劉長煥,鄧雪嬌,朱 彬,殷長秦

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近10年中國三大經(jīng)濟(jì)區(qū)太陽總輻射特征及其與O3、PM2.5的關(guān)系

劉長煥1,2,鄧雪嬌2*,朱 彬1*,殷長秦2

(1.南京信息工程大學(xué)大氣物理學(xué)院,江蘇 南京 210044；2.中國氣象局廣州熱帶海洋氣象研究所,廣東 廣州 510080)

采用中國地面氣象觀測(cè)站網(wǎng)2007~2016年的輻射日值數(shù)據(jù)集和中國空氣質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)2014~2016年逐日觀測(cè)數(shù)據(jù),分析了京津冀、長三角和珠三角近10a太陽總輻射年際和季節(jié)變化,近3a臭氧日最大8h平均(O3_8h_max)和細(xì)顆粒物(PM2.5)的污染過程頻次變化,通過不同因子及其不同強(qiáng)度等級(jí)的分型統(tǒng)計(jì),探討PM2.5、O3_8h_max與太陽總輻射的關(guān)系.結(jié)果表明:京津冀近10a太陽總輻射顯著上升,京津冀春季和珠三角夏季太陽總輻射顯著上升.三大經(jīng)濟(jì)區(qū)PM2.5污染過程年頻次均呈現(xiàn)逐年遞減,且從北到南遞減;O3污染過程年頻次時(shí)間上呈現(xiàn)先減后增,空間上京津冀多于長三角和珠三角.三大經(jīng)濟(jì)區(qū)O3_8h_max與太陽總輻射相關(guān)系數(shù)均在0.71以上,有較強(qiáng)的正相關(guān);而PM2.5與太陽總輻射的相關(guān)性具有區(qū)域差異性.三大經(jīng)濟(jì)區(qū)不同季節(jié)不同太陽總輻射下O3_8h_max與PM2.5的相關(guān)關(guān)系差異顯著,其中京津冀春夏秋三季O3_8h_max與PM2.5在強(qiáng)太陽總輻射下有較好的正相關(guān),冬季則存在一定的負(fù)相關(guān);長三角四季兩者相關(guān)性均較弱;珠三角夏季兩者正相關(guān)最為顯著;不同PM2.5濃度下O3_8h_max與太陽總輻射的線性擬合效果較好,體現(xiàn)出較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系,各經(jīng)濟(jì)區(qū)擬合曲線的傾向率均隨PM2.5升高而增大.PM2.5>75μg/m3時(shí)擬合優(yōu)度均達(dá)到最大.

太陽總輻射；O3；PM2.5；關(guān)系；中國三大經(jīng)濟(jì)區(qū)

太陽輻射是地球最主要的能量來源,促使著地表環(huán)境和生物環(huán)境的形成和演變,是人類活動(dòng)和生物生長的直接影響因子,同時(shí)也是大氣運(yùn)動(dòng)和海洋環(huán)流的原始動(dòng)力[1-3].但是受云量、光照時(shí)數(shù)、水汽、氣溶膠、海拔和緯度等多種因素影響[2],不同地區(qū)的太陽輻射存在顯著差異.近半世紀(jì)中國不同地區(qū)太陽輻射變化趨勢(shì)及其成因,前人已有了詳盡的研究.從東北地區(qū)到京津冀、華北地區(qū)、長江三角洲(以下簡稱長三角)以至東南沿海,20世紀(jì)60~80年代均出現(xiàn)了不同程度的太陽總輻射下降,稱之為“變暗”現(xiàn)象;20世紀(jì)90年代以后大部分地區(qū)太陽總輻射開始上升,稱之為“變亮”現(xiàn)象,部分地區(qū)太陽總輻射仍緩慢下降[4-9].也有學(xué)者根據(jù)太陽總輻射年曝輻量對(duì)中國進(jìn)行了太陽輻射分區(qū)[3,10-11].研究不同地區(qū)太陽總輻射的時(shí)空變化不僅是探尋氣候變化規(guī)律的重要組成部分,也是評(píng)估人類居住環(huán)境的重要手段.

紫外和可見波段的太陽輻射是大氣光化學(xué)反應(yīng)的能量驅(qū)動(dòng)源,對(duì)O3的形成起到關(guān)鍵的作用.國外對(duì)O3和紫外輻射相互作用的研究較早,多位學(xué)者[12-15]研究發(fā)現(xiàn)O3損耗與地面太陽紫外輻射增加之間存在一定的關(guān)系,當(dāng)平流層O3虧損后,到達(dá)地表的紫外輻射均有不同程度的增多;國內(nèi)方面,熊效振等[16]通過輻射模式計(jì)算,量化了中國地區(qū)O3總量與紫外輻射的關(guān)系,當(dāng)大氣中的O3減少UV-B輻射會(huì)增加,平均而言O(shè)3總量減少1%,冬季UV-B輻射會(huì)增加約1%,夏季UV-B 輻射增加約0.6%~0.7%.大氣顆粒物與O3雖然屬于不同類型的空氣污染物,但兩者在化學(xué)上緊密聯(lián)系,存在著多種相互作用的途徑[17].一方面大氣顆粒物通過改變非均相反應(yīng)過程,影響近地層O3的生成;另一方面吸收性顆粒物通過對(duì)太陽輻射的吸收和散射作用影響O3前體物的光解過程,進(jìn)而影響近地層O3的生成[18].Dickerson等[19]研究了氣溶膠對(duì)紫外線輻射和光化學(xué)煙霧的影響,發(fā)現(xiàn)邊界層吸收性氣溶膠可能導(dǎo)致O3濃度減小;Krzycin等[20]基于多重回歸模型分析了不同參數(shù)對(duì)紫外輻射在大氣中的透射率,發(fā)現(xiàn)由于總的O3變化引起的紫外輻射變化與由于氣溶膠光學(xué)厚度引起的紫外輻射的變化在平均值上相當(dāng);Li等[21]以及Lou等[22]研究指出,非均相反應(yīng)過程中,氣溶膠粒子在OH自由基的作用下通過吸附NO3和NO2,進(jìn)而引起近地層O3濃度的變化.大量研究[23-25]表明,太陽輻射強(qiáng)烈的時(shí)候,近地層O3生成對(duì)氣溶膠光學(xué)厚度(AOD)的變化相當(dāng)敏感.Li等[26]指出,夏季AOD值較高時(shí),1km以下的J(O3→O的光解速率)降低5%~20%.另外,Xu等[27]利用CMAQ模型研究了北京地區(qū)夏季O3與氣溶膠的關(guān)系后發(fā)現(xiàn),非均相過程對(duì)O3生成的影響與NO/VOC的值密切相關(guān); Tie等[28]利用全球模式(MOZART)研究了全球云與氣溶膠對(duì)紫外輻射與O3的影響,發(fā)現(xiàn)云與氣溶膠對(duì)紫外輻射的影響具有很大的空間與時(shí)間變化特征;安俊琳等[29]基于北京城區(qū)太陽輻射和污染氣體觀測(cè)資料,運(yùn)用TUV輻射傳輸模式,發(fā)現(xiàn)城市低層大氣中O3和NO濃度的增加是造成紫外輻射衰減的重要原因;鄧雪嬌等[30-32]在研究珠江三角洲(以下簡稱珠三角)大氣氣溶膠與地面臭氧的關(guān)系中指出,氣溶膠光學(xué)厚度與紫外輻射和O3的反相關(guān)性顯著.

京津冀、長三角和珠三角是中國目前最大的3個(gè)經(jīng)濟(jì)區(qū).前人少有對(duì)太陽總輻射與O3的關(guān)系進(jìn)行探討,本文通過相關(guān)分析和回歸分析考察了PM2.5、O3_8h_max與太陽總輻射之間的關(guān)系,研究三大經(jīng)濟(jì)區(qū)太陽總輻射與O3的關(guān)系,深入認(rèn)識(shí)太陽輻射對(duì)高濃度PM2.5與O3_8h_max形成的影響,旨在為區(qū)域經(jīng)濟(jì)健康可持續(xù)發(fā)展提供參考.

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文采用的太陽總輻射數(shù)據(jù)來源于國家氣象信息中心編制的中國輻射氣象基本要素日值數(shù)據(jù)集,該數(shù)據(jù)集基于輻射基礎(chǔ)氣象資料建設(shè)項(xiàng)目歸檔的“更正后的輻射月報(bào)數(shù)據(jù)文件(R文件)基礎(chǔ)資料集”編制而成.數(shù)據(jù)集開始時(shí)間為1957年5月1日,時(shí)間分辨率為日,空間范圍及分辨率為中國境內(nèi)130個(gè)臺(tái)站(包括撤換站).本文截取了該數(shù)據(jù)集中京津冀、長三角和珠三角區(qū)域內(nèi)各臺(tái)站2007年1月1日~2016年12月31日最近10a太陽總輻射日值數(shù)據(jù),其中京津冀包括北京、天津、樂亭3個(gè)臺(tái)站,長三角包括南京、呂泗、上海、杭州、洪家5個(gè)臺(tái)站,珠三角包括廣州1個(gè)臺(tái)站.

O3_8h_max和PM2.5來源于中國空氣質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)平臺(tái),該平臺(tái)對(duì)國家環(huán)境保護(hù)部提供的全國371個(gè)城市下各監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次核實(shí)和統(tǒng)計(jì),最終發(fā)布各市逐日空氣數(shù)據(jù).本文選取京津冀、長三角和珠三角區(qū)域內(nèi)各地級(jí)市2014年1月1日~2016年12月31日最近3a O3_8h_max和PM2.5日值數(shù)據(jù).其中京津冀包括北京、天津、保定、唐山、廊坊、秦皇島、張家口、承德、石家莊、滄州、邯鄲、邢臺(tái)和衡水13市,長三角包括上海、南京、無錫、常州、蘇州、南通、鹽城、揚(yáng)州、鎮(zhèn)江、泰州、杭州、寧波、嘉興、湖州、紹興、金華、舟山、臺(tái)州、合肥、蕪湖、馬鞍山、銅陵、安慶、滁州、池州和宣城26市,珠三角包括廣州、深圳、佛山、中山、惠州、東莞、珠海、江門和肇慶9市.

1.2 研究方法

取各經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)所有臺(tái)站太陽總輻射日值的算術(shù)平均為該區(qū)域太陽總輻射日值.通過計(jì)算區(qū)域年太陽總輻射及春(3~5月)、夏(6~8月)、秋(9~11月)、冬(12月~次年2月)各季節(jié)太陽總輻射,分析3大經(jīng)濟(jì)區(qū)太陽總輻射的年際和季節(jié)變化特征.取各經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)所有城市O3_8h_max和PM2.5日均值的算術(shù)平均為該區(qū)域O3_8h_max和PM2.5日均值.通過相關(guān)分析和回歸分析考察PM2.5、O3_8h_max與太陽總輻射之間的關(guān)系.

1.2.1 回歸分析 通過線性回歸可以分析氣候要素在較大時(shí)間尺度上的演變趨勢(shì).對(duì)于一組時(shí)間序列的氣象要素觀測(cè)值,可以將它表示為關(guān)于時(shí)間的線性函數(shù)的形式,即=0+?,系數(shù)0,可以通過最小二乘法計(jì)算出來.其中表示線性函數(shù)的斜率,也稱作函數(shù)的線性趨勢(shì).當(dāng)>0時(shí),表明氣象要素值隨時(shí)間的變化呈上升趨勢(shì);當(dāng)<0時(shí),表明氣象要素值隨時(shí)間的變化呈下降趨勢(shì);=0則表明無變化.

2 結(jié)果與討論

2.1 近10a 3大經(jīng)濟(jì)區(qū)太陽總輻射基本特征

圖1給出了京津冀、長三角以及珠三角2007~ 2016年太陽總輻射的年際和季節(jié)時(shí)間序列,同時(shí)表1給出了三大經(jīng)濟(jì)區(qū)2007~2016年太陽總輻射年際和季節(jié)變化相關(guān)值.由圖1、表1可知,京津冀近10a太陽總輻射顯著上升,京津冀春季和珠三角夏季太陽總輻射顯著上升.

圖1 近10a 3大經(jīng)濟(jì)區(qū)太陽總輻射年際和季節(jié)時(shí)間序列

圖1a給出了3大經(jīng)濟(jì)區(qū)2007~2016年太陽總輻射的年際序列.京津冀除2013年外各年太陽總輻射均高于長三角,且京津冀各年均高于珠三角.10a平均值從北到南遞減.近10a京津冀和珠三角太陽總輻射呈現(xiàn)上升趨勢(shì),長三角呈現(xiàn)下降趨勢(shì),其中京津冀上升趨勢(shì)顯著,傾向率為53.05MJ/(m2?a).圖1b~1e分別給出了3大經(jīng)濟(jì)區(qū)2007~2016年太陽總輻射的季節(jié)序列.春季太陽總輻射京津冀各年均高于長三角,長三角均高于珠三角.且京津冀春季太陽總輻射顯著上升,傾向率為22.50MJ/(m2?a).夏季太陽總輻射京津冀除2013年外各年均高于長三角,且京津冀各年均高于珠三角.珠三角夏季太陽總輻射顯著上升,傾向率為28.66MJ/(m2?a).秋季太陽總輻射珠三角各年均遠(yuǎn)高于京津冀和長三角,冬季太陽總輻射珠三角除2010年外也均高于京津冀和長三角.秋冬季太陽總輻射3大區(qū)均無顯著變化.由表1可知,京津冀春季太陽總輻射全年占比最多,為32.8%;長三角與珠三角夏季全年占比最多,分別為31.9%和31.6% 3大區(qū)域太陽總輻射均以冬季全年占比最少.

2.2 近3a 3大經(jīng)濟(jì)區(qū)PM2.5和O3污染過程

參考李麗云等[34]對(duì)單站灰霾過程的定義標(biāo)準(zhǔn),定義PM2.524h平均大于環(huán)境空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn),即PM2.5>75μg/m3時(shí),定義該日為PM2.5污染日.連續(xù)3d及以上出現(xiàn)PM2.5污染日時(shí),定義出現(xiàn)的該天氣過程為PM2.5污染過程.同理,O3最大8h平均大于環(huán)境空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn),即O3_8h_max>160μg/m3時(shí),定義該日為O3污染日.連續(xù)3d及以上出現(xiàn)O3污染日時(shí),定義出現(xiàn)的該天氣過程為O3污染過程.

圖2~圖4給出了京津冀、長三角和珠三角2014~2016年各月及全年P(guān)M2.5和O3污染過程次數(shù)統(tǒng)計(jì).3大經(jīng)濟(jì)區(qū)PM2.5污染過程年頻次均呈現(xiàn)逐年遞減,且從北到南遞減;O3污染過程年頻次時(shí)間上呈現(xiàn)先減后增,空間上京津冀多于長三角和珠三角.

圖2 近3a 3大經(jīng)濟(jì)區(qū)PM2.5污染過程月頻次統(tǒng)計(jì)

由圖2a可知,京津冀PM2.5污染過程多集中在1~4月和10~12月,與李珊珊等[35]的研究結(jié)果相似,月頻次集中在1~5次/月.2015年和2016年的9~12月PM2.5污染過程月頻次均呈逐月遞增,且該期間2016年月頻次同比均高于2015年,表明京津冀近2a秋季和冬季早期的PM2.5污染有加重的趨勢(shì);而近3a O3(圖3a)污染過程僅出現(xiàn)在5~7月,月頻次集中在1~3次/月.

圖3 近3a 3大經(jīng)濟(jì)區(qū)O3污染過程月頻次統(tǒng)計(jì)

圖2b顯示,長三角PM2.5污染過程較多的月份是1月和12月,污染月頻次遠(yuǎn)低于京津冀,且近2a 4~9月未出現(xiàn)PM2.5污染過程;近3a僅5~9月出現(xiàn)1~3次/月的O3污染過程,2015年全年無O3污染過程出現(xiàn)(圖3b).圖2c顯示,珠三角在2014年僅出現(xiàn)4次PM2.5污染過程,而2015年和2016年均未有PM2.5污染過程,表明珠三角PM2.5污染較輕且有好轉(zhuǎn);O3污染過程則分布在7~10月(圖3c).由圖4可知,3大經(jīng)濟(jì)區(qū)PM2.5污染過程年頻次均呈現(xiàn)逐年遞減,且從北到南遞減;O3污染過程年頻次時(shí)間上均呈現(xiàn)先減后增,空間上京津冀多于長三角和珠三角.

表1 近10a三大經(jīng)濟(jì)區(qū)太陽總輻射年際和季節(jié)變化相關(guān)值

注:*表示通過α為0.05的顯著性檢驗(yàn).

2.3 3大經(jīng)濟(jì)區(qū)PM2.5、O3_8h_max與太陽總輻射的關(guān)系

2.3.1 PM2.5、O3_8h_max與太陽總輻射的相關(guān)性 表2給出了京津冀、長三角以及珠三角2014~2016年太陽總輻射、O3_8h_max和PM2.5日平均的Pearson相關(guān)系數(shù).由表2可知,3大經(jīng)濟(jì)區(qū)O3_8h_max與太陽總輻射均有較強(qiáng)的正相關(guān),且相關(guān)系數(shù)均在0.71以上,而 PM2.5與太陽總輻射以及O3_8h_max與PM2.5的相關(guān)性均具有區(qū)域差異性.京津冀PM2.5與太陽總輻射存在一定的負(fù)相關(guān),長三角和珠三角PM2.5與太陽總輻射線性無關(guān).京津冀O3_8h_max與PM2.5有弱的負(fù)相關(guān),長三角O3_8h_max與PM2.5基本線性無關(guān),珠三角O3_8h_max與PM2.5有弱的正相關(guān).這些差異體現(xiàn)出各區(qū)域復(fù)雜的物理化學(xué)機(jī)制以及邊界層結(jié)構(gòu)等氣象條件對(duì)三者的相關(guān)性有著深遠(yuǎn)的影響.

2.3.2 不同季節(jié)不同太陽總輻射下O3_8h_max與PM2.5的關(guān)系 通過分析京津冀、長三角及珠三角2014~2016年P(guān)M2.5、O3_8h_max和太陽總輻射各1096個(gè)(其中京津冀剔除了太陽總輻射4個(gè)異常值,及其對(duì)應(yīng)時(shí)刻的PM2.5和O3_8h_max數(shù)據(jù))數(shù)據(jù),分別考察了3大經(jīng)濟(jì)區(qū)不同季節(jié)不同太陽總輻射下O3_8h_max與PM2.5的關(guān)系.

將太陽總輻射劃分為5個(gè)區(qū)間,各區(qū)間的天數(shù)如表3(太陽總輻射單位MJ/m2).

表2 近3a 3大經(jīng)濟(jì)區(qū)太陽總輻射、O3_8h_max和PM2.5的Pearson相關(guān)系數(shù)

注:*表示通過P為0.05的顯著性檢驗(yàn).

圖5~圖7給出了3大經(jīng)濟(jì)區(qū)不同季節(jié)不同太陽總輻射下O3_8h_max與PM2.5散點(diǎn)分布及擬合關(guān)系.3大經(jīng)濟(jì)區(qū)不同季節(jié)不同太陽總輻射下O3_8h_max與PM2.5的相關(guān)關(guān)系差異顯著,其中京津冀春夏秋3季O3_8h_max與PM2.5在強(qiáng)太陽總輻射下有較好的正相關(guān),冬季則存在一定的負(fù)相關(guān);長三角四季兩者相關(guān)性在不同太陽總輻射下均較弱;珠三角夏季兩者正相關(guān)關(guān)系在不同太陽總輻射下最為顯著.

表3 三大經(jīng)濟(jì)區(qū)不同太陽總輻射區(qū)間的天數(shù)(d)

圖5a~5e給出了京津冀不同季節(jié)不同太陽總輻射下O3_8h_max與PM2.5散點(diǎn)分布及擬合關(guān)系.當(dāng)春季、夏季以及秋季GSR>22MJ/m2時(shí), O3_8h_max()和PM2.5()的擬合曲線的擬合度分別為0.56、0.51、0.35;對(duì)冬季GSR全區(qū)間,擬合曲線的擬合度為0.42.全年而言, GSR￡4MJ/m2時(shí),O3_8h_max()和PM2.5()的擬合曲線為=-0.2+73.4(2=0.35); GSR>22MJ/m2時(shí), O3_8h_max()和PM2.5()的擬合曲線為=1.3+82.4 (2=0.55).表明京津冀地區(qū)春夏秋3季O3_8h_max與PM2.5在太陽總輻射高值區(qū)有較好的正相關(guān)關(guān)系,冬季則存在一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系.

圖5 京津冀不同季節(jié)不同太陽總輻射下PM2.5和O3_8h_max散點(diǎn)及擬合關(guān)系

圖7 珠三角不同季節(jié)不同太陽總輻射下PM2.5和O3_8h_max散點(diǎn)及擬合關(guān)系

圖6a~e給出了長三角不同季節(jié)不同太陽總輻射下O3_8h_max與PM2.5散點(diǎn)分布及擬合關(guān)系.可以看出,春夏兩季在太陽總輻射高值區(qū),O3_8h_max()和PM2.5()擬合曲線的擬合度分別為0.30和0.39,體現(xiàn)出兩者一定程度的正相關(guān)關(guān)系.秋冬季在太陽總輻射低值區(qū),擬合線的擬合度均很小,表明秋冬季兩者負(fù)相關(guān)較弱.

圖7a~7e給出了珠三角不同季節(jié)不同太陽總輻射下O3_8h_max與PM2.5散點(diǎn)分布及擬合關(guān)系.由圖可知,春冬兩季O3_8h_max和PM2.5在10MJ/m222MJ/m2時(shí),O3_8h_max()和PM2.5()的擬合曲線為=2.0+70.5(2=0.56).可見珠三角地區(qū)四季O3_8h_max與PM2.5在太陽總輻射高值區(qū)均有較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系,夏秋兩季在太陽總輻射低值區(qū)也有較好的正相關(guān)關(guān)系.

2.3.3 不同PM2.5濃度下O3_8h_max與太陽總輻射的關(guān)系 根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[36],以PM2.524h平均一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值(35μg/m3)和二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值(75μg/m3)為分界點(diǎn),將PM2.5質(zhì)量濃度劃分為3個(gè)區(qū)間,各區(qū)間的天數(shù)如表4(PM2.5質(zhì)量濃度單位μg/m3).

表4 三大經(jīng)濟(jì)區(qū)不同PM2.5質(zhì)量濃度區(qū)間的天數(shù)

圖8給出了3大經(jīng)濟(jì)區(qū)不同PM2.5濃度下O3_8h_max與太陽總輻射散點(diǎn)分布及擬合關(guān)系.京津冀(圖8a)在PM2.5濃度由低到高時(shí),O3_8h_max()和太陽總輻射()擬合曲線的擬合度分別為0.45,0.47,0.68.長三角(圖8b)擬合度分別為0.56,0.55,0.64.珠三角(圖8c)擬合度分別為0.56,0.66,0.66.3大經(jīng)濟(jì)區(qū)在不同PM2.5濃度下O3_8h_max與太陽總輻射線性擬合效果均較好,體現(xiàn)出較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系.PM2.5>75μg/m3時(shí)擬合優(yōu)度均達(dá)到最大且都在0.64以上.各區(qū)擬合曲線的傾向率隨PM2.5區(qū)間升高而增大.

高強(qiáng)度的紫外輻射會(huì)加快光化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程,氮氧化物(NO)和揮發(fā)性有機(jī)物(VOCS)等高濃度的O3前體物在強(qiáng)紫外輻射下進(jìn)行高效的光化學(xué)反應(yīng),一方面促進(jìn)了O3的生成,增強(qiáng)了大氣的氧化性;另一方面,強(qiáng)紫外輻射強(qiáng)氧化性的大氣環(huán)境加快了二次光化學(xué)氧化劑與大氣氣溶膠的非均相過程,促進(jìn)了二次有機(jī)氣溶膠(SOA)和二次無機(jī)氣溶膠(SIA)等二次產(chǎn)物的生成.大量研究表明,作為我國重霾污染的重要組分,二次有機(jī)氣溶膠和二次無機(jī)氣溶膠對(duì)城市及區(qū)域PM2.5污染都有著舉足輕重的貢獻(xiàn)度[37-38],這些復(fù)雜的大氣化學(xué)機(jī)制使得三大經(jīng)濟(jì)區(qū)在高太陽總輻射下出現(xiàn)高O3和高PM2.5并存的現(xiàn)象.此外,靜風(fēng)、逆溫等穩(wěn)定氣象條件下局地污染物的累積以及區(qū)域的污染物輸送[24,39-40]也極大可能是造成3大經(jīng)濟(jì)區(qū)在高太陽總輻射下出現(xiàn)高O3和高PM2.5并存現(xiàn)象的重要原因.

3 結(jié)論

3.1 2007~2016年京津冀太陽總輻射顯著上升,長三角和珠三角無顯著趨勢(shì).京津冀春季和珠三角夏季太陽總輻射顯著上升,其余各區(qū)各季均無顯著趨勢(shì).京津冀春季太陽總輻射全年占比最多,長三角與珠三角夏季全年占比最多.3大經(jīng)濟(jì)區(qū)均以冬季全年占比最少.

3.2 三大經(jīng)濟(jì)區(qū)PM2.5污染過程年頻次均呈現(xiàn)逐年遞減,且從北到南遞減;O3污染過程年頻次時(shí)間上呈現(xiàn)先減后增,空間上京津冀多于長三角和珠三角.

3.3 三大經(jīng)濟(jì)區(qū)O3_8h_max與太陽總輻射均有較強(qiáng)的正相關(guān),且相關(guān)系數(shù)均在0.71以上;而PM2.5與太陽總輻射的相關(guān)性具有區(qū)域差異性.京津冀PM2.5與太陽總輻射存在一定的負(fù)相關(guān),長三角和珠三角PM2.5與太陽總輻射線性無關(guān).京津冀O3_8h_max與PM2.5有弱的負(fù)相關(guān),長三角O3_8h_max與PM2.5基本線性無關(guān),珠三角O3_8h_max與PM2.5有弱的正相關(guān).

3.4 三大經(jīng)濟(jì)區(qū)不同季節(jié)不同太陽總輻射下O3_8h_max與PM2.5的相關(guān)關(guān)系差異顯著,其中京津冀春夏秋三季O3_8h_max與PM2.5在強(qiáng)太陽總輻射下有較好的正相關(guān),冬季則存在一定的負(fù)相關(guān);長三角四季兩者相關(guān)性均較弱;珠三角夏季兩者正相關(guān)最為顯著.不同PM2.5濃度下O3_8h_max與太陽總輻射的線性擬合效果較好,體現(xiàn)出較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系,各經(jīng)濟(jì)區(qū)擬合曲線的傾向率均隨PM2.5升高而增大. PM2.5>75μg/m3時(shí)擬合優(yōu)度均達(dá)到最大.

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Characteristics of GSR of China’s three major economic regions in the past 10 years and its relationship with O3and PM2.5.

LIU Chang-huan1,2, DENG Xue-jiao2*, ZHU Bin1*, YIN Chang-qin2

(1.College of Atmospheric Physics, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044, China；2.Guangdong Provincial Key Laboratory of Regional Numerical Weather Prediction, Institute of Tropical and Marine Meteorology, China Meteorological Administration, Guangzhou 510080, China)., 2018,38(8)：2820~2829

By using daily radiation data collected from ground meteorological observation stations (from 2007 to 2016) and daily observation data from China’s air quality online monitoring platform (from 2014 to 2016), the paper analyzed recent 10-year annual and seasonal variations of global solar radiation (GSR), and recent 3-year frequency of pollution processes of the maximum 8hour average ozone (O3_8h_max) and fine particles (PM2.5) in Beijing-Tianjin-Hebei (BTH), the Yangtze River Delta (YRD) and the Pearl River Delta (PRD), respectively. The relationship among PM2.5, O3_8h_maxand GSR according to statistics of different factors and intensity were discussed. The results showed that: GSR in BTH had increased significantly in recent 10years, spring GSR in BTH and summer GSR in PRD had increased significantly meanwhile. The annual frequency of PM2.5pollution processes in the three major economic regions had been decreasing year by year. Besides, the frequency decreased from north to south. The annual frequency of O3pollution processes had decreased firstly but then increased temporally, which was more significantly in BTH compared to that in YRD and PRD. The correlation coefficients between O3_8h_maxand GSR in the three economic regions were all above 0.71, reflecting a strong positive correlation, while the correlation between PM2.5and GSR depicts regional differences. The correlation between O3_8h_maxand PM2.5under different GSR in different seasons in the three major economic regions was significantly different. In BTH, positive correlation could be found under strong GSR in spring, summer and autumn, while negative correlation was seen in winter. The correlation was weak in all four seasons in YRD. Last but not least, noticeable positive correlation could be found in the summer of PRD. The linear fitting effect of O3_8h_maxand GSR under different PM2.5concentrations in the three economic regions was well, reflecting a strong positive correlation. The fitting reaches maximum when PM2.5concentration was over 75 μg/m3. The tendency of the line fitting increases with the increase of PM2.5interval.

global solar radiation (GSR)；O3；PM2.5；relationship；China's three major economic region

X508

A

1000-6923(2018)08-2820-10

劉長煥(1992-),男,江蘇揚(yáng)州人,南京信息工程大學(xué)碩士研究生,主要從事大氣化學(xué)與大氣環(huán)境方向的研究.發(fā)表論文1篇.

2017-11-15

廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2015A020215020);廣州市產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新重大專項(xiàng)(201604020028);國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41475105, 41605105);國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFC0202003);廣東省氣象局科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)計(jì)劃項(xiàng)目(201704)

* 責(zé)任作者, 鄧雪嬌, 研究員, dxj@grmc.gov.cn; 朱彬, 教授, binzhu@nuist.edu.cn