上升主要是由其生成前體物NOx濃度的升高所致；崔虎雄等[7-8]在對(duì)上海市城區(qū)VOCs特征分析的研究中發(fā)現(xiàn)，VOCs排放在上海的O3污染過(guò)程中起關(guān)鍵作用。JIANG等[9]在對(duì)珠三角O3污染過(guò)程的觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)，珠三角地區(qū)O3污染是由O3的區(qū)域水平傳輸和光化學(xué)反應(yīng)生成共同導(dǎo)致的。綜上所述，近地面O3升高的原因是多方面的：氣象因素、O3背景濃度的升高、NOx或VOCs排放的增加，或者區(qū)域性的傳輸都有可能造成O3濃度升高導(dǎo)致O3污染。但各個(gè)城市的O3污染特征和成因卻并不相同，因此對(duì)不同地區(qū)的O3污染需要進(jìn)行深入的研究分析。

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及機(jī)動(dòng)車保有量的增加，大連市的O3污染問(wèn)題也愈發(fā)嚴(yán)重。2015年大連市區(qū)出現(xiàn)37d O3污染日，與2014年相比增加36 d。 2015年大連市O3第90百分位日最大8 h平均值(O3-8 h)為161 μg/m3，超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在15個(gè)副省級(jí)城市和4個(gè)直轄市排名第12位，并且5月、7—10月大連市O3超標(biāo)率均高于74個(gè)城市平均水平，空氣污染呈現(xiàn)細(xì)顆粒物和O3污染共存的大氣復(fù)合污染特征。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)大連市O3的多點(diǎn)位、長(zhǎng)時(shí)間序列，特別是對(duì)污染日特征的研究較為缺乏，本研究對(duì)大連市10個(gè)國(guó)控自動(dòng)監(jiān)測(cè)空氣子站2015年的O3監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，探討大連市O3的時(shí)空分布特征、O3污染日特征以及典型O3高濃度過(guò)程的輸送特征，為大連市O3污染日的預(yù)測(cè)和O3污染治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1監(jiān)測(cè)站點(diǎn)分布

大連市區(qū)共有國(guó)控空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位10個(gè)，涵蓋商業(yè)區(qū)、居住區(qū)、工業(yè)區(qū)等不同功能區(qū)，除監(jiān)測(cè)PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO、O3常規(guī)6項(xiàng)污染物外，對(duì)風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度和氣壓等氣象參數(shù)可以同時(shí)開展監(jiān)測(cè)。具體點(diǎn)位見圖1。

1.2儀器設(shè)備

空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)站質(zhì)量控制和質(zhì)量保證嚴(yán)格執(zhí)行《環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 193—2005)、《環(huán)境空氣氣態(tài)污染物(SO2、NO2、O3、CO)連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測(cè)方法》(HJ 654—2013)、《環(huán)境空氣顆粒物(PM10和PM2.5)連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測(cè)方法》(HJ 653—2013)等規(guī)范。所有監(jiān)測(cè)設(shè)備每周進(jìn)行1次巡檢，保證所有監(jiān)測(cè)設(shè)備具有良好的運(yùn)行狀態(tài)，SO2、NO2、O3和CO監(jiān)測(cè)設(shè)備每周進(jìn)行1次零點(diǎn)和跨度檢查，每季度進(jìn)行1次精密度檢查，每半年進(jìn)行1次多點(diǎn)校準(zhǔn)，PM10和PM2.5監(jiān)測(cè)設(shè)備每周進(jìn)行1次流量檢查，每半年進(jìn)行1次流量校準(zhǔn)和質(zhì)量校準(zhǔn)。監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的O3分析儀采用EC9810和Thermo ScientificTM49i的紫外光度法分析儀，配置O3標(biāo)準(zhǔn)氣體發(fā)生器(校準(zhǔn)儀)等設(shè)備，開展O3傳遞工作，每年將動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)儀送至國(guó)家計(jì)量院進(jìn)行檢定，對(duì)O3發(fā)生器、O3光度計(jì)及校準(zhǔn)儀流量進(jìn)行校準(zhǔn)，以保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性。溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向和風(fēng)速等氣象參數(shù)觀測(cè)采用上海路賦德WS600-UMB氣象參數(shù)測(cè)量?jī)x，大氣穩(wěn)定度觀測(cè)采用瑞典OPSIS SM200測(cè)量?jī)x，大氣溫廓線觀測(cè)采用美國(guó)Radiometric MP300A測(cè)量?jī)x，紫外輻射觀測(cè)采用荷蘭Kipp&Zonen UV1000測(cè)量?jī)x，大氣能見度觀測(cè)采用美國(guó)Belfort model 6000測(cè)量?jī)x。

圖1 大連市空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位示意圖Fig.1 Location of automatic air monitoring stations in Dalian

2 結(jié)果與討論

2.1時(shí)間分布特征

2.1.1 年變化特征

2013—2015年大連市第90百分位O3-8 h呈逐年上升趨勢(shì)，2014年較2013年上升11.1%，2015年較2014年上升46.4%。O3作為首要污染物的污染日從2013年和2014年的各1 d增至2015年的36 d。2015年，大連市O3第90百分位O3-8 h為161 μg/m3。

2.1.2 月變化特征

O3月分布圖(圖2)顯示大連市O3污染月變化顯著，市區(qū)O3污染主要集中在4—10月，其中5月和8月O3污染日最多，最高月濃度與最低月濃度之比為3.44。秋季和冬季第90百分位O3-8 h分別為160 μg/m3和68 μg/m3，均符合二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，春季和夏季第90百分位O3-8 h分別為173 μg/m3和167 μg/m3，超出二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值0.08倍和0.04倍。夏季污染天數(shù)最多，春季其次，冬季無(wú)O3污染日，變化特征與我國(guó)華北地區(qū)一致[10-14]，均為夏季高、冬季低，伴有明顯的春、秋季雙峰。

圖2 2015年大連市O3污染月分布Fig.2 Monthly variations of O3 concentrations and pollution days in Dalian during 2015

2.1.3 日變化特征

選取存在O3超標(biāo)天數(shù)的2015年4—10月進(jìn)行日變化特征分析(圖3)，結(jié)果顯示，O3濃度在06:00—08:00達(dá)到最低值，可能是早高峰機(jī)動(dòng)車排放的NO對(duì)O3滴定作用影響，日間高值出現(xiàn)在12:00—18:00，由于光照和輻射條件有利于光化學(xué)反應(yīng)生成高濃度的O3，夜間O3濃度緩慢下降。但是在4、5、8月，O3污染高值時(shí)間影響可持續(xù)到20:00—23:00，8月14日和27日更是出現(xiàn)明顯的峰值時(shí)間延后現(xiàn)象，在20:00—23:00 O3濃度達(dá)到一天中的最大值，O3質(zhì)量濃度在凌晨仍維持在200 μg/m3以上。

2.2氣象因素對(duì)大連O3的影響

影響O3濃度的因素除了污染源貢獻(xiàn)以外，氣象要素也扮演著重要角色。根據(jù)地理位置區(qū)域分布特征和污染程度，選取了4個(gè)典型環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)子站：位于中心城區(qū)、O3污染程度最重的傅家莊子站，位于中心城區(qū)西南部、O3污染程度較輕的星海三站子站，位于大連北部的金州子站，北部郊區(qū)臨海且顆粒物污染程度最輕的雙D港子站。

圖3 2015年大連市4—10月O3污染的日變化特征Fig.3 Hourly variations of O3 concentrations in Dalian from April to October in 2015

利用超級(jí)站氣象監(jiān)測(cè)儀2015年監(jiān)測(cè)的紫外輻射、氣溫、濕度、氣壓、風(fēng)速和能見度的小時(shí)數(shù)據(jù)和所選取的典型環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)子站O3監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)小時(shí)濃度值，按照全天、白天和夜間分類，分別對(duì)氣象要素與O3監(jiān)測(cè)小時(shí)濃度進(jìn)行線性相關(guān)性分析，結(jié)果見表1。

表1 典型子站O3濃度與氣象因子的相關(guān)性

注：“* ”表示通過(guò)小于0.01水平的顯著性檢驗(yàn)；“—”表示無(wú)顯著性相關(guān)。

從表1可見，紫外輻射在O3形成過(guò)程中起重要作用，對(duì)O3小時(shí)濃度與紫外輻射強(qiáng)度進(jìn)行相關(guān)性分析，得出O3濃度與紫外輻射強(qiáng)度呈顯著正相關(guān)。NO2光解速率是溫度的函數(shù)，溫度越高，越有利于O3的生成。對(duì)O3小時(shí)濃度與溫度進(jìn)行線性相關(guān)分析也得出，O3濃度與溫度呈顯著正相關(guān)。相對(duì)濕度反映了大氣中水汽的含量，具有明顯的日變化差異。對(duì)O3與相對(duì)濕度進(jìn)行線性相關(guān)分析得出，O3濃度與相對(duì)濕度總體上呈負(fù)相關(guān)，但是相關(guān)系數(shù)非常小，這與上海、沈陽(yáng)等城市研究結(jié)果一致[15-16]。

對(duì)大連O3與氣壓進(jìn)行線性相關(guān)分析得出，O3濃度與氣壓呈顯著負(fù)相關(guān)。分析原因認(rèn)為，可能是由于本地氣壓低，不利于本地排放的污染物向外擴(kuò)散，而有利于周邊地區(qū)O3及其前體物向大連匯聚，相似結(jié)果也出現(xiàn)在北京和寧波[17-18]。對(duì)O3與風(fēng)速進(jìn)行線性相關(guān)分析得出，O3濃度與風(fēng)速相關(guān)性較低或無(wú)顯著相關(guān)，可能是由于大連及周邊的O3污染呈區(qū)域性分布導(dǎo)致的。對(duì)O3與能見度進(jìn)行線性相關(guān)分析得出，全天和白天O3濃度與能見度呈正相關(guān)，但是相關(guān)系數(shù)很低，僅為0.026～0.131，夜間相關(guān)性不顯著。當(dāng)能見度高時(shí)，太陽(yáng)輻射較強(qiáng)，有利于促進(jìn)光化學(xué)反應(yīng)，從而有利于O3生成[16]。

2.3O3污染日特征

2.3.1 污染日類型

分析大連市2015年36 d O3污染日的日變化曲線，發(fā)現(xiàn)大連市區(qū)O3污染存在著普遍的夜間超標(biāo)現(xiàn)象。36 d O3污染日中，有16 d出現(xiàn)夜間O3超標(biāo)現(xiàn)象，占比44.4%，多出現(xiàn)在晴天，地面風(fēng)多為西南風(fēng)或南風(fēng)。為進(jìn)一步分析O3污染日特征，根據(jù)O3的日變化曲線將36 d O3污染日大體分為單峰型、雙峰型和夜間升高型3類。

2.3.1.1 典型單峰型

典型單峰型符合O3典型的日循環(huán)，此類型O3日變化與紫外輻射具有較好的相關(guān)性，O3的生成主要來(lái)自本地光化學(xué)反應(yīng)，O3濃度峰值出現(xiàn)在下午15:00—18:00，比紫外輻射峰值推遲約3～6 h，O3隨著太陽(yáng)輻射的減弱在夜間逐漸降低。在大連市36 d O3污染日中，有16 d O3日變化呈現(xiàn)典型單峰型，占比44.4%。以7月15日O3日變化為例詳細(xì)說(shuō)明典型單峰型的O3日變化特征和原因。從圖4可以看出，7月15日O3質(zhì)量濃度為57～185 μg/m3，前體物累積時(shí)段為00:00—06：00，06：00開始隨著車流量的增加，NO大量排放，對(duì)O3的抑制不斷增加，O3濃度開始下降，在07：00達(dá)到一天中的最低值，隨著早高峰的結(jié)束，NO抑制作用不斷減弱，太陽(yáng)輻射不斷增強(qiáng)，O3濃度不斷累積，在13:00達(dá)到最大值，并在13:00—17:00維持高值，17:00起隨著太陽(yáng)輻射的不斷減弱，交通晚高峰排放的NO對(duì)O3的滴定效應(yīng)顯現(xiàn)，O3濃度隨之不斷降低，達(dá)到一天當(dāng)中的低值區(qū)。

2.3.1.2 雙峰型

統(tǒng)計(jì)的36 d O3污染日中有5 d為雙峰型，占比13.9%。以7月14日O3日變化為例詳細(xì)說(shuō)明雙峰型的O3日變化特征和原因。從圖5可以看出，白天在16：00左右O3出現(xiàn)一個(gè)濃度峰，其形成原因與典型單峰形的O3濃度峰形成原因相同，都由白天光化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致。夜間03:00—05:00 O3出現(xiàn)第二個(gè)峰。分析原因認(rèn)為，03:00—05:00 NO濃度較低，O3“滴定反應(yīng)”減弱，加上夜間邊界層降低，以及夜間海面上O3傳輸至陸地，導(dǎo)致O3濃度升高。06：00開始，隨著車流量的增加，NO大量排放，對(duì)O3的滴定效應(yīng)不斷增強(qiáng)，O3濃度開始下降，在08：00達(dá)到一天中的最低值。

圖4 7月15日大連市O3、NOx、NO2、NO及紫外輻射小時(shí)變化曲線Fig.4 Hourly variations of O3, NOx, NO2 and NO concentrations and UV intensity on July 15th

圖5 7月14日大連市O3、NOx、NO2、NO及紫外輻射小時(shí)變化曲線Fig.5 Hourly variations of O3, NOx, NO2 and NO concentrations and UV intensity on July 14th

2.3.1.3 夜間濃度持續(xù)升高型

在統(tǒng)計(jì)的36 d O3污染日中有15 d為夜間O3濃度升高型，占41.7%。初步分析認(rèn)為，夜間O3濃度逐漸升高或維持在一個(gè)較高的濃度水平可能與O3的區(qū)域傳輸有關(guān)。

以8月14日O3日變化為例，詳細(xì)說(shuō)明夜間持續(xù)升高型的O3日變化特征和原因。從圖6可以看出，8月14日O3質(zhì)量濃度為112～236 μg/m3，07:00—08:00隨著早高峰機(jī)動(dòng)車的尾氣排放，NO對(duì)O3的滴定效應(yīng)使O3在08：00達(dá)到一天中的最低值，之后隨著太陽(yáng)輻射的不斷增強(qiáng)，光化學(xué)反應(yīng)增加，O3濃度不斷累積，呈緩慢上升趨勢(shì)。19:00后，太陽(yáng)輻射不斷減弱，但O3濃度卻開始逐漸升高，在23:00達(dá)到一天中的最大值。

大連市O3濃度夜間持續(xù)升高的原因可能與O3的區(qū)域水平輸送有關(guān)。有研究指出，污染氣團(tuán)經(jīng)歷的光化學(xué)進(jìn)程越長(zhǎng)，O3濃度越高[8]，渤海灣北部是遼中城市群，西部是京津冀地區(qū)，南部是山東半島，高濃度O3在內(nèi)陸生成傳輸至海面，由于海上沒(méi)有能夠消耗O3的NO等還原物質(zhì)而使O3在海平面上呈現(xiàn)高濃度的特點(diǎn)；而大連的地理位置又十分特殊，三面環(huán)海，因此夜間濃度持續(xù)升高的O3很有可能是從海上傳輸而來(lái)。從圖7可以看出，14日夜間至15日凌晨，O3和PM2.5具有相同的變化趨勢(shì)，說(shuō)明此次O3污染可能與PM2.5一樣具有區(qū)域傳輸?shù)奶卣鳌?/p>

圖6 8月14日大連市區(qū)O3、NOx、NO2、NO及紫外輻射小時(shí)變化曲線Fig.6 Hourly variations of O3, NOx, NO2 and NO concentrations and UV intensity on August 14th

圖7 8月14—15日大連市區(qū)O3、PM2.5、NOx和SO2小時(shí)變化曲線Fig.7 Hourly variations of O3, PM2.5, NOx and SO2 concentrations from August 14th to August 15th

2.4典型污染過(guò)程分析

由于大連市夜間O3濃度持續(xù)升高并不符合O3典型的日循環(huán)，為深入探究大連市O3污染夜間升高現(xiàn)象的形成原因，選取8月12—17日典型O3污染過(guò)程，采用天氣情況、污染物對(duì)比、氣象要素、天氣形勢(shì)和后向軌跡分析等多種手段，進(jìn)行了相關(guān)分析。

2.4.1 天氣情況

8月12—17日，大連市出現(xiàn)一次連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的O3污染過(guò)程。根據(jù)前文的污染日類型分類，12—13日O3日變化為常規(guī)單峰型，14—17日轉(zhuǎn)為夜間升高型。表2是8月11—18日污染情況及天氣情況，可以看出污染日具有溫度高、風(fēng)速小的特征。其中，8月11—13日大連市的主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)，14日開始風(fēng)向轉(zhuǎn)為南風(fēng)或西南風(fēng)為主。11日，溫度和太陽(yáng)輻射均較高，但偏北風(fēng)風(fēng)力較大，大氣擴(kuò)散條件較好，O3-8 h為157 μg/m3，但也接近輕度污染；12日，溫度和太陽(yáng)輻射均較高，風(fēng)向轉(zhuǎn)為南風(fēng)，風(fēng)速較小，O3輕度污染，O3-8 h為165 μg/m3；13日，氣象場(chǎng)轉(zhuǎn)為槽后，白天風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)，溫度和太陽(yáng)輻射均較高，O3輕度污染，O3-8 h為180 μg/m3；14日，多云轉(zhuǎn)雷陣雨，高溫持續(xù)，為本次污染過(guò)程中氣溫最高的一天，地面風(fēng)轉(zhuǎn)為南風(fēng)，風(fēng)速較小，O3中度污染，O3-8 h達(dá)216 μg/m3；15日，雷陣雨轉(zhuǎn)多云，溫度和太陽(yáng)輻射均有所下降，O3輕度污染，O3-8 h為164 μg/m3；16日，晴，溫度和太陽(yáng)輻射有所回升，O3輕度污染，O3-8 h為183 μg/m3；17日，晴，風(fēng)速略有減小，O3輕度污染，O3-8 h為162 μg/m3；18日，多云，溫度略有下降，風(fēng)速增大，O3-8 h降至142 μg/m3。

表2 8月11—18日污染情況及天氣情況

2.4.2 污染物對(duì)比

從2015年8月11—18日大連市區(qū)SO2、NOx、PM2.5和O3的小時(shí)變化曲線(圖8)可以看出:首先，除了早晚高峰導(dǎo)致的SO2和NOx濃度升高外，其他時(shí)段并無(wú)SO2和NOx濃度顯著升高的時(shí)段，因此大氣擴(kuò)散條件不利不是本次O3污染的主要因素；其次，從13日開始，O3濃度和PM2.5濃度出現(xiàn)相同的趨勢(shì)，說(shuō)明可能存在區(qū)域性傳輸。15日由于下雨(表2)，對(duì)PM2.5有一定洗滌作用，PM2.5濃度降低。

圖8 8月11—18日大連市區(qū)O3、PM2.5、NOx、SO2小時(shí)變化曲線Fig.8 Hourly variations of O3, PM2.5, NOx and SO2 concentrations from August 11th to August 18th

2.4.3 氣象要素分析

分析8月11—18日風(fēng)向、風(fēng)速、大氣穩(wěn)定度、紫外輻射強(qiáng)度、相對(duì)濕度、氣壓、溫度的小時(shí)變化(圖9～圖11)。

圖9 8月11—18日大連市區(qū)風(fēng)速風(fēng)向小時(shí)變化曲線Fig.9 Hourly variations of wind speeds and wind directions from August 11th to August 18th

圖10 8月11—18日大連市氣象要素小時(shí)變化曲線Fig.10 Hourly variations of meteorological parameters from August 11th to August 18th

圖11 8月11—18日大連市區(qū)溫度廓線圖(等值線單位為K)Fig.11 Hourly variations of temperature vertical profiles from August 11th to August 18th in Dalian

可以看出，12—18日白天均為南風(fēng)，風(fēng)速為2～3 m/s，11—13日夜間為偏北風(fēng)，其他時(shí)段風(fēng)速均較小(圖9)；大氣穩(wěn)定度波動(dòng)的范圍不大，在16日早晨穩(wěn)定度出現(xiàn)極大值；紫外輻射強(qiáng)度11—15日是減弱趨勢(shì)，17日紫外輻射強(qiáng)度最小，15日和17日紫外輻射強(qiáng)度低于30 W/m2，其他日期均超過(guò)30 W/m2，紫外輻射強(qiáng)有利于光化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行，而14日O3出現(xiàn)中度污染，但紫外輻射并不強(qiáng)，很可能本地光化學(xué)反應(yīng)作用較小，外來(lái)傳輸對(duì)本次污染的貢獻(xiàn)很大；氣壓呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢(shì)，14日夜間達(dá)到最低氣壓值，O3濃度也達(dá)到最大，隨著氣壓的逐漸升高，擴(kuò)散條件逐漸轉(zhuǎn)好，O3污染逐日減輕；溫度呈下降趨勢(shì)，11—14日最高氣溫在30 ℃左右，15日后下降到28 ℃左右，11—18日凌晨左右均出現(xiàn)短時(shí)的輕微逆溫，一定程度上會(huì)造成O3濃度的升高。

2.5典型污染日分析

2.5.1 天氣形勢(shì)分析

8月14日大連O3-8 h出現(xiàn)一年中的最高值，達(dá)216 μg/m3，呈現(xiàn)中度污染，也是O3濃度夜間持續(xù)升高最具代表性的一天。為進(jìn)一步了解8月14日O3中度污染的污染原因，著重分析當(dāng)日的天氣形勢(shì)，通過(guò)對(duì)KMA天氣形勢(shì)圖(http://web.kma.go.kr/chn/weather/images/analysischart.jsp?type=M&data=sfc3&dtm=0)分析得出，8月14日大連高空處于偏西流場(chǎng)控制，平直到槽前流型，850 hPa早晨08:00西北流場(chǎng)，夜間轉(zhuǎn)為西南流場(chǎng)，風(fēng)速較小，地面處于低壓前部，西南風(fēng)。高空偏西流場(chǎng)和地面西南風(fēng)均有利于京津冀和山東地區(qū)的污染傳輸，地面低壓氣流輻合，水汽大，有利于污染物匯聚及化學(xué)反應(yīng)。

2.5.2 污染氣團(tuán)傳輸分析

通過(guò)NOAA Hysplit模型對(duì)8月14日23:00之前的33 h進(jìn)行后向軌跡分析，可看出大連市區(qū)高中低空氣流均來(lái)自山東中西部地區(qū)(圖12)。

通過(guò)對(duì)13日14:00、16:00、18:00和20:00全國(guó)O3實(shí)況(https://www.aqistudy.cn)圖分析，13日午后至傍晚，山東半島區(qū)域大范圍出現(xiàn)高濃度O3，大部分城市在200 μg/m3以上，最高1 h質(zhì)量濃度達(dá)337 μg/m3，而在20:00 O3濃度仍維持在一個(gè)較高水平。結(jié)合后向軌跡分析(圖12)，8月14日O3濃度在夜間居高不下的原因可能是受山東中西部區(qū)域O3污染氣團(tuán)傳輸導(dǎo)致。

為進(jìn)一步分析污染氣團(tuán)的傳輸軌跡，在此次O3傳輸通道上選取了濟(jì)南市、東營(yíng)市、大連市和丹東市4個(gè)城市，對(duì)4個(gè)城市8月14—15日的O3小時(shí)變化進(jìn)行了分析。西南方向的傳輸通道上的城市從西南到東北依次為濟(jì)南市、東營(yíng)市、大連市和丹東市。從圖13可以看出，O3峰值濃度出現(xiàn)的時(shí)刻沿傳輸通道從西南向東北依次推移，濟(jì)南市在8月14日的16:00出現(xiàn)O3峰值，東營(yíng)市在14日的16:00—18:00出現(xiàn)O3峰值，大連市在14日的23:00出現(xiàn)O3峰值，丹東市在15日04:00出現(xiàn)O3峰值。

以上分析表明，8月14日大連市O3濃度夜間持續(xù)升高，并出現(xiàn)最大值的狀況很可能是受到外來(lái)區(qū)域輸送的影響。

3 結(jié)論

2015年大連市O3污染具有顯著的季節(jié)分布特征，夏季高、冬季低，伴有春、秋季雙峰。O3污染從4月末持續(xù)到10月中旬，與氣溫和太陽(yáng)輻射的變化相關(guān)性很大。

通過(guò)2015年大連市36 d O3污染日分析得出，大連O3污染日變化分為單峰型、夜間持續(xù)升高型和雙峰型3種類型，分別占44.4%、41.7%和13.9%。由于大連地區(qū)三面環(huán)海，所處地理位置特殊，渤海灣海面上的O3輸送導(dǎo)致大連市O3夜間超標(biāo)現(xiàn)象顯著。

大連O3污染產(chǎn)生原因：本地光化學(xué)反應(yīng)生成O3，本地大氣擴(kuò)散條件不利導(dǎo)致O3濃度累積，上風(fēng)向地區(qū)O3傳輸至大連地區(qū)加重本地O3污染。對(duì)大連2015年8月14日的一次高濃度O3污染過(guò)程分析發(fā)現(xiàn)，在西南風(fēng)作用下，O3峰值濃度出現(xiàn)的時(shí)刻沿傳輸通道從西南向東北依次推移，體現(xiàn)O3污染過(guò)程中存在明顯的區(qū)域輸送特征。

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TheCharacteristicsofOzonePollutionandCausesofATypicalOzonePollutionEpisodeinDalian

BAO Yanying1, XU Jie1, ZHANG Mingming1, TANG Wei2, MENG Fan2

1.Dalian Environmental Monitoring Centre, Dalian 116023, China 2.Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China

The spatiotemporal patterns of ozone pollution, effects of meteorological conditions on ozone concentrations, and the classifications of ozone daily variations in Dalian were analyzed based on the observation data from local 10 national monitoring stations. The results showed that ozone pollution mainly occurs from April to October. Higher observed ozone concentrations in Dalian often associate with strong UV light, high temperature, low humidity, low pressure, and low wind speed conditions. Based on daily variations of ozone concentrations, the ozone pollution days are classified as normal single peak pattern, double peaks pattern, and rising at night pattern. The ozone rising at night pattern is found to be closely related to the regional transport effect via analyzing meteorological factors, variations of pollutant concentrations, and back trajectories of polluted air mass from a typical ozone pollution episode in 2015.

Dalian; ozone; spatiotemporal pattern; daily pollution characteristics

：A

：1002-6002(2017)04- 0167- 12

10.19316/j.issn.1002-6002.2017.04.21

2017-01-28;

：2017-05-05

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41605077)

包艷英(1970-)，女，遼寧大連人，碩士，高級(jí)工程師。

唐 偉